《金属电子逸出功的测定》实验指导与
报告
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要求1
《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求
一、 电子发射
1、 电子发射的分类:
?、光电发射:靠光照射金属
表
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面引起电子发射。
?、热电子发射:加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。
?、二次电子发射:靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射
?、场效应发射:靠外加强电场引起电子发射
2、热电子发射
?、无线电电子学的基础
?、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象
二、实验目的和要求
1、了解热
2、掌握逸出功的测量方法。
2、 学习一种数据处理方法。 V
三、金属电子逸出功的测定原理简述
1、真空二极管的结构
a) 阴极K 通以电流 If 加热
b) 阳极A上加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流 Ia 通过
2、金属电子逸出功
?金属中电子能量分布
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:
dN,dW314π223(2m)WeW,WF
kT ，1
式中WF称费米能级。
c) 金属-真空界面表面势垒曲线 (x为电子距离金属表面的距离)
d) 逸出功定义:E0?Eb?EF?eV
?、根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射公式，称
里查逊-杜什曼
(Richardson-Dushman)公式。
I,ASTe
式中:I-热电子发射的电流强度(A)
S-阴极金属的有效发射面积(cm2)
k-玻尔兹曼常数
T-绝对温度
eV-金属的逸出功
A-与阴极化学纯度有关的系数
2,eVkT
3、肖脱基效应
I,AST2eeΦ
kT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Ea，使电子加速飞向阳极。然而由于Ea的存在，使阴极发射电子得到助力，发射电流较无电场时大。这一现象称肖特基(Schottky)效应。
根据二极管理论，考虑到阴极和阳极共轴，且是园柱形，并忽略接触电势差和其它影响，可推得
?Ea?1??logIa=logI+4.39Ia=Iexp ?T2.30Tr??r1ln2
r1a
式中Ia和I0分别是加速电场为Ea和零时的阴极发射电流;r1和r2分别为阴极和阳极的半径;Ua为阳极电压。
4、外延法求零场发射电流
?T1?I1?a~logIa??
?T?I6?6
5、查理逊直线法求逸出电势
??I61?I11? ?做曲线图 log,, ,log T2T? T2,T??,求斜率
1?6?16??
【实验
内容
财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容
】
1、按图接好线路，经检查无误后，接通电源予热10分钟。(阳极+连
1接线柱。阳极-连6接线柱，灯丝电压+连3接线柱，--连5接线柱，安培表正极连4接线柱，负极连5接线柱，微安表正极连1接线柱，负极连2接线柱)
2、取不同的灯丝电流If (即对应于不同的温度T)，从0.50A开始，每隔0.05A测一次。对每一电流If，测阳极电压为20，30，40，……，120伏时的电流Ia。
注意，If不能超过0.80A，以延长二极管寿命。每改变一次电流值，要恒温5发钟，使阴极达到热平衡。
3、用单对数坐标纸作lgIa,a直线，求出截距1g I0，即求出不同电流If下的I0，查出对应的温度T。
4、作lg
11II
lg,直线。求直线的斜率Δ()/Δ()。计算钨的逸出功eφ。
TT2TT2
5、与公认值时e=4.54eV比较，作误差分析。 【实验原始数据】
【数据处理】 1、lgIa,a曲线
根据原始数据计算出不同If下，lgIa与a的值，如表1所示。
表1 不同If下lgIa与
a
的值
由表1中的数据可做不同If下lgIa,a曲线，如图1所示(仅供参考)。
图1 lgIa,
a曲线
由上图可读出不同If下lgIa,a曲线的截距lgI0，如表2所示。
表2
不同I对应的lgI
2、lg
IT2
,
1T
曲线 知不同If对应不同温度，如表3所示。
表3
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
二极管的加热电流与温度的关系
由表2和表3中数据可得lg
和对应数据，如表4所示。 2
TT
表4 不同If下lg
I1与的关系 2由上表可作出lg
,曲线，如图2所示(仅供参考)。 2
TT
注意坐标的标度
图2 lg
I01
,曲线 2
TT
由上图可知斜率Δ(lg
1I
)/Δ()=-22913.56，根据里查逊直线法可知逸出功eφ=Δ
TT2
(lg
1I
)/Δ()/-5040= .------eV。
TT2
百分误差为E=
【思考与讨论】
1， 本实验中需要测量哪些物理量,为什么,
测量Uf、Ua以及If，由于公式显示的A，S等不容易测量，需要间接测量电压值来转换成逸出功数据。
2， 试验中如何稳定阴极温度,
每次调整了电压Ua，等待1~2分钟让电流稳定，温度才达到稳定值。
浙公网安备 33021202002483