2. Podstawy teoretyczne.

Zgodnie z teorią przewodnictwa elektronowego, elektrony walencyjne tworzące gaz elektronowy, temperaturze zera bezwzględnego obsadzają wszystkie najniższe poziomy energetyczne, aż do poziomu odpowiadającego energii Fermiego. Przy podwyższaniu temperatury metalu część elektronów przewodnictwa znajduje się na wyższych poziomach energetycznych i niektóre z nich opuszczą metal, zużywając przy tym część swej energii na pokonanie pracy wyjścia. Im wyższa jest temperatura metalu, tym większymi energiami dysponują elektrony przewodnictwa i tym większa ich ilość może pokonać barierę potencjału i wydostać się na zewnątrz.

Zależność gęstości prądu termoemisji j od temperatury ciała T emitującego elektrony przedstawia zależność otrzymana przez Richardsona:

a - stała zależna od rodzaju i stopnia czystości materiału,

e - ładunek elektronu,

  potencjał wyjścia,

k - stała Boltzmana,

e   jest to praca wyjścia.

W ćwiczeniu, do pomiaru prędkości elektronów termoemisji zastosowano diodę. Elektrony opuszczające powierzchnię katody mają początkowe prędkości v różne od zera, dlatego też nawet przy zerowym napięciu anodowym mogą pokonać pole hamujące ładunku przestrzennego, zgromadzonego wokół katody i dojść do anody. Przykładając do anody ujemne napięcie spowodujemy, że dobiegną do niej tylko te elektrony, których energie są na tyle duże aby pokonać działanie hamującego pola elektrycznego.

Warunek ten można zapisać następująco:

m_e - masa elektronu,

v - prędkość elektronu,

U_a - wartość napięcia dołączona do anody.

Natężenie prądu płynącego w obwodzie anodowym lampy i_a jest równe e N_v , gdzie N_v jest liczbą elektronów docierających do anody w jednostce czasu, których prędkości spełniają warunek:

Zwiększając wartość napięcia hamującego U_a powodujemy, że coraz mniejsza liczba elektronów N_v pokonuje pole hamujące i dobiega do anody. Fakt ten sprawi, że wartość natężenia prądu anodowego i_a maleje.

3. Wykonanie ćwiczenia.

Pomiary przeprowadzamy przy stałej wartości natężenia prądu żarzenia. Wartość prądu anodowego mierzymy pośrednio, poprzez pomiar spadku potencjału U_R na znanym oporze: R =  k, włączonym w obwód anodowy lampy. Wartość natężenia prądu obliczamy ze wzoru i_a = U_R /R. Pomiary należy przeprowadzić do wartości napięcia anodowego przy którym i_a będzie w przybliżeniu równy 5 A.

Schemat pomiarowy:

+

_

Z₁

Z₂

MC₂

MC₂

mA

R

+

_

---