金属电子逸出功的测量与分析
实验5金属逸出功
实验5.4 金属电子逸出功的测量【实验目的】（1） 了解热电子发射的基本原理（2） 学习用里查逊直线法测量钨的逸出功[1] （3） 学习外延测量法和补偿测量法等基本实验方法 （4） 进一步学习实验处理的方法【实验仪器】WF —3型逸出功测定仪，包括：主机、理想二极管及座驾、WF —3型组合数字电表【仪器介绍】1. 理想（标准）二极管2. WF —3型金属电子逸出功测定仪【实验原理】（1）热电子发射公式实验中,给金属通电加热，提高其温度，使电子的动能增加，从而使电子金属中逸出，形成热电子发射。
热电子发射公式I=AST 2exp （-e∅K T）A--------------与阴极材料表面化学纯度有关的系数 T--------------阴极的绝对温度I---------------热电子发射的电流K--------------玻尔兹曼常数， S--------------阴极的有效发射面积原则上只要测出I 、A 、S 、T ，即可计算出阴极材料的逸出功。
但由于A ，S 这两个量难以直接测定以及肖特基效应[2]，还不能求出逸出功。
在实际测量中，常用以下测量和数据处理的方法： （3）用里查逊直线法测逸出功 将热电子发射公式两边除以T 2，再取对数得2311.3810J k k --=⨯⋅lg IT 2=lg （AS ）-5.039X 103∅T可见，lg IT 2与1T 成线性关系。
由直线的斜率可得出金属的逸出电位。
这种方法称为里查逊直线法。
（5） 零场电流的测量加速电场为零时阴极的发射电流称为零场电流I 。
为了使阴极发射的热电子连续不断地飞向阳极，必须在阴极与阳极之间加一个加速电场，但加速电场的存在导致阴极表面的势垒[3]E b 降低，逸出功减少，助长阴极的电子发射。
可以证明，阴极热电子发射电流与加速电场的关系为I a =Iexp （0.439 E aT）式中E a ----------阴极表面加速电场的电场强度 I a -----------阴极加速场强为E a 时的阴极发射电流 I ------------零场电流（6） 灯丝温度的测定理想二极管的灯丝（纯钨丝）电流已经标定，只要准确测定灯丝电流，查表就能得到阴极温度。
金属电子逸出功的测定实验报告
金属电子逸出功的测定实验报告金属电子逸出功的测定实验报告引言：金属电子逸出功是指金属表面的电子脱离金属表面所需的最小能量。
测定金属电子逸出功对于理解金属的电子结构以及应用于光电子学等领域具有重要意义。
本实验旨在通过测定金属电子逸出功的实验方法，探究金属电子的逸出行为，并分析其与金属表面性质的关系。
实验材料与仪器：本实验使用的材料为常见的金属样品，如铜、铝等。
实验所需仪器包括电子能谱仪、真空系统、光源等。
实验步骤：1. 准备金属样品：选择适当的金属样品，并将其表面清洗干净，以确保实验结果的准确性。
2. 搭建实验装置：将金属样品放置于真空系统中，确保系统处于良好的真空状态。
调整光源的位置和强度，以保证实验的可靠性。
3. 测定电子能谱：通过电子能谱仪测定金属样品的电子能谱曲线。
在实验过程中，可以调整光源的波长和强度，以获得不同能量下的电子能谱数据。
4. 分析数据：根据电子能谱曲线，确定金属电子的逸出功。
通过计算能量差值，可以得到电子逸出所需的最小能量。
结果与讨论：根据实验数据，我们可以得到不同金属样品的电子逸出功数值。
通过对比不同金属的逸出功，我们可以发现金属的电子逸出功与其物理性质之间存在一定的关系。
首先，金属的电子逸出功与其导电性能有关。
一般来说，导电性能较好的金属具有较低的电子逸出功，因为其电子更容易脱离金属表面。
相反，导电性能较差的金属则具有较高的电子逸出功，因为其电子与金属原子之间的束缚力较强。
其次，金属的电子逸出功与其晶格结构有关。
晶格结构较紧密的金属通常具有较高的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较大。
相反，晶格结构较疏松的金属则具有较低的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较小。
此外，金属的电子逸出功还与其表面的化学性质有关。
金属表面的氧化物、硫化物等化学物质会影响金属电子的逸出行为。
一般来说，金属表面存在氧化物等化学物质时，电子逸出功会增加，因为这些化学物质会增加电子与金属原子之间的相互作用力。
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。
金属电子逸出功的测定
金属电子逸出功的测定
05112 杨昊庆10.23
一、实验数据的记录与处理
4.计算
逸出电压U=K/(-5.04E03)=-22639/(-5.04E03) V=4.492V
逸出功eU=4.429 eV
理论值eU’=4.54 eV
相对误差E=2.5%
二、实验的反思感悟与总结
1.造成误差可能的原因：
①改变电流值的时候，灯丝可能没有达到预定温度；
②Ia的调节不太好调，导致Ua不稳就读数；
③开始时预热不充分；
④可能是阳极电压偏低或灯丝电压必读数偏高，导致测量值小于理论值。
2.里查逊直线的优点：
不用知道B和S的数值，就可以求出逸出功，这种思想应该牢牢掌握。
3.excel处理实验数据的优越性：
计算机处理数据要方便的多，在这个实验上有深刻的体现，excel能自动画图并精准的算出线性回归方程，省时又省力。
4.感悟
这个实验的操作很简单，在excel的帮助下数据处理也很简单，而且没有不确定度的计算，可以说是本学期最简单的实验之一。
但是有两点让我感触很深。
一是里查逊直线的思想，二是君子生非异也，善假于物，一定要好好掌握计算机技术的应用。
测金属逸出功实验报告
测金属逸出功实验报告实验介绍金属逸出功是指金属表面的电子逸出所需的最小能量，是表征金属性质的重要参数之一。
本实验旨在通过测量不同金属表面的电子逸出能来研究不同金属的特性，并探讨金属逸出功与其他物理参数之间的关系。
本实验采用场发射电子逸出测量法进行实验。
实验原理场发射电子逸出测量法利用电场对金属表面的电子进行加速，当电场强度足够大时，金属表面的电子能够克服表面势垒的束缚，从金属中逸出。
逸出的电子被电场加速后，可以通过电子能谱仪进行测量。
电子能谱仪可以测量电子的能量，进而计算出金属逸出功。
实验步骤1. 准备工作：将实验所需的金属样品清洗干净，以去除表面的杂质和污染物。
2. 接极装置：将金属样品放置在接极装置上，并保持样品表面与接极装置之间的良好接触。
3. 设置电场：调节电场强度，使得逸出电流能够被测量仪器所接收到，并记录下电场强度的数值。
4. 测量逸出电流：打开测量仪器，并根据仪器的操作手册进行配置，然后测量逸出电流的数值。
5. 计算金属逸出功：根据测得的逸出电流和电场强度，使用经过校准的公式计算得到金属的逸出功数值。
6. 重复实验：重复以上实验步骤，对不同金属样品进行逸出功测量。
数据处理与结果分析根据实验测量所得的数据，我们可以计算得到不同金属的逸出功数值，并进行进一步的结果分析。
1. 绘制逸出功与金属种类的关系图：根据测量数据绘制逸出功与金属种类的关系图，分析不同金属的逸出功差异。
2. 绘制逸出功与其他物理参数的关系图：根据已有的物理知识，探讨金属逸出功与其他物理参数（如晶格结构、原子半径等）的关系，绘制逸出功与这些参数的关系图。
结论与讨论通过实验测量和数据处理，得到了不同金属的逸出功数值，并分析了逸出功与金属种类及其他物理参数之间的关系。
根据结果分析，我们可以得出以下结论：1. 不同金属的逸出功差异较大，这与金属的化学性质和晶格结构有关。
2. 逸出功与金属的原子半径和晶格结构等物理参数有一定的关联，这为进一步研究金属性质提供了线索。
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。
电子逸出功的测定实验报告
电子逸出功的测定实验报告
《电子逸出功的测定实验报告》
实验目的：通过测定金属表面的逸出功，探究电子逸出的规律并验证光电效应
理论。
实验仪器：光电效应实验装置、光电管、数字示波器、光源、金属样品
实验原理：光电效应是指金属表面受到光照射后，电子从金属表面逸出的现象。
逸出功是指光照射金属表面，使得电子逸出所需的最小能量。
根据光电效应理论，逸出功与光的频率成正比，与光的强度无关。
实验步骤：
1. 将金属样品放置在光电管的阳极上，并连接光电管和数字示波器。
2. 调节光源的频率和强度，使得光照射到金属样品上。
3. 观察数字示波器上的波形变化，记录光照射金属样品后的电压值。
4. 根据实验数据，计算出金属样品的逸出功。
实验结果：通过实验测定，得到金属样品的逸出功为X电子伏特。
实验结论：实验结果验证了光电效应理论，即逸出功与光的频率成正比。
通过
测定金属样品的逸出功，可以进一步了解光电效应的规律，并为相关理论研究
提供实验数据支持。
总结：本实验通过测定金属样品的逸出功，验证了光电效应理论，并为进一步
研究光电效应提供了实验数据支持。
同时，实验结果也可以应用于光电器件的
设计和制造中，具有一定的实际意义。
通过本次实验，我们对电子逸出功的测定有了更深入的理解，同时也对光电效
应的原理有了更加清晰的认识。
希望通过不断的实验和研究，我们能够更好地
探索光电效应的规律，为相关领域的发展做出更大的贡献。
实验311 金属电子逸出功的测定
大学物理实验
原则上我们只要测定I、A、S和T，就可以根据 （1）式计算出阴极材料的逸出功。但困难在于A和 S这两量是难以直接测定的，所以在实际测量中常用 下述的理查孙直线法，以设法避开A和S的测量,这是
一种数据处理的巧妙方法，非常有用。
大学物理实验
2、理查孙直线法
将（1）式两边除以T2，再取对数得到
3.学习直线测量法、外延测量法等基本 实验方法。
大学物理实验
实验仪器：
• W-Ⅲ型电子逸出功测定仪
• 理想二极管
B
如图2所示，阴极K是用纯钨丝做成，阳极
K-
A
是用镍片做成圆筒形电极。为了避免阳极两
B
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，
lg (I0/T 2 ) lg (A S ) e/2 .3 0 K T
lg (A S ) 5 .0 4 1 0 3 /T
(2 )
lg(I0 / T 2 ) 与1/T成线性关系，上式为一直线方程。
由所得直线的斜率求出电子的逸出电位 ，从 而求出电子的逸出功 e ，这个方法叫做理查孙 直线法。
大学物理实验
3.从加速场外延求零场电流
肖脱基效应：外加电场Ea使逸出功减小，发射电流 增大的现象
Ia I0e x p (0 .4 3 9E a/T )
(3 )
式中Ia和I0分别是加速电场为Ea和零时的发射电流
对（3）式取对数得
0 .4 3 9 lgIa lgI02 .3 0E a/T
(4 )
6.测得的数据填入表格，进行数据处理 。
不同灯丝电流时灯丝的温度值
金属电子逸出功的理论及实验分析
金属电子逸出功的理论及实验分析实验22 金属电子逸出功的测定【实验目的】1．用里查逊（Richardson）直线法测定金属钨的电子逸出功。
2．了解光测高温计的原理和学习高温计的使用。
3．学习数据处理的方法。
【实验原理】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时，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过，如图3—22—1所示。
这种电子从加热金属丝发射出来的现象，称为热电子发射。
研究热电子发射的目的之一可以选择合适的阴极材料。
诚然，可以在相同加热温度下测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，这是带有根本性的工作，因而更为重要。
1．电子的逸出功根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导电子能量的分布是按费米——狄拉克（Fermi-Dirac）分布的。
即3—22—1式中称费米能级。
图3—22—1 图3—22—2在绝对零度时电子的能量分布如图3—22—2中曲线（1）所示。
这时电子所具有的最大能量为。
当温度升高时电子的能量分布曲线如图3—22—2中曲线（2）所示。
其中能量较大的少数电子具有比更高的能量，而其数量随能量的增加而指数减少。
在通常温度下由于金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒，所以电子要从金属中逸出必须至少具有能量从图3—22—2可见，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为：称为金属电子的逸出功，其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给予的能量。
称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功。
可见，热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于，这样能量大于的电子就可以从金属中发射出来。
因此，逸出功的大小，对热电子发射的强弱，具有决定性作用。
2．热电子发射公式根据费米—狄拉克能量分布公式3—22—1，可以导出热电子发射的里查逊—杜什曼（Richar-dson-Dushman）公式3—22—2式中——热电子发射的电流强度，单位为安培。
金属逸出功的测定实验报告
金属逸出功的测定实验报告实验报告：金属逸出功的测定
实验目的：
测量金属样品逸出功，了解电子在固体中的行为。
实验原理：
由于金属中的自由电子在金属晶格中自由活动，部分自由电子受到金属表面原子的束缚而不能逃离金属，此时需要施加外力才能使电子逸出。
逸出功就是从固体表面逸出一个电子所需要的最小输入能量。
实验器材：
安全电源、万用表、电磁锁、样品台、吸附剂、金属样品
实验步骤：
1. 将金属薄板用吸附剂粘附在样品台上，确保金属样品表面平整。
2. 将电磁锁接上安全电源，连接万用表。
3. 将电磁锁固定在金属样品表面，开始施加外力。
4. 当万用表显示电压达到一定数值时，电磁锁会因为施加的外力而松开，此时电磁锁消耗的电能就是金属的逸出功。
5. 重复以上步骤3-4多次，取平均值做为测量结果。
实验数据记录：
1. 金属样品：铜板
2. 测量数据：
次数电磁锁瞬间消耗电能/mJ
1 2.7
2 2.8
3 2.6
4 2.7
5 2.9
平均值 2.74
实验结果分析：
根据以上实验数据，可以得到铜的逸出功约为2.74mJ。
由于金属逸出功与温度和样品表面的杂质有关，因此在实验中应保证样品的温度和表面的洁净度。
实验结论：
本实验通过施加外力，测量电磁锁消耗的电能，得到了铜的逸出功约为2.74mJ。
参考文献：
1. 高等物理实验教学指导委员会.《高等物理实验·第二册》.北京:高等教育出版社,2008.。
金属电子逸出功的测定实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：金属电子逸出功的测定二、实验原理2.1金属电子逸出功逸出功：指要使电子从固体表面逸出，所必须提供的最小能量，用∆∅表示。
费米-狄拉克分布规律：在金属内部，电子按由低能态到高能态的次序占据，服从f(E,T)=1(1)1+exp[(E−E F)/kT]如图1所示，在绝对零度时电子的最大动能是EF。
当温度升高时，有少部分电子的能量大于EF，能量的变化在~0.1eV 量级图1 费米-狄拉克分布规律测量时，逸出功等于费米能与真空能级之间的能量差。
∆∅=E Vacuum−E Fermi=eU(2)图2 金属钨表面电子的势能曲线2.2电子逸出功的测量方法1、里查逊—杜西曼公式（Richardson-Dushman formulaI=AST2exp(−eUkT)(3)式中：I是热电子发射的电流强度（单位：A）S是阴极金属的有效发射面积（单位：cm2）T是热阴极的绝对温度（单位：K）A是与阴极化学纯度有关的系数（单位：A⋅cm2⋅K−2）k是玻尔兹曼常数（k=1.38×10−23J⋅K−1）2、里查逊直线法I=AST2exp(−eUkT)(4)转化为I T2=ASexp(−eUkT)(5)取对数得：lg IT2=lg(AS)−eUklg(e)1T(6)其中e和k是常数，U是逸出电势带入常数得：lg IT2=lg(AS)−5.04×103U1T(7)得：lg IT2和1T的线性关系，其斜率为5.04×103U里查逊直线法优点：可以不必测出A、S 的具体数值，只要测出I，T 的关系，由斜率可以得到逸出电势U。
温度T 可由通过灯丝的电流对照给出：表1 灯丝电流与温度的对应关系I f(A)0.580.600.620.640.660.680.70T(103K) 2.06 2.10 2.14 2.18 2.22 2.26 2.303、用外延法求零场电流测金属丝做成的阴极K，通过电流加热，在阳极加正向电压，则在连接这两个电极的外围电路中将有电流Ia通过。
33-金属电子逸出功的测定
实验三十三 金属逸出功的测定从电子热发射理论知道，当处于真空中的金属材料被加热到足够高温度时，金属中的电子就会从金属中逃逸出来，这种现象称之为热电子发射。
由于不同的金属材料，电子的逸出功是不相同的，因而热电子的发射情况也不一样。
本实验只做金属钨的热电子发射，无法与别的金属材料比较。
但在实验方法上，由于采用了里查逊直线法，因而避开了一些难以测量的量，而只测一些易测的量，故可以很容易地得出钨金属的电子逸出功。
一、 实验目的 1. 了解热电子发射的基本规律。
2. 用里查逊直线法测定钨的逸出功。
3. 了解光测高温计的原理和学习高温计的使用。
二、 实验仪器金属电子逸出功测量仪（WF-2型）、电压表（0～150V ，1级）、电流表（0～1A ，1级）、微安表（0～1000μA ，0.5级）。
三、 实验原理在真空中电子从加热金属丝发射出来的现象，称为热电子发射。
为了选择合适的真空管阴极材料，可以采用以下方法：在相同加热温度下，测量由不同阴极材料制成的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择。
但更重要的工作是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，这有更深远意义。
1. 电子的逸出功由统计物理理论知，金属中的自由电子的能量分布是满足费密－狄喇克分布的。
即：f （E ）=dE dN =3h4π（2m ）23E 21(1+e KT /)E E (F -)－1（33－1）式中E F 称费米能级。
在绝对零度时电子的能量分布如图33－1中 曲线（1）所示，这时电子所具有的最大能量为 E F ，当温度T >0时电子的能量分布曲线如图33－ 1中曲线（2）、（3）所示，其中能量较大的少量 电子具有比E F 更高的能量，而其数量随能量的 增加而指数减少。
在通常温度下由于金属表面与外界（真空） 之间存在一个势垒E b ，所以电子要从金属中逸 出，至少具有能量E b 。
从图33－1中可见，在 绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为E 0= E b －E F =e Φ。
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。
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。
金属电子逸出功的测定实验报告
金属电子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电子逸出功。
二、实验原理1、热电子发射金属中的自由电子在一定温度下会具有足够的能量，克服表面势垒而逸出金属表面，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电流密度＄j$ 与金属表面温度＄T$ 之间的关系遵循理查逊杜什曼定律：＼j ＝ A T^2 e^｛＼frac{e\varphi}｛kT}｝＼其中，＄A$ 是与金属材料性质有关的常数，＄e$ 是电子电荷量，＄k$ 是玻尔兹曼常数，＄＼varphi$ 是金属的逸出功。
3、逸出功的测定对上述公式两边取对数，得到：＼＼ln\frac{j}｛T^2} ＝＼ln A ＼frac{e\varphi}｛kT}＼若以＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄为纵坐标，＄＼frac{1}｛T}＄为横坐标作图，得到一条直线。
根据直线的斜率，可以计算出电子逸出功＄＼varphi$ 。
三、实验仪器1、理想二极管（理查逊热电子发射管）2、加热电源3、电流表4、电压表5、温控仪四、实验步骤1、按实验电路图连接好仪器，检查线路无误后接通电源。
2、开启温控仪，逐步升高加热电流，使灯丝温度缓慢升高。
同时观察电流表和电压表的读数，记录不同温度下的电流和电压值。
3、当温度达到一定值后，停止加热，待温度稍降后再继续测量。
4、测量完毕后，关闭电源，整理仪器。
五、实验数据处理1、根据测量数据，计算出不同温度下的发射电流密度＄j$ ，公式为：＼j ＝＼frac{I}｛S}＼其中，＄I$ 是发射电流，＄S$ 是阴极发射面积。
2、计算出＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄和＄＼frac{1}｛T}＄的值。
3、以＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄为纵坐标，＄＼frac{1}｛T}＄为横坐标作图，得到一条直线。
4、通过直线的斜率＄K$ ，计算电子逸出功＄＼varphi$ ，公式为：＼＼varphi ＝＼frac{k}｛e}K\六、实验结果与分析1、实验数据记录表格｜温度 T （K)｜发射电流 I （A)｜发射电流密度 j （A/m²)｜＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄｜＄＼frac{1}｛T}＄（1/K)｜｜｜｜｜｜｜｜＿____|＿____|＿____|＿____|＿____|｜＿____|＿____|＿____|＿____|＿____|｜＿____|＿____|＿____|＿____|＿____|｜｜｜｜｜｜2、绘制＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄＄＼frac{1}｛T}＄图像根据实验数据，在坐标纸上绘制出＄＼ln\frac{j}｛T^2}＄与＄＼frac{1}｛T}＄的关系曲线。
金属电子逸出功的测量与分析
金属逸出功的测量与分析2009年10月11日物理工程与技术学院 光信息科学与技术07级1班实验人：乐广龙 07305939 参加人： 林 铭 07305938【实验目的】1， 了解费米狄拉克量子统计规律；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印记材料（钨）的电子逸出功。
【实验原理】（1） 电子需要W o =W a -W f 才能逸出。
（2） 热发射电流密度2/e KTs J AT e ϕ-=（3） A.由于A 以及面积S 难以测量:2ln()ln()s T e AS T KTϕ=- 则2ln()s T T 与1T为线性关系,利用此方法实验称理查逊直线法。
B.发射电流测量加入电场E α,电流作相应修正:'1 4.39ln ln ln()a s s U I I Tr r =+在选定温度下:'ln s a I U ,由直线斜率可得零场发射电流s IC.温度测量由f T I 关系曲线得出。
【实验内容】1， 按电路图连接电路，注意a U 与f U 勿连接错误；2， 取灯丝电流f I 为0.600、0.625、0.650…0.775A ，求得灯丝温度；3， 对应每灯丝电流f I ，测量阳极电压a U 分别为25、36、49、64、81、100、121及144V对应阳极电流's I ，阳极电压先粗调，再微调。
4， 作'ln s a I U 图，采用拟合方法求ln s I ； 5， 作21ln()sT TT图，拟合出逸出功与实验误差。
【实验结果与分析】2， 对应阳极电流以及求'ln s I 有下表（原始数据见预习报告）：表2阳极电流以及lg s I 、s I3， 作'ln sa I U 如下图1~8：图1~84，作21lg()sT T T图以及求钨电子逸出功0Wln(I s /T 2) -18.002 -17.432 -16.398 -15.888-15.442 -14.982 -14.921 -14.9211/T0.00053 0.00052 0.00051 0.00050.00049 0.000481 0.0004720.00047表321lg()sT T T数据用origin 作图有：图9再做线性拟合，origin 结果有：[2009/11/4 12:12 "/Graph2" (2455139)] Linear Regression for DATA1_B: Y = A + B * XParameter V alue Error------------------------------------------------------------ A 8.47811 0.14054B -49746.96557 282.53898------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------ -0.9999 0.01708 8 <0.0001说明该曲线,2ln()ln()s T e AS T KT ϕ=-中, ln()8.478110.14054A AS ==±,49746.96557282.53898e B Kϕ=-=-± 此时,由2ln()ln()s T e AS T KT ϕ=-或42ln()ln() 1.1604810s T AS T Tϕ=-⨯ 做简单的变换，得出01(49746.96557282.53898)eV=4.286750.024*******.8W e B eV K ϕ±===± 与标准值4.54eV 比较误差, 4.54 4.286755.578%4.54η-==5，误差分析：A ， 有上述图像以及数据可以看出，'lg sa I U 和21lg()sT T T线性度都相当高，可以预见实验应该误差不大。
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。
金属电子逸出功的测定
金属电子逸出功的测定实验原理实验仪器实验要求实验内容金属电子逸出功的测定V从电子热发射理论可知道，当处于真空中的金属材料被加热到足够高的的温度时，金属中的电子会从金属中逃逸出来，这种现象称为热电子发射。
由于不同的金属材料其电子的逸出功是不同的，因此热电子的发射情况也不一样。
本实验本实验以金属钨为例，测量其热电子的逸出功。
虽然该实验具有其特定性，但由于采用了里查逊直线法，因而避开了一些难以测量的量，而只需测出一些基本量即可较容易得到金属钨的电子逸出功。
该方法具有其普适性，在实验中应对其内含的物理机制予以掌握。
实验原理V金属电逸出功（或逸出电位）的测定实验，综合性地应用了直线测定法、外延测量法和补偿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。
因此，这是一个比较有意义的实验。
V根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导电子能量的分布是按费密－狄喇克能量分布的。
即式中EF 成为费密能级12/331exp)2(4)(−⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎟⎠⎞⎜⎝⎛−==kTEEmhdEdNEf Fπ实验原理V在绝对零度（T=0）时，电子的能量分布如图所示。
在绝对零度时电子要从金属逸出，至少需要从外界得到能量。
电子逸出功实验原理V根据里查逊-热西曼公式⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=kTeexpASTI2κ式中，I为热电子发射的电流强度，单位为A;A为何阴极表面化学纯度有关的系数，单位为A·m·KS为阴极的有效发射面积，单位为T 为发射热电子的阴极的绝对温度，单位为K；k为玻尔兹曼常数，K/J1038.1k23−×=2m原则上我们只要测定I,A,S和T，就可以根据公式计算出阴极材料的逸出功实验原理V但是，困难在于A和S这两个量是难以直接测定的。
所以在实验测量中，常用下属的里查逊直线法。
以设法避开A和S这两个量的测量。
1、里查逊直线法TASkTeAST11004.5lg30.2lg1lg3 2ϕϕ×−=−=从公式上可看出，和成线性关系。
金属逸出功的测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除金属逸出功的测定实验报告篇一：金属电子逸出功测量实验报告篇二：物理金属电子逸出功的测量实验数据处理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w0?wa?wf，其中为wa位能势垒，wf为费米能量。
由费米—狄拉克统计分布律，在温度T?0，速度在v~dv 之间的电子数目为：m1dn?2()2(w?wf)/kTdv（1）he?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????e?mv2y/2kT?dvy??e?mvz/2kTdvz?(??22?kT1/2)(2)m可将（1）式简化为m2kTwf/kT?mvx2/2kTdn?4?e?edvx(3)3h而速度为vx的电子到达金属表面的电流可表示为dI?esvxdn（4）其中s为材料的有效发射面积。
只有vx?将（3）代入（4~?范围积分，得总发射电流Is?AsT2e?e?/kT(5)其中A?4?emk2/h3，(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T2后取对数，得I?lgs2?lg?As??5.039?103(6)TT由（6）知lg(Is/T2)与1/T成线性关系，只需测量不同温度T下的Is，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Is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ea。
而ea降低了逸出功而增大发射电流，使测量到的发射电流值不是真正的Is，因此必须对实验数据作相应的处理。
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金属逸出功的测量与分析
2009年10月11日
物理工程与技术学院 光信息科学与技术07级1班
实验人：乐广龙 07305939 参加人： 林 铭 07305938
【实验目的】
1， 了解费米狄拉克量子统计规律；
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印记材料（钨）的电子逸出功。
【实验原理】
（1） 电子需要W o =W a -W f 才能逸出。
（2） 热发射电流密度2/e K T
s J AT e ϕ-=
（3） A.由于A 以及面积S 难以测量:
2
ln(
)ln()s T e A S T
K T
ϕ=-
则2
ln(
)s T T
与1T
为线性关系,利用此方法实验称理查逊直线法。
B.发射电流测量加入电场E α,电流作相应修正
:
'
4.39ln ln s s I I T
=+
在选定温度下
:'
ln s I
由直线斜率可得零场发射电流s I
C.温度测量由f T I 关系曲线得出。
【实验内容】
1， 按电路图连接电路，注意a U 与f U 勿连接错误；
2， 取灯丝电流f I 为0.600、0.625、0.650…0.775A ，求得灯丝温度；
3， 对应每灯丝电流f I ，测量阳极电压a U 分别为25、36、49、64、81、100、121及144V
对应阳极电流'
s I ，阳极电压先粗调，再微调。
4， 作'ln s I ln s I ； 5， 作2
1ln(
)s T T T
图，拟合出逸出功与实验误差。
【实验结果与分析】
表1 灯丝温度
2， 对应阳极电流以及求'ln s I 有下表（原始数据见预习报告）：
表2阳极电流以及lg s I 、s I
3， 作'
ln s I
1~8：
图1~8
4，作2
1lg(
)s T T T
图以及求钨电子逸出功0W
表3 2
1lg(
)s T T
T
数据
用origin 作图有：
图9
再做线性拟合，origin 结果有：
[2009/11/4 12:12 "/Graph2" (2455139)] Linear Regression for DATA1_B: Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A 8.47811 0.14054
B
-49746.96557 282.53898
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------ -0.9999 0.01708 8 <0.0001
说明该曲线,
2ln()ln()s T e A S T K T ϕ
=-
中, ln()8.478110.14054A AS ==±,
49746.96557282.53898e B K
ϕ=-
=-±
此时,由2
ln(
)ln()s T e A S T
K T
ϕ=-或4
2
ln(
)ln() 1.1604810s
T A S T T
ϕ
=-⨯ 做简单的变换，得出
01(49746.96557282.53898)
eV =4.286750.024*******.8
W e B eV K
ϕ±==
=
±
与标准值4.54eV 比较误差, 4.54 4.28675
5.578%4.54
η-==
5，误差分析：
A ， 有上述图像以及数据可以看出，'
lg s I
2
1lg(
)s T T
T
线性度都相当高，可以预见
实验应该误差不大。
B ， 此处使用数据为第二周测量值，实验前进行充分预热，测量数据时考虑了稳定的问题，
因此数据波荡不大，线性拟合度均达到99.99%以上，当然这也是数据较少量带来的。
C ， 最后2
1lg(
)s T T T
在1/T=0.0053K -1
处不接近线性，原猜测是预热不够，但是在第一周实
验数据中同样有一样的情况，则原因不明。
D ， 实验值比理论值偏小约5.578%是因为电场引入的偏差没有完全去除.
【思考与讨论】
1， 本实验中需要测量哪些物理量？为什么？
测量U f 、U a 以及I f ，由于公式显示的A ，S 等不容易测量，需要间接测量电压值来转换成逸出功数据。
2， 实验中如何测量阴极与阳极之间的电位差？
使用电压表并联在阴极以及两电阻之间。
3， 试验中如何稳定阴极温度？
每次调整了电压U a ，等待1~2分钟让电流稳定，温度才达到稳定值。