大学物理实验报告
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 型金属电子逸出功测定仪和理想(标准)二极管。逸出功测定仪主要包括二极管灯 丝温度测量系统、专用电源、显示测量电压电流的数字电表。
实验内容与基本原理: 热电子发射测量电子逸出功的基本原理 真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热以提 高阴极温度,温度的升高改变了金属钨丝内电子的能量分布,使动 1. 能大于 E F 的电子增多,使动能大于 Eb 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 A 未加正电压(图3.11-4 中Ua0)时,连接两个电极的外电路中也 将会检测到有热发射电流 I (称为零场电流)通过。此零场电流强 I f 度I由理查逊-热西曼公式确定,有eIAST 2 exp kT K Uf
Ia A
μA
Ua
图3.11-4 热电子发射电路图
(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 A 是和阴极表面化学纯度有关的系数 (单位为 A/(m2· 2)) S 为阴极的有效发射面积(单位为 m2) T 为发射热电子的阴极的绝对 K , , 温度(单位为 K) k 为玻尔兹曼常数。此式显示出电子逸出功( e )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 T 2 ,再取对数,得Ie1(3.11.2) lg AS lg AS 5.04 10 3 2 2.30 kT T T 1 1 I I 此式显示 lg 2 与 成线性关系。如以 lg 2 为纵坐标, 为横坐标作图,由直线斜率即可求出 T T T T lg
电子的逸出电势 和电子逸出功 e 。这样的数学处理方法叫理查逊直线法。 零场电流 I 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 2. 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 E a 。但是, E a 的存在又会产生肖