钨的逸出功

【实验目的】 实验目的】 了解热电子发射的基本规律； 1、了解热电子发射的基本规律； 2、用里查逊直线法测定金属钨的电子逸出功 仪器用具】 【仪器用具】 理想二极管、直流电压表、直流电流表两个（1A， 理想二极管、直流电压表、直流电流表两个（1A， 1000μA）、逸出功测定仪。 ）、逸出功测定仪 1000μA）、逸出功测定仪。 实验原理】 【实验原理】 1、热电子发射
Ia = I ex ( p ) kT 式中，Ia和I分别表示加速电场为 和零时的发加速电场为 电流。 电流。
e Ea
3
（ 3）
如果把阴极和阳极做成共轴圆柱体，并忽略接触电 势差和其它影响，则加速电场可表示为
E a = U a r r I n 2 1 r 1
为横坐标作图，所得直线 为横坐标作图，
斜率即可求出金属电子的逸出功eφ 斜率即可求出金属电子的逸出功eφ或逸出电位 eφ或逸出电位 φ，这个方法叫做里查逊直线法
3、外延法求零场电流 为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极， 为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极， 必须在阴极和阳极间外加一个加速电场Ea 然而由于Ea Ea． 必须在阴极和阳极间外加一个加速电场Ea．然而由于Ea 的存在使阴极表面的势垒Eb降低，因而逸出功减小， Eb降低 的存在使阴极表面的势垒Eb降低，因而逸出功减小，发 射电流增大．这一现象称为肖脱基效应． Ea的作用下 的作用下， 射电流增大．这一现象称为肖脱基效应．在Ea的作用下， 阴极发射电流Ia与阴极表面加速电场Ea的关系为： Ia与阴极表面加速电场Ea的关系为 阴极发射电流Ia与阴极表面加速电场Ea的关系为：
用钨丝作阴极的理想二极管，通过电流加热， 用钨丝作阴极的理想二极管，通过电流加热，并在 阳极和阴极间加上正向电压时，在外电路中就有电流通 阳极和阴极间加上正向电压时， 过。电流的大小主要与灯丝温度及金属逸出功的大小有 灯丝温度越高或金属逸出功越小，电流就越大。 关，灯丝温度越高或金属逸出功越小，电流就越大。根 据费米——迪拉克分布可以导出热电子发射的里查孙— ——迪拉克分布可以导出热电子发射的里查孙 据费米——迪拉克分布可以导出热电子发射的里查孙— 杜西曼公式
金属电子逸出功的测定
【预习要点】 预习要点】 在通常温度下，由于金属表面与外界之间存在 在通常温度下， 着势垒，从能量角度看， 着势垒，从能量角度看，金属中的电子实在一个势 阱中运动，势阱的深度为E 阱中运动，势阱的深度为Eb.。在热力学温度为零度 称为费米能量， 电子所具有的最大能量为E 时，电子所具有的最大能量为EF，EF称为费米能量， 这时电子逸出金属表面至少需要从外界得到的能量 =eφ,称为金属电子的逸出功 称为金属电子的逸出功。 为E0=Eb–EF=eφ,称为金属电子的逸出功。电子从被 加热金属中逸出的现象称为热电子发射。 加热金属中逸出的现象称为热电子发射。不同的金 属具有不同的逸出功， 属具有不同的逸出功，而逸出功的大小对热电子发 射的强弱有重要影响。 射的强弱有重要影响。实验中常用里查逊直线法测 定金属电子的逸出功。 定金属电子的逸出功。
e ϕ I =A T e p − S x( ) kT
2
（ 1）
式中I为热电子发射的电流强度， 式中I为热电子发射的电流强度，A为与阴极材料有 关的系数， 为阴极的有效发射面积， 为波尔兹曼常数， 关的系数，S为阴极的有效发射面积，k为波尔兹曼常数， k=1.381×10-23J/K， 为热阴极灯丝的热力学温度， k=1.381×10-23J/K，T为热阴极灯丝的热力学温度， eφ为逸出功 为逸出功。 eφ为逸出功。
【实验内容】 实验内容】 熟悉仪器装置，按图连接电路，接通电源， 1、熟悉仪器装置，按图连接电路，接通电源， 调二极管灯丝电流If=0.580A 预热5 10分钟 If=0.580A， 分钟。 调二极管灯丝电流If=0.580A，预热5～10分钟。 在阳极上依次加25V 36V、 25V、 144V电压 电压， 2、在阳极上依次加25V、36V、…、144V电压， 分别测出对应的阳极电流Ia Ia。 分别测出对应的阳极电流Ia。 改变二极管灯丝电流If If值 每次增加0.020A 0.020A， 3、改变二极管灯丝电流If值，每次增加0.020A， 重复上述测量，直至0.700A 0.700A。 重复上述测量，直至0.700A。 思考题】 【思考题】 实验中是如何得到不同灯丝温度T的？零场电 2、实验中是如何得到 流I又是如何求得的？
（ 4） （ 5）
将式（4）代入式（3）取对数得
e3 lg Ia = lg I + ⋅ 2.303kT 1 r In 1 r2 r 1 Ua
式（5）表明，对于一定尺寸的直热式真空二极管， r1、r2一定，当阴极的温度T一定时，lgIa与 成线 ua ua 性关系，若以lgIa为纵坐标， 为横坐标作图，则得到 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，即截距为lgI(如图2所示)。
2、里查逊直线法 由式（1）得 由式（ 两边取对数
I e ϕ ⋅) =A e p − S x ( kT T2
lg
I eϕ 1 = lg AS − ⋅ 2.303k T T2
lg 1 T2
（ 2）
1 成线性关系， 成线性关系， T
从式中可以看出， 从式中可以看出， 若以
lg 1 T2
与
1 为纵坐标， 为纵坐标，T