金屬電子逸出功測(cè)定

1、( )電子發(fā)射n電子發(fā)射的分類 n熱電子發(fā)射l無線電電子學(xué)的基礎(chǔ)l真空管中從通電加熱的金屬絲陰極表面逸出電子的現(xiàn)象光電發(fā)射靠光照射金屬表面引起電子發(fā)射。熱電子發(fā)射加熱金屬使其中大量電子克服表面勢(shì)壘而逸出。二次電子發(fā)射靠電子流或離子流轟擊金屬表面產(chǎn)生電子發(fā)射場(chǎng)效應(yīng)發(fā)射靠外加強(qiáng)電場(chǎng)引起電子發(fā)射 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.了解金屬電子逸出功的基本理論2.學(xué)習(xí)用理查遜直線法測(cè)定鎢的逸出功3.學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)接口輔助進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )金屬電子逸出功n真空二極管的結(jié)構(gòu)l 陰極K 通以電流

2、 If 加熱l 陽(yáng)極A上加以正電壓，在連接這兩個(gè)電極的外電路中將有電流 Ia 通過n金屬電子逸出功l 金屬中電子能量分布l 金屬-真空界面表面勢(shì)壘曲線 (x為電子距離金屬表面的距離)l 逸出功定義：eVEEEFb 0華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )如何通過真空管來測(cè)量金屬逸出功？n熱電子發(fā)射公式 kTeVexpASTI2玻爾茲曼常數(shù), k = 1.381023焦開逸出功發(fā)射熱電子的陰極的絕對(duì)溫度熱電子發(fā)射的電流強(qiáng)度和陰極表面化學(xué)純度有關(guān)的系數(shù)陰極有效發(fā)射面積這兩個(gè)量是難以直接測(cè)定的 ?華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )理查遜直線法2

3、TIlogT1n由 曲線圖求得直線斜率，可以計(jì)算出電子的逸出電勢(shì)Vl 燈絲溫度T由燈絲電流If得出l 零電場(chǎng)發(fā)射電流零電場(chǎng)發(fā)射電流 I 如何求得？如何求得？2TIlogT1T1V105.04ASlogTIlogkTeVexpASTI322 燈絲電流If /A0.50 0.550.600.650.700.75燈絲溫度T/103K 1.72 1.801.881.962.042.12華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )外延法求零場(chǎng)發(fā)射電流 In肖特基效應(yīng)l 在陽(yáng)極和陰極間加一個(gè)加速電場(chǎng)Ea (為什么？)l Ea 的存在使陰極表面的勢(shì)壘降低，因而逸出功減小，放射電流增大，a

4、121aaaUrrlnr12.30T0.439IlogIlogTE0.439II exp求出一組I(T)數(shù)據(jù)！華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )金屬逸出功的測(cè)定 6611ITITlogIUaa求斜率求斜率做曲線圖做曲線圖,log,log 6266121111TTITTI2TIlogT1金屬電子荷質(zhì)比的測(cè)定華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )利用真空二極管測(cè)量電子荷質(zhì)比n磁控條件l 理想二極管外套一通電勵(lì)磁線圈，則原來沿徑向運(yùn)動(dòng)的電子在軸向磁場(chǎng)作用下，運(yùn)動(dòng)軌跡將發(fā)生彎曲 l 在理想情況下電子經(jīng)圓周運(yùn)動(dòng)后又返回陰極附近不再到達(dá)陽(yáng)極，從而使陽(yáng)

5、極電流迅速下降，此時(shí)稱為臨界狀態(tài)l 進(jìn)一步增強(qiáng)磁場(chǎng)，電子運(yùn)動(dòng)的圓半徑繼續(xù)減小，電子無法到達(dá)陽(yáng)極，就會(huì)造成陽(yáng)極電流“斷流”華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )熱發(fā)射電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)n單電子近似的討論83221122222/):)kameIeEUIUIkBeVBRVmBEeUmVCaCaSa 成成線線性性關(guān)關(guān)系系在在臨臨界界狀狀態(tài)態(tài)下下作作用用下下電電子子發(fā)發(fā)生生偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)在在激激勵(lì)勵(lì)磁磁場(chǎng)場(chǎng)陰陰極極發(fā)發(fā)射射電電子子動(dòng)動(dòng)能能陽(yáng)極加速電場(chǎng)能熱激發(fā)能量華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )熱發(fā)射電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)n多電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律l陰極發(fā)射電子

6、的能量分布遵循費(fèi)米分布l不同速率電子的臨界半徑不同l定義多數(shù)電子處于臨界狀態(tài)(即不到陽(yáng)極)n實(shí)驗(yàn)觀察陽(yáng)極電流Ia與勵(lì)勵(lì)磁電流磁電流 Is的關(guān)系l在一定的陽(yáng)極加速電壓Ua下， IaIs曲線如圖1.取陽(yáng)極電流最大值約1/4高度的點(diǎn)Q作為臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)，相應(yīng)的陽(yáng)極電流為臨界電流臨界電流 IC 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )利用磁控曲線求電子荷質(zhì)比n將測(cè)得的 UaIc2 數(shù)據(jù)組用圖解法或最小二乘法求得斜率KmHmrmrNmLmaLrrLrrrrNk/.,.,.ln)(:70212211222212010402800210961040004202 其中參數(shù)為其中參數(shù)為22

7、22288kaKmeKkameIeEUCa 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )拓展內(nèi)容 n由于制造材料和加工工藝的差異，理想二極管的最佳實(shí)驗(yàn)臨界點(diǎn)有一個(gè)從1/31/5的分布范圍.實(shí)驗(yàn)者可嘗試把臨界點(diǎn)Q選在陽(yáng)極電流最大值 1/31/5范圍內(nèi)的其它位置. 也可嘗試用切線法確定臨界點(diǎn).注意，不同陽(yáng)極電壓下的曲線所取的Q點(diǎn)高度的比例保持一致 n對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行分析和討論n對(duì)本方法與其他測(cè)定荷質(zhì)比的方法進(jìn)行比較 實(shí)驗(yàn)儀器以及使用華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )實(shí)驗(yàn)儀器華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )實(shí)驗(yàn)儀器華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )配套軟件使用 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )配套軟件使用 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ( )注意事項(xiàng) n燈絲加熱到穩(wěn)定溫度需要一定時(shí)間。改變燈絲電流后需等待23分鐘；應(yīng)先做燈絲溫度低的，逐步升高。n燈絲電流嚴(yán)禁超過0.800A，理想