逸出功的测定.doc

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1、实验1-4逸出功测定同组者：关希望指导老师：周丽霞一.引言电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出所需的最小能量,称为逸出功。本实验采用二极管通过测量电子的能量来确定电子的逸出功。实验目的：了解热电子发射规律；掌握逸出功的测量方法；学习一种数据处理方法。二.实验原理图1-4-1真空二极管工作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

2、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：(1-4-1)式中称费米能级。在绝对零度时，电子所具有的最大动能为。当温度升高时，其中少数电子具有比高的能量，并以指数规律衰减。由于金属表面与外界(真空)之间存在势垒。电子要从金属逸出，必须至少有能量。在绝对零度时，电子逸出金属表面，至少需要得到能量（1-4-2）称为金属电子的逸出功，常用单位为电子伏特()。它表征要使处于绝对零度下的具有最大能

3、量的电子逸出金属表面所需给予的能量。为电子电荷，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，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。2、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。(1-4-3)式中：-热电子发射的电流强度(A)-阴极金属的有效发射面积(cm2)-玻尔兹曼常数-绝对温度-金属的逸出功-与阴极化学纯度

4、有关的系数由于实际中，和是难以直接测量的，所以，常用下述的里查逊直线法确定，以设法避开和的测量。3、里查逊直线法将(1-4-3)式两边除以，再取对数，得到(1-4-4)从(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，从得到的直线斜率即可求出电子的逸出功值。和的影响只是使―直线平移。4、发射电流的测量(1-4-3)式中的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

5、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，使电子加速飞向阳极。然而由于的存在，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，在加速电场的作用下，阴极发射的电流为(1-4-5)式中和分别是加速电场为和零时的阴极发射电流。对(1-4-5)式取对数，则(1-4-6)考虑到阴极和阳极共轴，且是圆柱形，并忽略接触电势差和其它影响，则加速电场可表示为(1-4-7)式中和分别为阴极和阳极的半径；为阳极电压。将(

6、1-4-7)式代入(1-4-6)式，得到(1-4-8)图1-4-4—关系曲线由(1-4-8)式可见，温度T一定时，与成线性关系。如图1-4-4所示。此直线的截距为。由此便得到温度为，电场为零时的发射电流。5、温度的测量由(1-4-3)式可知，阴极发射电流与有关，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。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，在产生热量的同时，阴极还辐射热量。在发热功率和辐射功率达到平衡时，阴极达到一定的温度。电流与温度有一定函数关系。对于我们所用的真空

7、二极管，其加热电流与温度的关系已测定，见表1-4-1。表1-4-1标准二极管的加热电流与温度的关系If/A0.500.550.600.650.700.750.80T/K1720180018801960204021202200综上所述，要测定某金属材料的逸出功，应首先将其做成二极管阴极，然后测定加热电流，查得对应的温度T，再测得阳极电压和发射电流的关系，通过数据处理，得到，最后用里查逊直线法求得逸出功。三.实验仪器和实验内容1.实验装置（WF—1型），包括标准二极管，灯丝加热电源，电流表，高压电源，检流计（微安

8、表）和分流器等。a、标准二极管本实验所用的是一个特殊设计的直热式真空二极管，阴极用纯钨做成，阳极是与阴极共轴的园筒。为消除阴极的冷端效应和电场不均匀的边缘效应，在阳极两端各装一个保护环。工作时，保护环与阳极等电势，但其电流不被测量。b、灯丝电源是连续可调的低压稳定电源，供给二极管阴极加热电流，高压稳压电源，经分压器分压，提供阳极电压。c、微安表(G)用来测量阴极发射电流。d、分流器：由于测量中的变化