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金属逸出功的测定实验报告


篇一:金属电子逸出功测量实验报告
篇二:物理金属电子逸出功的测量实验数据处理
金属电子逸出功的测量
一、实验目的
,掌握逸出功的测量方法。
—狄拉克量子统计规律,并掌握数据分析处理的方法。
二、实验原理
(一)电子逸出功及热电子发射规律
热金属内部有大量自由运动电子,其能量分布遵循费米-狄拉克量子统计分布规律,当电子能量高于逸出功时,将有部分电子从金属表面逃逸形
成热电子发射电流。电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。逸出功为W0?Wa?Wf ,其中为Wa位能势垒,Wf为费米能量。
由费米—狄拉克统计分布律,在温度T?0,速度在v~dv之间的电子数目为:
m1
dn?2()2(W?Wf)/kTdv (1)
he?1
其中h为普朗克常数,k为波尔兹曼常数。选择适当坐标系,则只需考虑x
方向上的情形,利用积分运算
?
??
?e
?mv2y/2kT
?
dvy??e?mvz/2kTdvz?(
??
2
2?kT1/2
)
(2) m
可将(1)式简化为
m2kTWf/kT?mvx2/2kT
dn?4?e?edvx (3) 3
h
而速度为vx的电子到达金属表面的电流可表示为
dI?eSvxdn(4)
其中S为材料的有效发射面积。
只有vx?将(3)代入(4
~?范围积分,得总发射电流
Is?AST2e?e?/kT(5)
其中A?4?emk2/h3,(5)式称为里查逊第二公式。
(二)数据测量与处理
里查逊直线法:
将(5)式两边同除以T2后取对数,得
I?
lgs2?lg?AS???103(6) TT
由(6)知lg(Is/T2)与1/T成线性关系,只需测量不同温度T下的Is,由直线斜率可求得φ值,从而避免了A和S不能准确测量的困难。
发射电流Is的测量:
为有效收集从阴极材料发射的电子,必须在阴极与阳极之间加一加速电场Ea。而Ea降低了逸出功而增大发射电流,使测量到的发射电流值不是真正的Is,因此必须对实验数据作相应的处理。
由理论推导,可得以下关系:
lgIs??
lgIs?
(7)式知,在选定的温度T下,lgIs'~Ua较大)为线性关系,通过作图法求得直线的截距,即得零场发射电流Is。温度T的测量:
实验通过测量阴极加热电流If 来确定阴极温度T,两者关系已由厂家给出:
T??1600If(8)
三、实验仪器
WF-3型电子逸出功测定仪,WF-3型数字电压电流仪,标准真空二极管。
四、实验内容
,检查无错后,接通电源,预热15分钟。
图1 热电子发射法测量金属电子逸出功实验电原理图
,,共测8次。对应每个灯丝电流If,测量加速场阳极电压Ua分别为25、36、49、64、81、100、121
、144V对应的阳极电流Is值,如表1。调节电压时应注意先粗调再细调;每次改变电流时要等待几分钟