Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка 73-75 2012.doc
Скачиваний:
51
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

1.4. Уравнение термоэлектронной эмиссии

Из закона распределение электронов по энергиям (1) можно получить выражение для числа электронов n, влетающих в единицу времени с единицы площади поверхности металла:

, (2)

где B0 - постоянная, А - работа выхода электрона, k- постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, e - основание натурального логарифма.

Умножив число вылетающих электронов на заряд электрона q, получим плотность тока насыщения jHAC в виде:

, (3)

где B = B0 q

Формула (3) называется уравнением термоэлектронной эмиссии.

В настоящей работе изучается термоэлектронная эмиссия в вакуумной лампе с вольфрамовым катодом. Если накалить катод лампы и постепенно увеличить анодное напряжение, анодный ток будет увеличиваться, пока не достигнет насыщения (рис.4). Ток насыщения это и есть ток эмиссии, плотность которого определяется уравнением термоэлектронной эмиссии (3).

Увеличение анодного тока при малых анодных напряжениях связано с тем, что анод притягивает электроны из области пространственного заряда вблизи катода. В этих условиях анодный ток JA пропорционален анодному напряжению в степени три вторых (Закон Богусловского-Лэнгмюра):

, (4)

где  - коэффициент пропорциональности, зависящий от формы электродов лампы.

Насыщение анодного тока наступает тогда, когда все электроны, испускаемые катодом в единицу времени, попадают в анод. Поэтому при дальнейшем увеличении анодного напряжения анодный ток уже не может увеличиваться.

При увеличении тока накала, а, следовательно, температуры Т катода, ток эмиссии возрастает (рис.5).

2. Методика определения работы выхода электрона из металла (метод прямых Ричардсона).

Логарифмируя уравнение термоэлектронной эмиссии (3), получаем

. (5)

Если построить график зависимости получится прямая линия, угловой коэффициент которой a = A/k (рис.6). Определив его, можно рассчитать работу выхода А :

; (6)

. (7)

Этот метод определения работы выхода называется методом прямых Ричардсона. Т.к. (где S - площадь катода) и S всегда остается постоянной, то в уравнении (5) величину плотности тока насыщения jHAC можно заменить величиной тока IHAC. Эта замена изменяет только величину const, но не меняет угол наклона прямой на рис.6.

Для построения графика зависимости от 1/Т необходимо знать температуру катода. Для вольфрама были экспериментально проведены определения температуры в зависимости от мощности нагрева, приходящейся на единицу площади поверхности катода. Не рекомендуется проводить измерения при температурах ниже 2000 К, т.к. при этом становится значимой доля потерь энергии из-за теплопроводности держателей катода. Мощность нагрева катода PHAК определяется как произведение тока накала JHAК на напряжение накалаUHAК:

, (8)

Зависимость температуры накала катода Т от мощности накала представлена на графике (прилагается к установке)