文档介绍：逸出功的测定实验报告实验1-4逸出功的测定【实验目的】1、了解热电子发射规律。2、掌握逸出功的测量方法。3、学****一种数据处理方法。【实验原理】若真空二极管的阴极(用被测金属钨做成)通以电流加热,并在阳极上加正电压,则在连结两个电极的外电路中就有电流通过,如图1-4-1所示。这种电子从加热金属中发射出来的现象,称热电子发射。研究热电子发射的目的之一,就是要选择合适的阴极材料。逸出功是金属的电子发射的基本物理量。1、电子的逸出功根据固体物理学中金属电子理论,金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布,即:314π22(2m)W3dNh,(1-4-1)W,WFdW图1-4-1真空二极管工作原理kTe,1式中W称费米能级。F在绝对零度时,电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(1)所示。此时电子所具有的最大动能为W。当温度F升高时,电子的能量分布如图1-4-2中的曲线(2)所示。其中少数电子具有比W高的能量,并以指数规律衰减。F图1-4-2费米能量分布曲线图1-4-3金属表面势垒由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒W,如图1-4-3。电子要从金属逸出,必须至少有能量W。从bb图1-4-3可看出,在绝对零度时,电子逸出金属表面,至少需要得到能量W,W一W,eφ(1-4-2)0bFW(eφ)称为金属电子的逸出功,常用单位为电子伏特(eV)。它表征要使处于绝对零度下的具有最大能量的电0e子逸出金属表面所需给予的能量。为电子电荷,φ称逸出电位。可见,热电子发射,就是利用提高阴极温度的办法,改变电子的能量分布,使其中一部分电子的能量大于W,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的作用。b2、热电子发射公式根据费米-狄拉克能量分布公式(1-4-1),可以推导出热电子发射公式,称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。eΦ,2kT(1-4-3)I,ASTe0式中:I-热电子发射的电流强度(A)02S-阴极金属的有效发射面积(cm)k-玻尔兹曼常数T-绝对温度eφ-金属的逸出功A-与阴极化学纯度有关的系数原则上,只要测出I,A,S,T,便可由(1-4-3)式计算出逸出功eφ,但困难的是A和S是难以直接测量0的,所以,在实际测量中,常用下述的里查逊直线法确定eφ,以设法避开A和S的测量。3、里查逊直线法2将(1-4-3)式两边除以T,再取对数,,(1-4-4),,,,(1-4-4)式可以看出,与成线性关系。如果以为纵坐标轴,为横坐标轴作图,从得到22TTTT1I0A和S的影响只是使lg的直线斜率即可求出电子的逸出功eφ值。―直线平移。2TT4、发射电流I的测量0(1-4-3)式中的I是不存在外电场时的阴极热发射电流。无外场时,电子不断地从阴极发射出来,在飞向0阳极的途中,必然形成空间电荷,空间电荷在阴极附近形成的电场,正好阻止热电子的发射,这就严重地影响发射电流的测量。为了消除空间电荷的影响,在阳极加一正电压,于是阳极和阴极之间形成一加速电场E,a使电子加速飞向阳极。然而由于E的存在,使阴极发射电子得到助力,发射电流较无电场时大。这一现象称a肖特基(Schottky)效应。根据二极管理论,可以证明,在加速电场E的作用下,,Iexp(1-4-5)a0T式中I和I分别是加速电场为E和零时的阴极发射电流。对(1-4-5)式取对数,(1-4-6)lgI,lgI,,且是园柱形,并忽略接触电势差和其它影响,则加速电场可表示为Ua(1-4-7)E,ar2rln1r1式中r和r分别为阴极和阳极的半径;U为阳极电压。将(1-4-7)式代入(1-4-6)式,,,lgIlgI(1-4-8)(1-4-8)式可见,温度T一定时,1gI与成线性关系。如Uaa图1-4-4所示。此直线的截距为1gI。由此便得到温度为T,电场为0零时的发射电流I。05、温度T的测量由(1-4-3)式可知,阴极发射电流与T有关,指数项中含有T,对发射电流的影响很大。温度测量误差对结果影响很大。测量阴极温度的方法虽然不少,但精度都不高。本实验是以测量加热电流的方法来确定温度。给阴极通以电流I,在产生热量的同时,阴极还辐射热量。f在发热功率和辐射功率达到平衡时,阴极达到一定的温度。电流If—关系曲线图1-4-41gIUaa与温度T有一定函数关系。有人已对纯钨丝的比加热电流作过精确的////I,P/R测量。比加热电流为,其中为长为1cm,直径为1cm的阴极(称单位阴极)在一定温度下辐Pffff//射的功率;为单位阴