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金属逸出功的测量
金属中存在大量的自由电子,但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量,因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量,这份能量称为电子逸出功.
    研究电子逸出是一项很有意义的工作,很多电子器件都与电子发射有关,如电视机的电子枪,它的发射效果会影响电视机的质量,因此研究这种材料的物理性质,对提高材料的性能是十分重要的.
实验目的
(1) 用里查逊(Richardson)直线法测定钨的逸出功;
(2) 了解光测高温计的原理和学习高温计的使用;
(3) 学习图表法数据处理.
实验原理
    电子从金属中逸出,,如用光照、利用光电效应使电子逸出,或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧,,使热电子发射的方法来测量金属的逸出功.
图1
    如图1所示,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,,称为热电子发射.
    研究热电子发射的目的之一,,可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流,然后相互比较,,是带有根本性的工作,因而更为重要.   
    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Wa,所以电子要从金属中逸出必须至少具有能量Wa,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
W0=Wa-Wf=eΦ
W0称为金属电子的逸出功,其常用单位为电子伏特(eV),,,使其中一部分电子的能量大于Wa,,逸出功的大
小对热电子发射的强弱具有决定性作用.
1  热电子发射公式
   根据费米–狄拉克能量分布公式,可以导出热电子发射的里查逊—杜什曼(Richar-dson-Dushman)公式:
                  (1)
式中  I为热电子发射的电流强度,单位为A;A为和阴极表面化学纯度有关的系数,单位为A/cm2•C2;S为阴极的有效发射面积,单位为cm2;k为玻尔兹曼常数(k=×10-23J/K).
原则上我们只要测定I,A,S和T,就可以根据式()计算出阴极材料的逸出功,但困难在于A和S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A和S的测量.
2  里查逊直线法
将式(1)两边除以T2,再取对数得到
       (2
从式()可以看出, 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Φ,,它的好处是可以不必求出A和S的具体数值,直接从I和T就可以得出Φ的值,、科研和生产上都有广泛应用.
3  从加速场外延求零场电流
    为了维持阴极发射的