文档介绍：实验目的:
1. 了解有关热电子发射的基本规律。
2. 学****测定金属钨逸出功的理查逊直线法。
3. 进一步学****数据处理的方法。
实验仪器:
WF-2型金属电子逸出功测定仪和理想(标准)二极管。逸出功测定仪主要包括二极管灯丝温度测量系统、专用电源、显示测量电压电流的数字电表。
实验内容与基本原理:
1. 热电子发射测量电子逸出功的基本原理
-4 热电子发射电路图
真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热以提高阴极温度,温度的升高改变了金属钨丝内电子的能量分布,使动能大于的电子增多,使动能大于的电子数达到可观测的大小,使从金属表面发射出来的热电子达到可检测的数目,因此在阳极未加正电压(-4中)时,连接两个电极的外电路中也将会检测到有热发射电流(称为零场电流)通过。此零场电流强度由理查逊-热西曼公式确定,有
()
它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中是和阴极表面化学纯度有关的系数(单位为A/(m2·K2)),为阴极的有效发射面积(单位为m2),为发射热电子的阴极的绝对温度(单位为K),为玻尔兹曼常数。此式显示出电子逸出功()对热电子发射的强弱有着决定性作用。
,再取对数,得
()
此式显示与成线性关系。如以为纵坐标,为横坐标作图,由直线斜率即可求出电子的逸出电势和电子逸出功。这样的数学处理方法叫理查逊直线法。
2. 零场电流的测量
当热电子不断从阴极射出飞向阳极过程中形成空间电荷,空间电荷的电场阻碍后续的电子飞往阳极,这就严重地影响零场电流的测量。为了克服空间电荷电场的影响,使电子一旦逸出就能迅速飞往阳极,不得不在阳极和阴极之间加一个加速场。但是,的存在又会产生肖脱基效应,使阴极表面的势垒
降低,电子逸出功减小,发射电流变大,因而测量得到的电流是在加速电场的作用下阴极表面发射电流,而不是零场电流。可以证明零场电流与的关系为
对上式取对数,曲线取直,有
()
通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形,忽略接触电位差和其它影响,则加速电场可表示为,其中和分别为阴极和阳极的半径,为阳极电压(-4)。把代入上式得
()
-6 实验电路图
-5 外推法求零场电流
0
5
10
此式是测量零级电流的基本公式。对于一定尺寸的二极管,当阴极的温度一定时,和成线性关系。如果以为纵坐标、以为横坐标作图,这些直线的延长线与纵坐标的交点为,-5所示。求反对数,可求出在一定温度下的零场电流。
测量数据与数据处理:
1. -6连接好实验电路,接通电源,预热十分钟。
2. -,。如果阳极电流偏小或偏大,也可适当增加或降低灯丝电流。对应每一灯丝电流,在阳极上加上25V,36V,49V,64V,…,144V电压,各测出一组阳极电流
。,。
25
36
49
64
81
100
121
144
5
5
5
5
5
5
5
6
20
20
21
21
21
22
22
23
69
70
72
73
74
75
76
78
210
213
217
220
224
227
232
235
558
569
580
591
601
613
625
637
(V)
(10-6A)
(A)
在不同阳极加速电压和灯丝温度下的阳极电流
3. ,作出图线。求出截距,即可得在不同阴极温度时的零场热电子发射电流,。
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