大学物理实验实验26 金属电子逸出功的测定

⑤ 根据表3.22的数据，做出 lg I ～
a
Ua
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 lg T ～ T 图线，从直线斜率
2
I
1
求出灯丝的的逸出功eV，与其理论值比较，求出相对误差。 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。
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。
热电子发射图
1．电子的逸出功、逸出电势
2．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）；
注意事项
wk.baidu.com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。
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、 64l44V电压，各测出一组阳极电流Ia。记录数据于表3.21， 并换算至表3.22.
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。 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 = eV 能量分布图
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。
k —玻耳兹曼常量，k=1.38 × 10−23 J/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
I eV lg 2 =lg(AS ) =lg(AS ) 5.04 103V / T T 2.30kT