大学物理实验 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 教学课件 作者 孙宇航 实验26 金属电子逸出功的测定.ppt

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1、金属电子逸出功的测定物理实验教学中心实验背景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。增加电子能量有多种方法，如用光照，利用光电效应使电子逸出，或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也能使电子逸出。本实验用加热金属，使热电子发射的方法来测量金属的逸出功。电子从热金属发射的现象，称为热电子发射。研究热电子发射的目的之一就是要选择合适的阴极物质。实验和理论证实，影响灯丝发射电流密度的主要参量是灯丝温度和灯丝物质的逸出功。灯丝温度愈高，发射电流密度愈大。因此理想的纯金属热电子发射体应该具有较小的逸出功而有较高的熔点，使得工作温度得以提高，以期获得较大的发射电流。目前应用最广泛

2、的纯金属是钨。本实验就是用理查逊直线法来测定钨的逸出功，从而加深对于热电子发射基本规律的了解。实验目的①了解有关热电子发射的基本规律。②用理查逊直线法测定钨丝的电子逸出功。③进一步学习数据处理方法。实验仪器金属电子逸出功测定仪理想二极管导线若干金属电子逸出功测定仪实验原理通过对热电子发射规律的研究，可以测定阴极材料逸出功，以选择合适的材料。1．电子的逸出功、逸出电势热电子发射图根据固体物理金属电子理论，金属中传导电子的能量分布是费米-狄拉克分布。在绝对零度时，如下图(1)所示,此时，电子具有的最大动能为EF。能量分布图当温度升高时，电子能量分布曲线如图中曲线(2)所示。其中能量较大的少数电子具

3、有比EF更高的能量，且具有这种能量的电子数随能量的增加而指数递减。在绝对零度时，电子逸出金属至少要从外界得到的能量为E0，即必须克服偶电层的阻力做功E0=Eb−EF=eV2．热电子发射公式根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射的理查逊-杜西曼公式，即I=AST2e−eV/kT式中:I—热电子发射的电流强度（单位是A）；S—阴极金属的有效发射面积（单位是cm2）；T—热阴极的绝对温度（单位是K）；A—与阴极化学纯度有关的系数（单位是A·cm−2·K−2）；k—玻耳兹曼常量，k=1.38 × 10−23J/K。原则上只要测定I、A、S和T，就可以根据上式算出阴极的逸出功eV。但是困难在

4、于A和S的测量。所以在实际测量中，通常采用理查逊直线法，借此可以设法避开A和S的测量。3．理查逊直线法将上式两边除以T2，再取对数得到lgI/T2与1/T呈线性关系，所得直线的斜率即可求出电子的逸出功eV，这种方法就叫做理查逊直线法。实验内容与步骤①将仪器面板上的3个电位器逆时针旋到底。②将主机背板的插孔和理想二极管测试台的插孔用红黑连线按编号一一对应接好。将理想二极管插入理想二极管测试台。③接通主机电源开关，开关指示灯和数字表发光。④取理想二极管灯丝电流If从0.55～0.75A，每间隔0.05A进行一次测量。对应每一灯丝电流，在阳极上加25、36、49、64l44V电压，各测出一

5、组阳极电流Ia。记录数据于表3.21，并换算至表3.22.⑤根据表3.22的数据，做出图线。求出截距，即可得到在不同阴极温度时的零场热电子发射电流I，并换算成表3.23。⑥根据表3.23的数据，做出⑦实验结束后，关闭电源，将仪器面板上的电位器逆时针旋到底。求出灯丝的的逸出功eV，与其理论值比较，求出相对误差。图线，从直线斜率注意事项由于理想二极管工艺制作上的差异，仪器内装有理想二极管限流保护电路，请不要将钨丝电流超过0.8A。