Ur Populär Radio nr 4 April 1930

Edison var först

I oktober i fjol firade Thomas Alva Edison guldbröllop med glödlampan. Femtio år tidigare hade han lyckats få fram en koltrådslampa, som lyste hela 45 timmar. Jubileet firades vid en radiofest, och strängt taget är Edison till allt annat också elektronrörets fader.
År 1884, fem år efter den första 'riktiga' glödlampans tillkomst, gjorde Edison nämligen följande försök. I en vanlig elektrisk lampa placerade han en plåt, som inte stod i förbindelse med glödtråden. Om man kopplade denna plåt genom en galvanometer (en känslig ampéremeter) till glödtrådens positiva sida, gick en ström från glödtråden till plåten och genom det praktiskt taget lufttomma rummet tillbaka till glödtråden. Om man i stället kopplade plåten till den negativa sidan av glödtråden, gick ingen ström igenom. Släcktes lampan, så visade galvanometern inte något utslag. Här slog det slint till och med. för Edison.
Han kunde inte praktiskt utnyttja sina iakttagelser, utan först 15..20 år senare togs saken upp av helt nya män.

Till vänster, fig l. Edisons experimentkonstruktion, av år 1884, varmed den så kallade Edisoneffekten upptäcktes. Till höger, fig 2, en konstruktion för undersökning av elektron emissionen. Den påminner mycket om Edisons uppställning till vänster. Man märker dock, att ett batteri placerats mellan glödtråden och plåten (anoden).

Vad är det då som sker i glödlampan med denna extraplåt? Vi anse vakuum vara den enda fullkomliga isolator, som vi känna till, och i glödlampan är luften ju förtunnad så mycket det är möjligt. Varför går då en ström över från plåten till glödtråden? Den frågan blev inte besvarad vid Edisons experiment. För att riktigt förstå fenomenet måste vi veta litet mera om elektronernas speciella egenskaper. När en elektrisk ström går genom en ledare, tänka vi oss att det försiggår ett slags strömrörelse av elektroner. Dessa kunna normalt inte gå ut genom kroppens (t.ex. metalltrådens) yta, men vi ha olika medel att få elektronerna att ge sig ut i rummet. Det som har den största praktiska betydelsen består i att uppvärma kroppen. Om man placerar en sådan glödande kropp i vakuum tillsamman med en plåt som får positiv spänning, så attraheras de frigjorda elektronerna av plåten enligt den allmänna regeln att negativ och positiv elektricitet dras till varandra.

Just detta fenomen var det som Edison iakttog 1884. Från omkring sekelskiftet utförde den engelske forskaren O.W. Richardson en lång serie undersökningar om elektronströmmen eller, som den också kallas, elektronemissionen. Det visar sig att strömmen, såsom framgår av fig 3 nedan är beroende av anodspänningen.

Diagrammet visar förhållandet mellan anodspänningen och anodströmmen. Till en början växer strömmen hastigt, senare mera långsamt i och med att anodspänningen ökas. När alla elektroner, som frigöras från glödtråden, nått över till plåten, medför en ytterligare ökning av anodspänningen inte någon stegring av anodströmmen. Den så kallade mättningsströmmen är nådd. Strömmen är också beroende av glödtrådens temperatur, i det mättningsströmmen växer med stigande temperatur, samt av den metall, som användes till glödkroppen (katoden). Man säger, att olika metaller har olika elektronaffinitet.Lättast är det att tänka sig elektronströmmen som ett fenomen i stil med ångbildning. Om vi ta en behållare med vatten, blir ångbildningen beroende dels av vattnets temperatur (motsvarande glödtrådens temperatur), dels av den omgivande luftens tryck (lågt tryck motsvarar hög anodspänning och omvänt). Vid låg temperatur är ångbildningen ringa, men den kan ökas genom att lufttrycket minskar. För att omvandla vattnet till ånga kräves en viss värmemängd, och den häremot svarande elektriska storheten kallas elektronaffinitet samt mätes i volt. Om den omgivande luften är fuktig går ångbildningen långsammare, och motsvarande fenomen ha vi vid elektronemission. De elektroner, som äro på väg från glödtråden till plåten, stöta bort övriga elektroner, och följden blir, att några elektroner tvingas tillbaka till glödtråden, varigenom elektronströmmen blir mindre. Detta fenomen kallas rumsladdning och spelar en mycket stor roll i elektronröret.För att motverka rumsladdningens inflytande måste man använda högre anodspänning. Använder man högre glödtrådstemperatur, blir emissionen större.

Härigenom ökas rumsladdningen, och för att man skall nå mättningström är det nödvändigt, att man använder högre anodspänning när emissionen är stor än när den är liten. Om man häller vatten i en täckt behållare,
som endast har förbindelse till en sugpump, så suges vattenångan bort hastigare ju lägre trycket är.På samma sätt dras elektronerna över till plåten, och deras hastighet växer med stigande anodspänning. Då elektronernas massa (vikt) i förhållande till deras elektriska laddning är mycket liten, blir den hastighet, som de uppnå, mycket stor. När en fri elektron rör sig genom en spänning på 1 volt, blir hastigheten 600 km i sekunden. Hastigheten växer med kvadratroten ur spänningen. Vid en spänning på 100 Volt blir hastigheten sålunda 10X600 = 6000 km i sekunden. Kommer man närmare upp mot ljusets hastighet, så blir det vissa avvikelser från denna formel. Medan Richardsons undersökningar voro av mera teoretisk art arbetade man på olika håll energiskt på att konstruera elektronrör för olika ändamål. I Tyskland sökte von Lieben att använda det till förstärkning (vignettbilden upptar hans konstruktion) och fig. 4 visar ett experiment av 1914.

I EngIand experimenterade Fleming med rör med två elektroder som detektor för radiosignaler, medan Lee de Forest i Amerika arbetade med tre-elektrodrör för radiobruk.

Samtliga dessa tre forskare arbetade med rör, i vilka det trots utpumpning fanns så, mycket luftmolekyler kvar, att de väsentligt inverkade på rörets verkningssätt. Elektronerna röra sig, som nämnts, med mycket stor hastighet i röret, och när en elektron råkar en luftmolekyl inträffar vad vi kalla stötjonisering, d. v. s. luftmolekylen förlorar en elektron, och det som Återstår kallas en jon. Denna har en positiv laddning, vilken är lika stor som elektronens negativa, men då dess massa är oerhört mycket större (cirka 50,000 gånger) rör den sig med mycket mindre hastighet än elektronen (cirka tvåhundradedelar). Jonen rör sig i riktning från plåten till glödtråden. Då jonerna äro positivt laddade, motverka de rumsladdningen, vilket är en fördel. Även om det finns endast relativt få joner, så blir deras verkan likväl avsevärd, emedan de röra sig så långsamt.