金属逸出功的测定实验报告Word格式文档下载.docx

金属逸出功的测定实验报告Word格式文档下载.docx

《金属逸出功的测定实验报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属逸出功的测定实验报告Word格式文档下载.docx（4页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　　m1

　　dn?

2（）2（w?

wf）/kTdv

（1）

　　he?

1

　　其中h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数。

选择适当坐标系，则只需考虑x

　　方向上的情形，利用积分运算

　　?

?

e

mv2y/2kT

　　dvy?

e?

mvz/2kTdvz?

（

　　2

　　2?

kT1/2

　　）

（2）m

　　可将

（1）式简化为

　　m2kTwf/kT?

mvx2/2kT

4?

edvx（3）3

　　h

　　而速度为vx的电子到达金属表面的电流可表示为

　　dI?

esvxdn（4）

　　其中s为材料的有效发射面积。

　　只有vx?

将（3）代入（4

　　~?

范围积分，得总发射电流

　　Is?

AsT2e?

/kT（5）

　　其中A?

emk2/h3，（5）式称为里查逊第二公式。

（二）数据测量与处理

　　里查逊直线法：

　　将（5）式两边同除以T2后取对数，得

　　I?

　　lgs2?

lg?

As?

5.039?

103（6）TT

　　由（6）知lg（Is/T2）与1/T成线性关系，只需测量不同温度T下的Is，由直线斜率可求得φ值，从而避免了A和s不能准确测量的困难。

　　发射电流Is的测量：

　　为有效收集从阴极材料发射的电子，必须在阴极与阳极之间加一加速电场ea。

而ea降低了逸出功而增大发射电流，使测量到的发射电流值不是真正的Is，因此必须对实验数据作相应的处理。

　　由理论推导，可得以下关系：

　　lgIs?

　　4.392.303T从（7）式知，在选定的温度T下，lgIs~ua较大）为线性关系，通过作图法求得直线的截距，即得零场发射电流Is。

温度T的测量：

　　实验通过测量阴极加热电流If来确定阴极温度T，两者关系已由厂家给出：

　　T?

920.0?

1600If（8）

　　三、实验仪器

　　wF-3型电子逸出功测定仪，wF-3型数字电压电流仪，标准真空二极管。

　　四、实验内容

　　1.按图1连接好实验电路，检查无错后，接通电源，预热15分钟。

　　图1热电子发射法测量金属电子逸出功实验电原理图

　　2.调节灯丝电流初始值为0.600A，每隔0.025A测量一次，共测8次。

对应每个灯丝电流If,测量加速场阳极电压ua分别为25、36、49、64、81、100、121

　　、144V对应的阳极电流Is值,如表1。

调节电压时应注意先粗调再细调；

每次改变电流时要等待几分钟，使电流不再变化，表明此时温度已经稳定。

　　’-6利用（8）式为

1600If

　　求得各灯丝电流对应的温度值。

将（7）式表示

lgIs?

Is，则将测得的发射电流取以10为底的对数，将阳极电

　　压开方，得到数据填入表2。

　　表2不同温度T和下对应的阳极电流的对数值lgIs

　　由表2数据画出图形：

　　图2不同温度下的

　　lgIs~关系曲线

　　lgIs进行线性拟合，拟合形式

　　lgI

　　sY=A+b*x，其中Y=R为相关系数。

结果如表3：

　　由表3可知，相应的直线截距值，即lgIs，注意表3中Is单位为10-6A，应转换为A，

　　再运算求得各个对应的零场发射电流Is，如表4。

　　表4不同温度下的零场发射电流lgIs及Is

　　表5lg（Is/T2）~1/T的关系12

　　lg（I/T）~s利用origin作图得到T关系如图3：

　　lg（I/T）~s图3

　　1

　　T关系

　　Y=A+b1*x

　　parameterValueerror

　　------------------------------------------------------------A0.590670.07948b1-22193.30.016

　　------------------------------------------------------------R-square（coD）sDnp

　　------------------------------------------------------------

　　篇三：

逸出功实验报告

　　逸出功的测量

　　电22李自帅20XX010916

　　摘要:

本文对逸出功测量实验进行了原理分析，实验数据的处理。

详细介绍了实验的原理以及数据处理方式。

　　关键词：

逸出功测量数据处理

　　1.用里查孙直线法测定阴极材料（钨）的电子逸出功。

　　2.通过实验了解热电子发射的规律和掌握逸出功的测量方法。

　　根据量子论，原子内电子的能

　　级是量子化的。

在金属内部运动着

　　的自由电子遵循类似的规律：

①金

　　属中自由电子的能量是量子化的；

　　②电子具有全同性；

③能级的填充

　　状态要符合泡利不相容原理。

在热力学零度及高温时，电子数按能量分布的曲线图1中的曲线①所示。

当温度升高时，电子数按能量分布的曲线图1中的曲线②所示，

　　少数电子能量上升到比之前的最大动能

　　wi还要高，并且电子数以接近于指数的规律减少。

　　由于金属与真空之间有位能壁垒wa，如图2所示，

　　因此电子要从金属中逸出，必须具有大于wa的动能。

w0=wa-wi即为逸出功。

热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使动能大于wi的电子增多，从而使动能大于wa的电子数达到一可观测的大小，这时动能大于wa的电子就有可能从金属发射出来。

可见，逸出功的大小对热电子发射的强弱有决定性的作用。

　　根据以上理论，可以推导出关于热电子发射的里查孙－德西曼公式：

（wa?

wi）/kTJe?

2（1?

Re）ATe1

　　式中Je为单位面积的发射电流，wa-wi为该金属的逸出功，A1为普适常数。

　　若令2（1-Re）A1=A，可得发射电流Ie的公式：

　　Ie?

e0?

/kT

　　此式即为本实验的理论依据。

原则上看，似乎只要能测定式中有关的量Ie，A，s及T，就可以求出逸出功e0?

的数值，实则不然。

　　三、测量及数据处理

　　1.A与s两个量的处理

　　A这个量直接与金属表面对发射电子的反射系数有关，反射系数又与金属表面的化学春都有关系；

另外由于金属表面是粗糙的，计算出的阴极发射面积与实际的有效面积s也可能有差异，所以这两个量难以测量，甚至无法测定。

　　故将上式除以T再取以10为底的常用对数，并以国际单位制并将e0和k的数值代入，可得

　　lgIe3?

lgAs?

10?

T2T

　　222由此可以看出，lg（Ie/T）和1/T成线性关系，若以lg（Ie/T）和1/T

　　分别作为纵坐标和横坐标，作图后由直线的斜率即可定出?

。

由于A与s对某一固定材料的阴极来说是常数，故lg（As）一项只改变lg（Ie/T2）-1/T直线的截距，而不影响直线的斜率，这就避免了由于A和s不能准确测定以致影响确定ф的困难，此方法叫里查孙直线法。

　　2.发射电流Ie的测量

　　当电子不断从阴极发射出来飞往阳极的途中，所形成的空间电荷电场必将阻碍后续电子飞往阳极。

为此，需维持阳极电位高于阴极，即在阳极于阴极之间外加一个加速场，使电子一旦逸出，就能迅速飞往阳极。

下图为测量Ie的示意图。

　　但由于外加电场ea的存在，就不能不影响热电子的发射，即出现肖特基效应。

所谓肖特基效应，是指在热电子发射过程中受到阳极加速电场的影响，使电子从阴极发射出来时将得到一个助力，因而增加了电子发射的数量。

增加后的值自然不是真正的Ie值，而必须作相应的处理。

　　通常，在加速场ea的作用下，阴极发射电流I’e与ea有如下的关系：

IeeT

　　取以10为底的对数，并把阳极作成圆柱形，与阴极共轴，则有：

　　式中r1r2分别为阴极和阳极的半径，ua为阳极典雅，ua’为接触电位差及其他原因引起的电位差，一般情况下ua〉〉ua，故上式可写为：

　　lgIe?

lgIe

　　由上式得，在阴极温度一定的情况下，

　　值较大时）。

可画出在不同阴极温度下的

　　其外推至

　　ua?

0lgIe（ualgIe并将时的lgIe即为lgIe，由此可定出所需要的Ie值。

至此，解决了Ie的测量问题。

　　3.温度T的测量

　　本实验是通过测量阴极加热电流来确定阴极温度。

对于纯钨丝，一定的比加热电流I1与阴极温度的关系已有前人准确测算出，并列成表。

I1?

If/?

dK?

3/2，其中If为阴极加热电流，dK为阴极钨丝直径。

为了方便可以绘出T-If的关系曲线，由阴极电流If的大小，从曲线上可直接查出与其对应的温度T。

　　四、仪器装置

　　1.本实验所用的电子管装置如下图所示。

　　为了使阳极和灯丝间的电场均匀，在阳极两端加上两个电极（保护环），它们和阳极半径相同且共轴。

实验时使保护环电位与阳极相近。

保护环也保证了使用的灯丝中段的温度是均匀的，使得测量得到的阳极电流更加稳定可靠。