金属电子逸出功
金属电子逸出功的测定
华东理工大学物理实验教学中心 ( 202.120.99.174 )
华东理工大学物理实验教学中心 ( 202.120.99.174 )
实验数据处理
金属逸出功
用外延法求零场电流，作 log Ia ~ Ua 图 用理查逊直线法计算钨的逸出电势，作 log(I T 2 ) ~ 1 T 关系图，
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热发射电子在磁场中的运动
单电子近似的讨论
1)阴 极 发 射 电 子 动 能:
1 2
mV
2
eU a
E
阳极加速 热激发能
电场能
量
2)在 激 励 磁 场B作 用 下 电 子 发 生 偏 转
V2 m
eVB
R
B k'IS
3)在 临 界 状 态 下Ua ~ IC成 线 性 关 系
和阴极表面化 学纯度有关的
系数
阴极有效 发射面积
玻尔兹曼常数, k = 1.38×10－23焦开
发射热电子的阴极 的绝对温度
这两个量是难以直 接测定的 ?????
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理查逊直线法
I AST2exp eV
1 T
kT
r1ln
r2 r1
Ua
求出一组I(T)数据！
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金属逸出功的测定
外延法求零场发射电流 I 查理逊直线法求逸出电势V
Ua
~
logIa
T1
T6
I1 I6
金属电子逸出功的测定(精)
实验思路
为什么通常情况下电子 不能逸出，我们采用了 什么方法使电子逸出 为什么只要测得电 压Ua 和电流Ia 即可 完成实验
什么是电子逸出功 w0
怎样理解肖脱基 效应
为什么w0 = eψ 怎样求解热电子 发射电流I
怎样求解ψ
怎样理解里查逊 公式
为什么变换里查逊 公式
金属电子逸出功的定义
在绝对零 度时电子逸出 金属所需的最 小能量叫做电 子逸出功。
T5 T4
A K
Ua
T3 T2 T1
If
Uf
lg I a
The end！
Ia
A K
G
Ua
0
T5 T4 T3 T2
Ua
If Uf
lg I a
T1
里查逊—杜西曼公式
I 1 lg 2 lg AS 5040 T T
lg I a lg I
4.39 2.303 T
1 r r1 ln 2 r1
Ua
lg
I 1 lg AS 5040 T2 T
0
Ua
G
光电效应实验
爱因斯坦 光电效应方程
里查逊-杜西曼公式
实验原理图
G
A K
Ua
If
Uf
里查逊—杜西曼公式
I 1 lg 2 lg AS 5040 T T
实验原理图
Ia
GA KUa NhomakorabeaIf
Uf
肖脱基效应
4.39 lg I a lg I 2.303 T 1 r2 r1 ln r1 Ua
金属电子逸出功的测定
实验二十九金属电子逸出功的测定实验目的1．了解热电子发射的概念2．了解电子逸出功的概念3．掌握里查孙直线法测定金属电子逸出功的方法4．学习直线测量法、外延测量法和补偿法等基本实验方法实验前应回答的问题1.什么是里查逊直线法，怎样应用它测得溢出功ϕe，优点是什么？2.实验中直接测量的量是哪几个，怎么测定？3.什么是肖脱基效应，实验中怎样消除肖脱基效应的影响？4.比较热电子发射和光电子发射的异同点，是否可用光电效应法测定金属电子的溢出功？实验过程中重点学习内容1．电子逸出功的概念2．里查孙直线法原理3．直线测量法、外延测量法和补偿法数据处理4．阴极灯丝温度的测定实验要求关于里查孙直线法测定电子逸出功的原理必须清楚，该实验数据处理是难点和重点，主要用到了直线测量法、外延测量法和补偿法等基本实验方法，学生了解仪器原理的基础上，自己调试和使用仪器，掌握实验数据处理的方法，注意作图法处理数据的注意事项和重点内容。
实验主要仪器1．金属电子逸出功的测定仪2．理想二极管结构实验报告要求1．实验报告内容包括：实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、实验数据及处理、总结及误差分析、思考题目。
2．数据处理过程特别注意有效数字问题和不确定度对有效数字的要求。
3．要特别注意分析误差产生的原因。
4．数据处理过程要注意作图法的基本注意事项。
拓宽视野，加深实验了解1．介绍金属电子逸出功的测定的计算机软件，软件可以实时采集实验数据、进行实验数据处理和数据分析、自动计算出金属电子逸出功，界面如下所示。
金属电子逸出功的测定的计算机软件金属电子逸出功的测定的计算机处理实验数据2．肖特基二极管（Schottky Barrier Diode）它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。
其正向起始电压较低。
其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。
其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N 型半导体。
这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。
增补实验：金属电子逸出功的测定
增补实验：金属电子逸出功的测定【实验目的】1. 了解热电子发射的基本规律，验证肖特基效应；2. 学习用理查森直线法处理数据，测量电子逸出电位。
【实验原理】电子的逸出电位正是热电子发射的一个基本物理参数。
根据量子理论，原子内电子的能级是量子化的。
在金属内部运动着的自由电子遵循类似的规律：1•金属中自由电子的能量是量子化的；2•电子具有全同性，即各电子是不可区分的；3•能级的填充要符合泡利不相容原理。
根据现代的量子论观点，金属中电子的能量分布服从费米-狄拉克分布。
在绝对零度时，电子数按能量的分布曲线如图1中的曲线（1）所示，此时电子所具有的最大动能为W i，W i所处能级又称为费米能级。
当温度升高时，电子能量分布曲线如图1中的曲线（2）所示，其中少数电子能量上升到比W i高，并且电子数随能量以接近指数的规律减少。
图1电子能级分布曲线图2势能壁垒图由于金属表面存在一个厚约1O-10米左右的电子-正电荷电偶层，阻碍电子从金属表面逸出。
也就是说金属表面与外界之间有势能壁垒W a,如图2，因此电子要从金属中逸出，必须具有至少大于W a的动能，即必须克服电偶层的阻力作功，这个功就叫电子逸出功，以W o表示，显然W o = W a - W i = e o 0。
W o的常用单位为电子伏特（eV）,它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要的给予的能量。
0称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功，单位为伏特( V )。
有上述可知：热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使动能大于W i的电子增多，从而使动能大于W a的电子数达到一可观测的大小。
可见，逸出功的大小对热电子的发射强弱有决定性的作用。
根据以上理论，可以推导出热电子发射的理查森-杜旭曼(S.Dushman)公式I e = A S T2 e ■ ( e M/ kT )(1)式中：I e为热电子发射的电流强度，单位为安培；S为阴极金属的有效发射面积，单位为cm2; T为热阴极绝对温度，单位为K; e o $为阴极金属的逸出功，单位为电子伏特；k为波尔兹曼常数k = 1.38*10-23( J*K ); A为与阴极化学纯度相关的系数。
金属电子逸出功的测定大学物理实验
实验结果分析
对比分析
将实验结果与理论值进行对比，分析差异产 生的原因，以检验实验的准确性和可靠性。
规律总结
根据实验结果，总结金属电子逸出功与相关 因素之间的规律，加深对实验原理和物理现 象的理解。
误差分析
误差来源
分析实验过程中可能产生的误差来源，如测 量误差、仪器误差等。
误差传递
根据误差传播理论，计算误差对实验结果的 影响，以提高实验的精度和准确性。
记录加热过程中金属薄膜表面形貌的变化情况，包 括颜色、光泽、熔融等。
02
测量金属薄膜的厚度，计算金属电子逸出功。
03
分析实验数据，得出结论，并与理论值进行比较。
04
结果分析
数据处理与图表绘制
数据处理
将实验测得的数据进行整理、筛选和计 算，确保数据的准确性和可靠性。
VS
图表绘制
根据处理后的数据绘制图表，如柱状图、 曲线图等，以直观地展示实验结果。
感谢您的观看
THANKS
步骤4
观察电子显微镜中的金属薄膜 表面形貌，记录加热过程中的 变化。
步骤1
将金属样品放入真空镀膜机中， 制备一定厚度的金属薄膜。
步骤3
连接恒流电源和恒压电源，调 整电流和电压值，使金属薄膜 加热至一定温度。
步骤5
调整恒流电源和恒压电源的参 数，重复步骤3和步骤4，获取 多组数据。
数据记录与处理
01
金属电子逸出功的性质
与金属种类有关，不同金属的逸出功 不同。
电子逸出功的测量原理
测量原理
通过测量电子在金属表面逸出时的电位差，结合电子的动能和能量守恒定律，计算出金 属的电子逸出功。
电位差测量
通过测量施加在金属样品上的正负电压，得到金属表面的电位差。
3-11金属电子逸出功的测定
实验3.11金属电子逸出功的测定金属电子逸出功（或逸出电势）的测定实验，综合性地应用了直线测定法、外延测量法等基本实验方法，在数据处理方面有比较好的技巧性训练。
从实际意义来看，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。
【实验目的】1．了解热电子发射的基本规律2．用理查孙直线法测定金属钨电子的逸出功ϕe（或逸出电位ϕ）。
3．学习直线测量法、外延测量法等基本实验方法。
【实验仪器】1．仪器的结构和特点W-Ⅲ型电子逸出功测定仪：不带光测高温计，灯丝温度根据灯丝电流换算确定，全套仪器包括：理想二极管及测试台；专用稳压电源及数字显示电压、电流表；励磁螺线管专用电源（主机）等部分组成，标准机箱结构。
2．使用说明（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接线按编号一一对应接好（请勿接错）。
（3）接通主机电源开关，开关指示灯和数字表亮。
（4）调节相应的灯丝电流和电压。
（5）从数字表上读出灯丝电流、阳极电压、阳极电流和励磁电流，进行数据处理。
（6）仪器面板如图3-49所示。
图3-49 仪器面板3．理想二极管本实验是测定钨的逸出功，所以把钨做成二极管的阴极，如图3-50所示，阴极K是用纯钨丝做成，阳极是用镍片做成圆筒形电极。
在圆筒上有一个小孔，以便用光测高温计测定灯丝温度，为了避免阳极两端因灯丝温度较低而引起的冷端效应和电场的边缘效应，故在阳极上下端各装一个栅环电极B （或称保护电极）与阳极加相同电压，但其电流不计入阳极电流中，这样使其成为理想二极管。
理想二极管是一种进行了严格设计的理想器件，这种真空管采用直热式结构。
为了便于进行分析，电极的几何形状一般设计成同轴圆柱形系统。
【实验原理】1．电子的逸出功及热电子发射在通常温度下，由于金属表面和外界之间存在着势垒，所以从能量角度看，金属中的电子是在一个势阱中运动，势阱的深度为E b 。
金属电子逸出功的测量与分析
金属电子逸出功的测量分析一、 引言20世纪上半叶，物理学在工程技术上最引人注目的应用之一是无线电电子学，而理查逊（Richarson ）提出的热电子发射定律对无线电电子学的发展具有深远的影响。
1901年，理查逊认为：在热金属内部充有大量自由运动的电子，当电子到达金属表面时，如果和表面的垂直速度分量所决定的动能大于逸出功，这个电子就有可能逸出金属表面，而电子的速度分布遵从麦克斯韦玻尔兹曼分布律。
经过计算得出热电子发射电流密度为：)exp(kTWT A j -= 1911年，理查逊用热力学方法对热电子发射公式进行了严格推导，得出热电子发射电流的第二个公式：)'exp('2kTW T A j -=，其中，A ’和W ’是两个有别于A 和W 的系数，但它们之间互为关系。
理查逊认为第二个公式具有更好的理论基础。
1915年，理查逊进一步证明第二个公式的A ’是与材料无关的普适常数，于是更显示出它的优越性。
1923年，电子学家杜许曼（S.Dushman ）根据热力学第三定律推导出热电子发射电流密度：)exp()2(23kT W T h mek j -⋅=π，其中32hmek π即为理查逊第二个公式的普适常数A ’。
1926年，费米（E.Fermi ）和狄拉克（P.Dirac ）根据泡利不相容原理提出了费米-狄拉克量子统计规律，随后泡利（W.Pauli ）和索末菲（A.Sommerfeld ）在1927-1928年将它用于研究金属电子运动，并推出理查逊第二个公式。
理查逊由于对热电子发射现象的研究所取得的成就，特别是发现了以他的名字命名的热电子发射定律而获得1928年诺贝尔物理学奖。
二、 实验目的1、 了解费米-狄拉克统计规律；2、 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法；3、 用理查逊直线法分析阴极材料（钨）的电子逸出功。
三、 实验原理（一） 电子逸出功电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需要的能量。
华东交大金属电子逸出功的测量
华东交大金属电子逸出功的测量一、实验目的1．了解热电子的发射规律，掌握逸出功的测量方法。
2．了解费米—狄拉克量子统计规律，并掌握数据分析处理的方法。
二、实验原理（一）电子逸出功及热电子发射规律热金属内部有大量自由运动电子，其能量分布遵循费米－狄拉克量子统计分布规律，当电子能量高于逸出功时，将有部分电子从金属表面逃逸形成热电子发射电流。
电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需的能量。
逸出功为0a f W W W =- ，其中为a W 位能势垒，f W 为费米能量。
由费米—狄拉克统计分布律，在温度0T ≠，速度在~v dv 之间的电子数目为：2()/12()1f W W kT m dn dv h e -=+ （1）其中h 为普朗克常数，k 为波尔兹曼常数。
选择适当坐标系，则只需考虑x 方向上的情形，利用积分运算22/2/21/22()y z mv kTmv kT y z kT edv e dv mπ∞∞---∞-∞==⎰⎰ (2) 可将（1）式简化为22//234f x W kT mv kTx m kT dn e e dv hπ-=⋅ (3) 而速度为x v 的电子到达金属表面的电流可表示为x dI eSv dn = （4）其中S 为材料的有效发射面积。
只有x v ≥3）代入（4~∞范围积分，得总发射电流kT e s e AST I /2ϕ-= (5)其中234/A emk h π=，(5)式称为里查逊第二公式。
（二）数据测量与处理里查逊直线法：将(5)式两边同除以T 2后取对数，得()32lglg 5.03910s I AS T Tϕ=-⨯ (6)由（6）知2lg(/)s I T 与1/T 成线性关系，只需测量不同温度T 下的s I ，由直线斜率可求得φ值，从而避免了A 和S 不能准确测量的困难。
发射电流s I 的测量：为有效收集从阴极材料发射的电子，必须在阴极与阳极之间加一加速电场E a 。
3-11金属电子逸出功的测定
实验3.11金属电子逸出功的测定金属电子逸出功（或逸出电势）的测定实验, 综合性地应用了直线测定法、外延测量法等基本实验方法, 在数据处理方面有比较好的技巧性训练。
从实际意义来看, 很多电子器件都与电子发射有关, 如电视机的电子枪, 它的发射效果会影响电视机的质量, 因此研究这种材料的物理性质, 对提高材料的性能是十分重要的。
【实验目的】1. 了解热电子发射的基本规律2. 用理查孙直线法测定金属钨电子的逸出功（或逸出电位）。
3. 学习直线测量法、外延测量法等基本实验方法。
【实验仪器】1. 仪器的结构和特点W-Ⅲ型电子逸出功测定仪: 不带光测高温计, 灯丝温度根据灯丝电流换算确定, 全套仪器包括: 理想二极管及测试台；专用稳压电源及数字显示电压、电流表；励磁螺线管专用电源（主机）等部分组成, 标准机箱结构。
2. 使用说明（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接线按编号一一对应接好（请勿接错）。
（3）接通主机电源开关, 开关指示灯和数字表亮。
（4）调节相应的灯丝电流和电压。
（5）从数字表上读出灯丝电流、阳极电压、阳极电流和励磁电流, 进行数据处理。
（6）仪器面板如图3-49所示。
图3-49 仪器面板3. 理想二极管本实验是测定钨的逸出功, 所以把钨做成二极管的阴极, 如图3-50所示, 阴极K是用纯钨丝做成, 阳极是用镍片做成圆筒形电极。
在圆筒上有一个小孔, 以便用光测高温计测定灯丝温度, 为了避免阳极两端因灯丝温度较低而引起的冷端效应和电场的边缘效应, 故在阳极上下端各装一个栅环电极B（或称保护电极）与阳极加相同电压, 但其电流不计入阳极电流中, 这样使其成为理想二极管。
理想二极管是一种进行了严格设计的理想器件, 这种真空管采用直热式结构。
为了便于进行分析, 电极的几何形状一般设计成同轴圆柱形系统。
【实验原理】1. 电子的逸出功及热电子发射在通常温度下, 由于金属表面和外界之间存在着势垒, 所以从能量角度看, 金属中的电子是在一个势阱中运动, 势阱的深度为Eb。
光电效应金属逸出功
光电效应金属逸出功光电效应与金属逸出功光电效应是指光照射到金属表面时，金属释放电子的现象。
该现象是由阿尔伯特·爱因斯坦于1905年提出的，并为他赢得了1921年诺贝尔物理学奖。
金属逸出功是将电子从金属表面移除所需的最小能量。
它通常用Φ表示，单位为电子伏特（eV）。
逸出功的大小取决于金属的类型和表面状况。
金属的逸出功可以使用多种方法进行测量。
一种常见的方法是光电发射光谱法。
在此方法中，将光照射到金属表面，并测量释放电子的最大动能。
最大动能与入射光的频率成线性关系，其斜率等于普朗克常数h。
逸出功可以通过外推该直线到频率为零时所对应的最大动能来确定。
另一种测量逸出功的方法是热电子发射法。
在此方法中，将金属加热到一定温度，并测量从表面释放的电子电流。
逸出功可以通过将电流-温度关系外推到绝对零度时对应的电流值为零时所对应的温度来确定。
金属的逸出功与以下因素有关：金属类型：不同类型的金属具有不同的原子结构和电子构型，这会影响其逸出功。
例如，碱金属的逸出功通常低于过渡金属。
表面状况：金属表面是否存在杂质、氧化物或吸附气体等会影响其逸出功。
清洁的表面通常具有较低的逸出功。
温度：温度升高会导致金属电子的平均能量增加，这会降低逸出功。
金属逸出功在许多应用中非常重要，包括：光电器件：光电器件，如光电二极管和光电倍增管，利用光电效应来检测和测量光。
逸出功是这些器件灵敏度和响应性的关键因素。
电子显微镜：电子显微镜利用电子束来成像样品。
逸出功决定了电子束的能量，从而影响图像的分辨率和穿透力。
电子发射器：电子发射器用于产生真空管和电子枪中的电子束。
逸出功决定了电子发射器的效率和寿命。
通过了解金属逸出功，工程师和科学家可以设计出性能更佳、效率更高的光电器件、电子显微镜和电子发射器。
金属逸出功的测定实验报告
金属逸出功的测定实验报告一、实验目的1、了解热电子发射的基本规律。
2、用理查逊直线法测定金属钨的逸出功。
二、实验原理1、热电子发射金属中的自由电子在一定的温度下会具有一定的动能，当电子的动能大于金属表面的逸出功时，电子就会从金属表面逸出，这种现象称为热电子发射。
2、理查逊杜什曼定律热电子发射的电流密度＄j$ 与金属表面的温度＄T$ 和逸出功＄W$ 之间有如下关系：＼j ＝ A T^2 e^｛＼frac{W}｛kT}｝＼其中，＄A$ 是与金属材料有关的常数，＄k$ 为玻尔兹曼常数。
对上式两边取对数可得：＼＼ln j ＝＼ln A ＋ 2\ln T ＼frac{W}｛kT}＼若以＄＼ln j$ 为纵坐标，＄＼frac{1}｛T}＄为横坐标作图，可得一直线。
直线的斜率为＄＼frac{W}｛k}＄，由此可求出金属的逸出功＄W$ 。
三、实验仪器WF-1 型金属电子逸出功测定仪、理想二极管、检流计、标准电阻、稳压电源、温度计等。
四、实验步骤1、按实验电路图连接好电路。
2、接通电源，预热仪器约 20 分钟，使灯丝达到热稳定状态。
3、调节灯丝电流，测量不同灯丝电流下的阳极电压和对应的阳极电流。
4、同时记录灯丝温度，灯丝温度可通过灯丝电流和仪器所给的灯丝电流与温度关系曲线查出。
五、实验数据记录与处理1、实验数据记录｜灯丝电流＄I_f$ （A) ｜阳极电压＄U_a$ （V) ｜阳极电流＄I_a$ （＄＼times 10^｛－6}＄ A) ｜灯丝温度＄T$ （K) ｜｜｜｜｜｜｜050 ｜25 ｜03 ｜1800 ｜｜055 ｜30 ｜05 ｜1850 ｜｜060 ｜35 ｜08 ｜1900 ｜｜065 ｜40 ｜12 ｜1950 ｜｜070 ｜45 ｜18 ｜2000 ｜｜075 ｜50 ｜25 ｜2050 ｜2、数据处理（1）计算不同温度下的电流密度＄j$ ，电流密度＄j ＝＼frac{I_a}｛S}＄，其中＄S$ 为阳极的有效面积。
金属电子逸出功实验报告
金属电子逸出功实验报告篇一：《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求1 《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求一、电子发射 1、电子发射的分类：⑴、光电发射：靠光照射金属表面引起电子发射。
⑵、热电子发射：加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。
⑶、二次电子发射：靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射⑷、场效应发射：靠外加强电场引起电子发射 2、热电子发射⑴、无线电电子学的基础⑵、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象二、实验目的和要求1、了解热2、掌握逸出功的测量方法。
2、学习一种数据处理方法。
V三、金属电子逸出功的测定原理简述 1、真空二极管的结构a) 阴极K 通以电流 If 加热b) 阳极A上加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流 Ia 通过2、金属电子逸出功⑴金属中电子能量分布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：dN＝dW314π223(2m)WeW－WFkT＋1式中WF称费米能级。
c) 金属-真空界面表面势垒曲线 (x为电子距离金属表面的距离) d) 逸出功定义：E0?Eb?EF?eV⑵、根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。
I＝ASTe式中：I-热电子发射的电流强度(A) S-阴极金属的有效发射面积(cm2) k-玻尔兹曼常数 T-绝对温度eV-金属的逸出功A-与阴极化学纯度有关的系数2－eVkT3、肖脱基效应I＝AST2eeΦkT式中的I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Ea，使电子加速飞向阳极。
金属逸出功的测量
金属电子逸出功的测量金属中存在大量的自由电子，但电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功。
研究电子逸出是一项很有意义的工作，很多电子器件都与电子发射有关，如电视机的电子枪，它的发射效果会影响电视机的质量，因此研究这种材料的物理性质，对提高材料的性能是十分重要的。
实验目的1．用里查逊(Richardson)直线法测定钨的逸出功；2．了解热电子发射的基本规律；3．学习避开某些不易测常数而直接得到结果的实验方法；4．学习测定电子荷质比的方法；5．测定电子荷质比。
实验仪器W—Ⅲ型金属电子逸出功测定仪，理想二极管，螺线管、导线等实验原理电子从金属中逸出，需要能量。
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电子逸出功。
图1 热电子发射电路图图2 二极管的电子电流曲线如图1所示，若真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热，并在阳极上加以正电压，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过。
这种电子从加热金属线发射出来的现象，称为热电子发射。
电流的大小主要与灯丝温度及金属逸出功的大小有关，灯丝温度越高或者金属逸出功越小，电流就越大。
二极管的电子电流曲线如图2所示。
研究热电子发射的目的之一，是选择合适的阴极材料。
诚然，可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择．但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，是带有根本性的工作，因而更为重要。
热电子发射与发射电子的材料的温度有关，因为金属中的自由电子必须克服在金属表面附近的电场阻力做功才能逸出金属表面，这个功叫逸出功。
不同金属材料逸出功的值是不同的。
此外，热电子发射还与阴极材料有关。
因为各种金属材料具有不同的表面逸出功，因而在阴极温度相同时，若材料不同，其发射的电子数也是不等的。
逸出功
金 属 电 子 逸 出 功 的 测 定Metal Work Function Measurement原理1．金属电子逸出功：电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而逸出金属表面需要给电子提供一定的能量。
电子逸出金属表面所需要的最小能量称为金属电子逸出功。
2．热电子发射的里查逊-热西曼公式单位面积的发射电流j ：()()kTWi W e a e T A R j /2112---=； 常数()22021/09.602K cm A hme k A ⋅==π； 00a i W W W e φ=-= —金属逸出功；0e —电子电量，190 1.60210e C -=⨯；φ—逸出电位，单位为V ；e R —金属表面对发射电子的反射系数；T —阴极金属的热力学温度；m —电子质量0.9109×10-30㎏； k —玻尔兹曼常数1.381×10-231/J K -； h —普朗克常数6.626×10-34J S ⋅发射电流公式： 0/2e kT I AST e φ-= S —阴极金属有效发射面积。
()112A R A e -=：A 与金属表面对发射电子的反射系数e R 有关，e R 与金属表面化学纯度有关，其数值决定于位能壁垒。
金属表面是否洁净，电子管内真空度情况直接影响e R 的测量。
金属表面是粗糙的，计算出的阴极发射面积与实际的有效面积S 也可能有差异。
因此，A 与S 无法准确测量。
注意事项1． 严防真空二极管磕碰或跌落。
2． 测量中每次改变灯丝电流f I 时要先预热几分钟再测量。
3． 不得将电源正负极短接。
测量表格 表1．在不同灯丝电流下测量阳极电压与阳极电流之间的关系：表2表1数据的转换值：表3在不同灯丝温度时的零场发射电流及其换算值：测量。
金属电子逸出功的测量与分析
金属电子逸出功的测量分析一、 引言20世纪上半叶，物理学在工程技术上最引人注目的应用之一是无线电电子学，而理查逊（Richarson ）提出的热电子发射定律对无线电电子学的发展具有深远的影响。
1901年，理查逊认为：在热金属内部充有大量自由运动的电子，当电子到达金属表面时，如果和表面的垂直速度分量所决定的动能大于逸出功，这个电子就有可能逸出金属表面，而电子的速度分布遵从麦克斯韦玻尔兹曼分布律。
经过计算得出热电子发射电流密度为：)exp(kTWT A j -= 1911年，理查逊用热力学方法对热电子发射公式进行了严格推导，得出热电子发射电流的第二个公式：)'exp('2kTW T A j -=，其中，A ’和W ’是两个有别于A 和W 的系数，但它们之间互为关系。
理查逊认为第二个公式具有更好的理论基础。
1915年，理查逊进一步证明第二个公式的A ’是与材料无关的普适常数，于是更显示出它的优越性。
1923年，电子学家杜许曼（S.Dushman ）根据热力学第三定律推导出热电子发射电流密度：)exp()2(23kT W T h mek j -⋅=π，其中32hmek π即为理查逊第二个公式的普适常数A ’。
1926年，费米（E.Fermi ）和狄拉克（P.Dirac ）根据泡利不相容原理提出了费米-狄拉克量子统计规律，随后泡利（W.Pauli ）和索末菲（A.Sommerfeld ）在1927-1928年将它用于研究金属电子运动，并推出理查逊第二个公式。
理查逊由于对热电子发射现象的研究所取得的成就，特别是发现了以他的名字命名的热电子发射定律而获得1928年诺贝尔物理学奖。
二、 实验目的1、 了解费米-狄拉克统计规律；2、 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法；3、 用理查逊直线法分析阴极材料（钨）的电子逸出功。
三、 实验原理（一） 电子逸出功电子逸出功是指金属内部的电子为摆脱周围正离子对它的束缚而逸出金属表面所需要的能量。
不同材料的逸出功
不同材料的逸出功
材料的逸出功是指在特定条件下，材料表面上的电子脱离固体进入真空所需的最小能量。
逸出功的大小直接影响材料的电子发射性能和光电性能。
不同材料的逸出功差异很大，下面将分别介绍金属、半导体和绝缘体的逸出功。
一、金属的逸出功
金属是导电性能良好的材料，其逸出功通常较低。
金属的逸出功与其电子结构和原子半径有关。
金属的电子结构中存在自由电子，其能级分布呈现连续的能带结构，使得金属的逸出功相对较低。
此外，金属的原子半径较大，电子在金属表面形成的电势垒较低，也有利于电子的逸出。
因此，金属的逸出功一般在2-6电子伏特之间。
二、半导体的逸出功
半导体是介于金属和绝缘体之间的一类材料，其逸出功介于金属和绝缘体之间。
半导体的逸出功与其禁带宽度和电子亲和能有关。
禁带宽度越大，逸出功越高；电子亲和能越大，逸出功越低。
半导体的逸出功通常在2-5电子伏特之间。
三、绝缘体的逸出功
绝缘体是导电性能极差的材料，其逸出功相对较高。
绝缘体的电子结构中存在完全填满的能带，电子无法自由移动。
在绝缘体的表面形成的电势垒较高，需要较大的能量才能使电子逸出。
因此，绝缘
体的逸出功通常大于6电子伏特。
金属、半导体和绝缘体的逸出功差异主要取决于材料的电子结构、原子半径、禁带宽度和电子亲和能等因素。
了解材料的逸出功对于研究材料的电子发射性能、光电性能以及材料的应用具有重要意义。
逸出功公式
逸出功公式
逸出功公式是1/2mv2=eUc。
当光子的频率强度小于等于临界点时，电子动能E=1/2mv²为0，得w₀=hv。
W₀称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特。
它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量。
遏止电压在光电效应中，当所加电压U为0时，电流I并不为0。
只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极阳极接电源负极，在光电管两级形成使电子减速的电场，电流才可能为0。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。
逸出功又叫功函数或脱出功，是指电子从金属表面逸出时克服表面势垒必须做的功。
常用单位是电子伏特。
金属逸出功公式
金属逸出功公式
金属逸出功公式是描述金属表面电子逸出的一种数学公式。
在金属表面，电子受到金属原子的束缚，需要克服金属原子的吸引力才能逸出金属表面。
金属逸出功公式描述了电子逸出所需要的能量与金属表面的物理性质之间的关系。
金属逸出功公式可以表示为：
Φ = hν - E
其中，Φ表示金属的逸出功，h表示普朗克常数，ν表示光子的频率，E表示金属表面的功函数。
这个公式说明了金属表面电子逸出所需要的能量与光子的频率和金属表面的物理性质之间的关系。
金属逸出功公式的应用非常广泛。
在光电子学中，金属逸出功公式被用来描述光电效应。
当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属的逸出功，那么金属表面的电子就会逸出。
这个过程被称为光电效应。
金属逸出功公式可以用来计算光电效应的能量阈值。
金属逸出功公式还被用来描述金属表面的化学反应。
在化学反应中，金属表面的电子可以参与反应，但是需要克服金属原子的吸引力才能离开金属表面。
金属逸出功公式可以用来计算化学反应中电子逸出所需要的能量。
金属逸出功公式是描述金属表面电子逸出的一种数学公式。
它可以
用来计算光电效应的能量阈值和化学反应中电子逸出所需要的能量。
这个公式的应用非常广泛，对于研究金属表面的物理和化学性质非常重要。
金属逸出功实验报告
金属逸出功实验报告金属逸出功实验报告引言：金属逸出功是研究金属表面电子行为的重要参数，对于理解金属的电子结构和表面性质具有重要意义。
本实验旨在通过测量不同金属材料的逸出功，探究金属表面电子的行为规律，并分析其影响因素。
实验材料与方法：实验材料：铜片、铝片、镍片、锌片、钨片实验仪器：逸出功测量装置、电源、电压表、电流表、导线等实验方法：1. 将不同金属片清洗干净，确保表面无杂质；2. 将金属片固定在逸出功测量装置上；3. 通过电源提供电压，测量电流和电压的关系；4. 根据实验数据计算逸出功。
实验结果与分析：在实验中，我们采用了不同金属片进行测量，得到了相应的电流和电压数据。
通过计算，我们得到了各金属的逸出功值，并进行了分析。
1. 铜片：逸出功：4.5 eV铜是一种常见的导电金属，其逸出功较低，说明其表面电子容易逸出。
这与铜的导电性质相符合。
2. 铝片：逸出功：4.2 eV铝是一种轻便的金属，其逸出功相对较低。
这可能与铝的电子结构有关，其外层电子较容易被激发出。
3. 镍片：逸出功：5.1 eV镍是一种具有磁性的金属，其逸出功相对较高。
这可能与镍的电子结构有关，其外层电子较难被激发出。
4. 锌片：逸出功：3.8 eV锌是一种常见的金属，其逸出功较低，表明其表面电子容易逸出。
这与锌的导电性质相符合。
5. 钨片：逸出功：4.9 eV钨是一种高熔点金属，其逸出功相对较高。
这可能与钨的电子结构有关，其外层电子较难被激发出。
通过对不同金属逸出功的测量和分析，我们发现金属的逸出功与其电子结构和性质密切相关。
逸出功越低，金属表面的电子越容易逸出，导电性能也越好。
而逸出功越高，金属表面的电子越难以逸出，导电性能也相应较差。
结论：通过本次实验，我们成功测量了不同金属的逸出功，并分析了其影响因素。
实验结果表明，金属的逸出功与其电子结构和性质密切相关。
逸出功的高低直接影响金属的导电性能。
进一步研究金属的逸出功对于深入理解金属的电子行为和表面性质具有重要意义。
不同材料的逸出功
不同材料的逸出功一、金属的逸出功金属是一类具有良好导电性和热导性的材料。
金属的逸出功是指需要克服金属表面电子与内部电子间的相互作用力，使电子从金属表面逸出的能量。
金属的逸出功通常较低，这是由于金属内部电子间的相互作用较弱。
金属的逸出功对于其导电性和光电性质具有重要影响。
常见金属如铜、铝和铁等的逸出功一般在2-5电子伏特之间。
二、半导体的逸出功半导体是一类介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的逸出功是指克服半导体表面电子与内部电子间的相互作用力，使电子从半导体表面逸出所需的能量。
半导体的逸出功通常较高，这是因为半导体表面电子与内部电子之间的相互作用较强。
逸出功的高低直接影响着半导体材料的电子发射性能和器件的工作效果。
三、绝缘体的逸出功绝缘体是一类电阻极高的材料，几乎不导电。
绝缘体的逸出功是指需要克服绝缘体表面电子与内部电子间的相互作用力，使电子从绝缘体表面逸出的能量。
绝缘体的逸出功通常非常高，这是由于绝缘体内部电子间的相互作用力非常强。
绝缘体的逸出功的高低直接影响着绝缘体材料的电子发射性能和电气特性。
四、气体的逸出功气体是一种没有固定形状和体积的物质。
气体的逸出功是指需要克服气体分子间的相互作用力，使分子从气体表面逸出的能量。
气体的逸出功通常较低，这是由于气体分子间的相互作用力较弱。
气体的逸出功对于其蒸发和扩散等过程具有重要影响。
总结：不同材料的逸出功对于材料的性质和应用具有重要影响。
金属的逸出功较低，适用于导电和光电器件。
半导体的逸出功较高，适用于制作电子器件和光电器件。
绝缘体的逸出功非常高，适用于绝缘和隔热材料。
气体的逸出功较低，适用于气体的蒸发和扩散等过程。
了解不同材料的逸出功特性，有助于我们更好地理解材料的性质和应用。