金属电子逸出功的测定

1、9金属 电子 逸出从电子热发射理论可知道，当处于真 空中的金属材料被加热到足够高的的 温度时，金属中的电子会从金属中逃 逸出来，这种现象称为热电子发射。由于不同的金属材料其电子的逸出功 是不同的，因此热电子的发射情况也 不一样。本实验本实验以金属钨为 例，测量其热电子的逸出功。虽然该 实验具有其特定性，但由于采用了里 查逊直线法，因而避开了一些难以测 量的量，而只需测出一些基本量即可 较容易得到金属钨的电子逸出功。该 方法具有其普适性，在实验中应对其 内含的物理机制予以掌握。V金属电逸出功（或逸出电位）的测定实验，综合性地应用了直线测定法、外延测 量法和补偿测量法等基本实验方法。在数 据处理方

2、面有比较好的技巧性训练。因 此，这是一个比较有意义的实验。V根据固体物理学中金属电子理 论，金属中的传导电子能量的 分布是按费密-狄喇克能量分 布的。即f(E) =dNdE4 n眉（2m）3/2 ?exp?E- Ef kT式中EF成为费密能级? ?1 + ? ?V在绝对零度（T=0 ）时，电子的 能量分布如图所示。在绝对零度时电子要从金属逸 出，至少需要从外界得到能量。电子逸出功V根据里查逊-热西曼公式I = AST2ex-0?PekT0?式中，I为热电子发射的电流强度，单位为 A；A为何阴极表面化学纯度有关的系数，单位为A m KS为阴极的有效发射面积，单位为 m2T为发射热电子的阴极的绝对

3、温度，单位为K ；23k为玻尔兹曼常数，k = 1.38 X10 J/K原则上我们只要测定l,A,S和T,就可以根据公 式计算出阴极材料的逸出功实验V但是，困难在于 A和S这两个量是难以 直接测定的。所以在实验测量中，常 用下属的里查逊直线法。以设法避开A和S这两个量的测量。1、里查逊直线法1 lg T 2 = lg AS -e?= lg AS- 5.04 X103? 12.30kTT1 1从公式上可看出，产和成线性关 系。如果以lgT12为纵坐标，以为横 坐标作图，则从所得直线的斜率可求 出电子的逸出电位，从而求出电子的 逸出功。2、从加速电场外延求零场电流为了维持阴极发射的热电子能连续不断

4、的飞向阳极, 必须在阴极和阳极间外加一个加速电场。考虑了阴极半径ri、阳极半径2,以及为阳极电 压U a，可得公式lg I a = lg I +0.4392.30 T、Ur ln r2i In ri由公式可知，对于一定尺寸的管子，当阴极的温度T一定时，Igla和Ua成线性关系。如果以Igla为纵坐标， 以山为横坐标作图，如则可以得到各个温度下的一系 列直线。而直线的延长线与纵坐标的交点即为Igl。因此，根据交点即可求出在一定温度下加速电场为零时 的发射电流I。3、灯丝温度的测定根据公式灯丝电量与其温度关系的公式:T = 920 .0 + 1600 If即可将测得的二极管灯丝电流换算成热力学温度。V综上所述，要测定金属材料的逸出功， 首先应该把被测材料做成二极管的阴极。 当测定了阴极温度T,阳极电压Ua和发射电流la后，通过上述的数据处理，得到 零场电流I，再根据里查逊直线法公式， 即可求出逸出功e （或逸出电位 ）V熟悉仪器装置，按线路图接好 电路。接通电源预热1020min 毫安表测量灯丝电流If，微安表 测量阳极电流la，伏特表测量电 压Ua。V取理想二极管灯丝电流 If从0.6000.775A,（每间隔 0.05A进 行一次测量）。对应每一灯丝电 流，在阳极上加上25, 36, 49, 64,，144V诸电压，各测出 一组阳极电流la。记录数据于阳 极测量