逸出功的测量.docx

逸出功的测量粗略地讲,电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量,因而逸出金属表面时需要给电子提供一定的能量,这份能量称为电子的逸出功。在一高度真空的玻璃管中装上两个电极(如普通的二极管) ,其中一个用金属丝作成(一般称为阴极),并通以电流使之加热;在另一电极(即阳极)上加一高于金属丝的正电位,则在连接这两个电极的外电路中就有电流通过。反之,若被加热金属丝的电位高于阳极,则外电路中就没有电流。有电子从加热了的金属丝中射出,这现象称为热电子发射。研究各种材料在不同温度下的热电子发射,对于以热阴极为基础的各种电子管的研制是极为重要的,电子的逸出功正是热电子发射的一个基本物理参量。一、 实验目的(1) 用里查孙直线法测定阴极材料(钨)的电子逸出功;(2) 通过实验,了解热电子发射的规律和掌握逸出功的测量方法。二、 实验原理电子能量分布图根据量子论,原子内电子的能级是量子化的。的;②电子具有全同性(即各电子是不可区分的)当某一能级被一个电子所占有,其他的电子就不能再占有这个能级。在金属内部运动着的自由电子遵循类似的规律:①金属中自由电子的能量是量子化③能级的填充状况要符合泡利不相容原理。根据现代的量子论观点,金属中电子的能量分布服从费密一狄喇克分布。在热力学温度零度时,电子数按能量的分布曲线如左图中的曲线①所示,此时电子所具有的最大动能为Wi。当温度升高时,电子能量分布曲线如上图中的曲线②所示,其中少数电子能量上升到比 Wi高,并且电子数以接近于指数的规律减少。由于金属与真空之间有位能壁垒Wa,如右图(d为电子距金属外表面的距离)。因此电子要从金属中逸出,必须具有大于Wa的动能。Wo=Wa-Wi即为逸出功。热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布,使动能大于Wi的电子增多,从而使动能大于Wa的电子数达到一可观测的大小,这时动能大于 Wa的电子就有可能从金属发射出来。可见,逸出功的大小对热电子发射的强弱有决定性的作用。根据以上的理论,可以推导出关于热电子发射的里查孙一德西曼公式:Je21ReAT2eWaW/kT其中,Je是单位面积发射的电流,WaWieo为该金属的逸出功,单位常用电子伏特表示, 称为逸出电位,A1为普适常数,Ai=/(cm 2K)Re为金属表面对发射电子的反射系数。T为热力学温度。若令2(1Re)AiA,则JeAT*°/kT,于是得发射电流的公式:IeAST2e-e°/kT,S为阴极金属的有效发射面积。三、,而Re又与金属表面的化学纯度有很大关系,其数值决定于位能壁垒。如果金属表面处理不够洁净,电子管内真空度又不够高,则所得的Re值就有很大差别,直接影响到A值。其次由于金属表面是粗糙的,计算出的阴极发射面积与实际的有效面积S也可能有差异,因此A与S这两个量难以测定,甚至是无法测量。为此,可以做如下的处理。将上式子两边除以T2,再取对数得到:I 1eig伏ig(as) 、ig(AS);T T从上式可以看出,ig半2与1/,以1/T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e。由于A与S对某一固定材料的阴极来说是常数,故Ig(AS)—项只改