实验金属电子逸出功的测定

但其电流不计入阳极电流中，这样使其成为
理想二极管。
图2 理想二极管的结构
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实验原理：
1.电子的逸出功及热电子发射
（1）逸出功：电子逸出金属表面至少需要从外界得到的能
量为 E0 Eb ，EF称为e金属E电0 子的逸出功，
也称功函数
e是电子电荷， 称为逸出电位，EF 称为费密能级，
Eb 势阱的深度。
1
r1
ln
r2 r1
Va / T
L (5)
当阴极的温度T一定时，lgIa和 Va 成线性关系
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如果以lgIa为纵坐标，以
Va
Va为横坐标作图，如图
T5
5所示，此直线的延长 lgI0
T4
线与纵坐标的交点，即
T3
T2
截距为lgI0。由此即可
T1
求出在一定温度下，加
速电场为零时的热发射 lgIa
25.0V、36.0V、49.0V、64.0V……144.0V电压，分
别测出对应的阳极电流Ia，记录相应的数据.
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5.二极管的灯丝电流，每次增加0.050A，重复上述测 量，直至0.800A。每改变一次灯丝电流都要预热5 分钟 。
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
3.学习直线测量法、外延测量法等基本 实验方法。
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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，
%
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注意事项：
由于理想二极管工艺制作上的差异，本仪器内装 有理想二极管限流保护电路，请不要将灯丝电流超 过0.80A
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思考题：
1. 影响本实验结果的误差有那些因素？ 2. 什么是逸出功？改变阴极温度是否改变了阴极
材料的逸出功？ 3. 理查孙直线法有何优点？ 4. 灯丝电流为何要保持稳定？测量中，每次改变
电流I0。
T5>T4>T3> T2> T1 图5 由lgIa～直线确定lgI
(I以uA 为单位）
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实验内容及步骤：
1.熟悉仪器装置并接线 。 2.将仪器面板上的电位器旋钮逆时针旋到底，接通电
源预热10分钟 。 3.调节理想二极管的灯丝电流，使灯丝电流显示
0.550A 。 4.调节理想二极管的阳极电压，使阳极电压分别为
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 I0 exp(0.439 Ea / T)
L (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
lg
Ia
lg
I0
0.439 2.30
Ea / T
L (4)
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将电场E用电压V来代替得：
lg
Ia
lg
I0
0.439 2.30
lg(I0 / T 2 ) lg( AS) e / 2.30KT lg(AS) 5.04103 / T
L (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。
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3.从加速场外延求零场电流
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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。
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2、理查孙直线法
将（1）式两边除以T2，再取对数得到
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在不同灯丝电流和阳极电压时测得的阳极电流值
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上表数据的换算值
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在不同灯丝温度时的零场电流及其换算值
根据数据作出
lg
I0 T2
~图I线，从图线求出的直线斜率
T
K=
,求得金属钨的电子逸出功= eV。
金属钨的电子逸出功的公认值为 e=4.54 eV,计算
相对误差：E =
实验3.11 金属电子逸出功的测定
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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 e（或逸出电位 ）。
T=2400K T=2300K
0
图4 二极管电子电流曲线
Va
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（ 5）根据费密-狄拉克分布可以导出热电子发射遵循的理查 孙-杜西曼（Richardson—Dushman）公式(无外电场时 的热电子发射公式)
I0 AST 2 exp(e / KT)
L (1)
式中 ：I0——热电子发射的电流强度，单位为A A——和表面化学纯度有关的系数，单位为A·m-2·K-2 S——阴极的有效发射面积，单位为m2 K——玻尔兹曼常数（K=1.38×10-23J/K） T——热阴极的绝对温度，单位为K
If值时为何要预热几分钟才测量？
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作业：
完成本次实验的数据处理，预习下一次实验内容。
（2）热电子发射：电子从被加热金属中逸出的现象。 （3）不同的金属材料具有不同的逸出功，因此，逸出功的
大小对热电子发射的强弱，起决定性作用。
Hale Waihona Puke Baidu
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（4）热电子发射既与发射电子的材料的温度有关，也 与阴极材料有关。
Ia μA
A +
Ea Ua
K If
图3 真空二极管外电路图
Ia
T=2600K
T=2500K