金属钨的逸出功实验仪.doc

(Richardson)直线法测定金属钨的电子逸出功。。【实验原理】若真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热,并在阳极上加以正电压时,在连接这二个电极的外电路中将有电流通过,这种电子从加热金属丝发射出来的现象,称为热电子发射。研究热电子发射的目的之一可以选择合适的阴极材料。诚然,可以在相同加热温度下测不同阳极材料的二极管的饱和电流,然后相互比较,加以选择。但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能,这是带有根本性的工作,因而更为重要。,金属中的传导电子能量的分布是按费米——狄拉克(Fermi-Dirac)分布的。即            式中称费米能级。在通常温度下由于金属表面与外界(真空)之间存在一个势垒,在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为:称为金属电子的逸出功,其常用单位为电子伏特(ev),它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量。称为逸出电位,其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功。可见,热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布,使其中一部分电子的能量大于,这样能量大于的电子就可以从金属中发射出来。因此,逸出功的大小,对热电子发射的强弱,具有决定性作用。—狄拉克能量分布,可以导出热电子发射的里查逊—杜什曼(Richar-dson-Dushman)公式I=AST2e-e¢/kT                    式中——热电子发射的电流强度,单位为安培。——和阴极表面化学纯度有关的系数,单位为安培/厘米2·度2。——阴极的有效发射面积,单位为平方厘米。——玻尔兹曼常数(K=×10-23焦耳/开)。原则上我们只要测定、、和,就可以计算出阴极材料的逸出功。但困难在于和这两个量是难以直接测定的,所以在实际测量中常用下述的里查逊直线法,以设法避开和的测量。,再取对数得到     看出,与成线性关系。如果以作纵坐标,以为横坐标作图,从所得直线的斜率即可求出电子的逸出电位,从而求出电子的逸出功。这个方法叫做里查逊直线法,它的好处是可以不必求出A和S的具体数值。直接从和就可以得出的值,和的影响只是使直线平行移动。这种实验方法在实验、科研和生产上都有广泛应用。,必须在阴极和阳极间外加一个加速电场。然而由于的存在使阴极表面的势垒降低,因而逸出功减小,发射电流增大,这一现象称为肖脱基(Scholtky)效应。可以证明,在加速电场的作用下,阴极发射电流和有如下的关系                                式中和分别是加速电场为和零时的发射电流。                          如果把阴极和阳极做成共轴圆柱形,并忽略接触电位差和其它影响,则加速电场可表示为                                         式中和分别为阴极和阳极的半径,为加速电压,                 在一定的温度和管子结构时,和成线性关系。如果以为纵坐标,以为横坐标作图,此直线的延长线与纵坐标的变点为。由此即可求出在一定温度