鎢的逸出電位的測定t.doc

《鎢的逸出電位的測定t.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、鎢的逸出電位的測定金屬電子逸出功（或逸出電勢）的測定實(shí)驗(yàn)是幫助我們了解金屬電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和研究金屬電子功函數(shù)的一個(gè)重要的物理實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)加深對(duì)于熱電子發(fā)射基本規(guī)律的了解，綜合性地應(yīng)用了直線測定法、外延測量法和補(bǔ)償測量法等基本實(shí)驗(yàn)方法以及在數(shù)據(jù)處理方面的一些技巧，對(duì)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)是很有幫助的。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．了解關(guān)于熱電子發(fā)射的基本規(guī)律。2．用里查遜（Ricbaedson）直線法測定鎢絲的電子逸出電位?！緦?shí)驗(yàn)原理】在高度真空的管子中，裝上兩個(gè)電極（如普通的二極管），其中一個(gè)用被測的金屬絲作成。如果金屬絲通以電流加熱，在另一個(gè)“冷”的電極上加上比金屬絲為正的電位，那末在連接這兩個(gè)電極的外

2、電路中將有電流通過（如圖1），這種現(xiàn)象稱為熱電子發(fā)射。研究熱電子發(fā)射的目的之一就是要選擇合適的陰極物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)和理論證實(shí)：影響燈絲發(fā)射電流密度的主要參量是燈絲溫度和燈絲物質(zhì)的遍出功。燈絲溫度愈高，發(fā)射電流密度愈大；金屬的逸出功愈小，發(fā)射的電流密度亦愈大。因此理想的純金屬熱電子發(fā)射體應(yīng)該是具有較小的逸出功而有較高的熔點(diǎn)，使得工作溫度得以提高，以期獲得較大的發(fā)射電流。目前應(yīng)用最廣泛的純金屬陰極是鎢，個(gè)別的亦有銀鉭等金屬。1．電子的逸出功根據(jù)固體物理中金屬的電子論，金屬中的傳導(dǎo)電子具有一定的能量。但是它們處于簡并情況，單個(gè)原子中的每一能級(jí)分裂為許多很靠近的能級(jí)，猶如一連續(xù)的帶，稱之為“能帶”?，F(xiàn)代電子

3、論認(rèn)為金屬中電子能量分配不是按照麥克斯韋（Maxwell）分布，而是按費(fèi)密一狄喇克（Felmi－Dirac）統(tǒng)計(jì)公式分布的。圖1絕對(duì)零度時(shí)其能量分布曲線圖2電子的能量分布曲線即(1)在絕對(duì)零度時(shí)其能量分布曲線如圖33－2中曲線（1）所示，此時(shí)電子具有最大的動(dòng)能為Wi（稱為費(fèi)密能級(jí)）。當(dāng)溫度升高時(shí)。（例如1500K），電子的能量分布曲線如圖33－2中（2）所示。其中能量較大的少數(shù)電子具有比Wi更高的能量，而且具有這樣能量的電子數(shù)隨能量的增加而指數(shù)遞減。圖3電子的逸出功在通常溫度下，金屬中為什么幾乎沒有電子從其表面掙脫出來呢?這是由于金屬表面存在一個(gè)厚約10--10米左右的電子一正電荷的偶電層，阻

4、礙電子從金屬表面逸出。也就是說金屬表面與外界之間有位能壁壘。電子要從金屬中逸出至少具有動(dòng)能，即必須克服偶電層的阻力作功（如圖3）。這個(gè)功就叫做電子的逸出功，以W。表示之，顯然，W。的常用單位為電子伏特（eV）它表征要使處于絕對(duì)零度下的金屬中具有最大能量的電子逸出金屬表面所需要給予的能量。稱為逸出電位，其數(shù)值等于以電子伏特表示的電子逸出功，單位為伏特。2．熱電子發(fā)射：（1）里查遜一杜斯曼公式根據(jù)費(fèi)密一狄喇克的能量分布公式（1）可以導(dǎo)出熱電子發(fā)射的里查遜一杜斯曼（RIChardson～Dllshman）公式（推導(dǎo)見附錄）：（2）式中：Is——熱電子發(fā)射的電流強(qiáng)度（單位：安培）S——陰極金屬的有效發(fā)

5、射面積（單位：厘米2）T——熱陰極的絕對(duì)溫度（K）e——陽板金屬的電子逸出功（電子伏特）k——玻爾茲曼常數(shù)k＝1．38×10－”焦耳／開A——與陰極化學(xué)純度有關(guān)的系數(shù)原則上，只要測定Is、A．S和T，我們就可以據(jù)據(jù)（2）式算出陽極的逸出功e。但是A和S的測量是相當(dāng)困難的。（2）肖脫基效應(yīng)為了維持陰極發(fā)射的熱電子能連續(xù)不斷地飛向陽極，必須在陽極與陰極間外加一個(gè)加速電場然而，由于Ea的存在，就必然助長了熱電子發(fā)射，這就是所謂的肖脫基效應(yīng)。肖脫基認(rèn)為，在加速場的作用下，陰極發(fā)射電流與有如下關(guān)系：(3)式中和分別是加速場為及零時(shí)的發(fā)射電流。對(duì)（3）式取對(duì)數(shù)得：(4)如果把陰極和陽極作成共軸圓柱形，并忽

6、略接觸電位差和其他影響，則加速電場可表示為：(5)其中和分別為陰極與陽極的半徑，為加速電壓。將（5）式代入（4）式可得：(6)由（6）式可如，在一定溫度和管子結(jié)構(gòu)下和成線性關(guān)系。因此可以用作圖法以還為橫座標(biāo)，以為縱座標(biāo)作直線，由此直線延長與的軸線相交，交點(diǎn)即是。由此可以走出在一定溫度下，當(dāng)加I速場為零時(shí)的發(fā)射電流（圖4）圖4.一定溫度下加I速場為零時(shí)的發(fā)射電流I3．電子的逸出功的測量（1）里查遜直線法將公式（2）式兩邊除以T2，再取對(duì)數(shù)得到：(7)從式（7）可以看出與成線性關(guān)系。如果我們以作縱座標(biāo)，以為橫座標(biāo)作圖，然后從所得的斜率的值，就可求出電子的逸出電位。這方法就叫做里查遜直線法。它的優(yōu)點(diǎn)

7、是可以不必求出、S的具體數(shù)值，直接由T和Is就可得出e的值，A和S的影響，只是使～直線平行移動(dòng)。但此法測得的e的值精度欠佳。（2）回歸分析法：根據(jù)公式（6）在一確定發(fā)射狀態(tài)下（T一定）與的測量都是等精度的，且是無誤差量（或甚?。┎捎米钚《朔ㄟM(jìn)行一元回歸——即直線回歸，求（8）當(dāng)我們確定燈絲工作電流后，發(fā)射狀態(tài)確定，即燈絲的發(fā)射溫度為一定的情況下，零場發(fā)射電流是唯一的。根據(jù)公式(7)在上述已求得之