实验目的: 1. 了解有关热电子发射的基本规律。 2. 学习测定金属钨逸出功的理查逊直线法。 3. 进一步学习数据处理的方法。 实验仪器: WF-2型金属的电子增多,使动能大于的电子数达到可观测的大小,使从金属表面发射出来的热电子达到可检测的数目,因此在阳极未加正电压(图3.11-4中)时,连接两个电极的外电路中也将会检测到有热发射电流(称为零场电流)通过。此零场电流强度由理查逊-热西曼公式确定,有(3.11.1) 它就是热电子发射测量电子逸出功的基本原理公式。式中是和阴极表面化学纯度有关的系数(单位为A/(m2·K2)),为阴极的有效发射面积(单位为m2),为发射热电子的阴极的绝对温度(单位为K),为玻尔兹曼常数。此式显示出电子逸出功()对热电子发射的强弱有着决定性作用。 将3.11.1式两边除以,再取对数,得(3.11.2) 此式显示与成线性关系。如以为纵坐标,为横坐标作图,由直线斜率即可求出电子的逸出电势和电子逸出功。这样的数学处理方法叫理查逊直线法。 2. 零场电流的测量 当热电子不断从阴极射出飞向阳极过程中形成空间电荷,空间电荷的电场阻碍后续的电子飞往阳极,这就严重地影响零场电流的测量。为了克服空间电荷电场的影响,使电子一旦逸出就能迅速飞往阳极,不得不在阳极和阴极之间加一个加速场。但是,的存在又会产生肖脱基效应,使阴极表面的势垒降低,电子逸出功减小,发射电流变大,因而测量得到的电流是在加速电场的作用下阴极表面发射电流,而不是零场电流。可以证明零场电流与的关系为 对上式取对数,曲线取直,有(3.11.3) 通常把阴极和阳极做成共轴圆柱形,忽略接触电位差和其它影响,则加速电场可表示为,其中和分别为阴极和阳极的半径,为阳极电压(图3.11-4)。把代入上式得 (一定时,和成线性关系。如果以为纵坐标、以为横坐标作图,这些直线的延长线与纵坐标的交点为,如图3.11-5所示。求反对数,可求出在一定温度下的零场电流。 测量数据与数据处理: 1. 按照图3.11-6连接好实验电路,接通电源,预热十分钟。 2. 调节理想二极管灯丝电流在0.55-0.75A之间,每隔0.05A进行一次测量。如果阳极电流偏小或偏大,也可适当增加或降低灯丝电流。对应每一灯丝电流,在阳极上加上25V,36V,49V,64V,,144V。记录数据于表3.11.2中,并换算至表3.11.3。3. 根据