金属电子逸出功测量试验报告图文

1、实验目的:1 . 了解有关热电子发射的基本规律。2 .学习测定金属鸨逸出功的理查逊直线法3 .进一步学习数据处理的方法。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U f图3.11-4热电子发射电路图真空二极管的阴极（用被测金属鸨丝做成）通以电流加热以提 高阴极温度，温度的升高改变了金属鸨丝内电子的能量分布，使动 能大于Ef的电子增多，使动能大于 日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A

2、未加正电压（图3.11-4中Ua 0）时，连接两个电极的外电路中也 将会检测到有热发射电流I （称为零场电流）通过。此零场电流强 度I由理查逊-热西曼公式确定，有I AST2 exp e（3.11.1）kT它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。 式中A是和阴极表面化学纯度有关的系数 （单位为A/（m2K2）, S为阴极的有效发射面积（单位为 m2）, T为发射热电子的阴极的绝对温度（单位为K）, k为玻尔兹曼常数。此式显示出电子逸出功（e ）对热电子发射的强弱有 着决定性作用31lg AS 5.04 10 -（3.11.2）工为横坐标作图，由直线斜率即可求出T将3.11.1式两边除以T

3、2,再取对数，得lg 4 lg AS eT22.30kT此式显小1g /与:成线性关系。如以lga为纵坐标,电子的逸出电势和电子逸出功e。这样的数学处理方法叫理查逊直线法2 .零场电流I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Ea o但是，Ea的存在又会产生肖脱基效应，使阴极表面的势垒Eb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Ea的作用下阴极表面发射电流Ia,而不是零场电流I。可以证明零

4、场电流I与Ia 的关系为对上式取对数，曲线取直，有ig I a ig I0.439, Ea2.30T(3.11.3)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Ea 5一,其中ri和2分别为阴极和阳极的半径，Ua为阳极电压(图3.11-4)。把Ea代 r1 ln( r2 /r1)入上式得ig Ia ig I0.43912.30T . r11n(r2 /r1)Ua(3.11.4)当阴极的温度T一定时，lgla和Jua此式是测量零级电流的基本公式。对于一定尺寸的二极管, 成线性关系。如果以ig I a为纵坐标、以4U7为横坐标作图，这些直线的延 长线与纵坐标的交点为

5、igI ,如图3.11-5所示。求反对 数，可求出在一定 温度下的零场电流I测量数据与数据处理：1 .按照图3.11-6连接好实验电路，接通电源，预热十分钟。2 .调节理想二极管灯丝电流I f在0.55-0.75A之间，每隔0.05A进行一次测量。如果阳极电流Ia偏小或偏大，也可适当增加或降低灯丝电流If。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 %。记录数据于表3.11.2中，并换算至J JJ-L-J)'1算出逸出功e ,并与公认值 4.54 eV 比较，计算相对误T (10 3KL-火6.07.08.09.010.011.0

6、12.01.80-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.31-5.23差。1.88-4.70-4.70-4.68-4.68-4.68-4.66-4.68-4.641.96-4.16-4.155-4.153表 3.11-4.137 I .4 lg，-41131 一表-4.125-4.119-4.1082.041-3.678-3 6793£16358T365-3 644-3.635-3.629测量结果及实验2.12可必炉0-3.2450-3.2n378- -3.2-1 2996 -3.2222m- -3.213-27T2-3.205-3.196结论直线斜率：m=

7、 2.39= 4.74 eV;逸出功公1-5.36-4.74-4.19-3.71-3.29104 ；逸出US： e-11.86-11.29-10.77-10.33-9.95功：e=4.541/T (10-3)0.550.530.510.490.47表3.11.3数据的换算值电子逸出电势，计3 .根据表3.11.3中 的数据，作出lg Ia :图线。求出截距lg I ,即可得在不同阴极温度 时的零场热电子发 射电流I ,并换算至表3.11.44 .根据表3.11.4,Ia(i0-6A)u® (V) '后一25364964811001211440.55555555560.6020202121212222230.6569707273747576780.702102132172202242272322350.75558569580591601613625637表3.11.2在不同阳极加速电压和灯丝温度下的阳极电流I 1做出lg 1: 图T T 线。由直线斜率求eV；相对误差E=4.4%分析讨论:从测量结果来看，本实验的精度较高。也