WM	Grupa 12A Zespół 4	Nazwisko i imię Janiuk Bartłomiej
Nr ćw. E5	Temat ćwiczenia Pomiar pracy wyjścia elektronów
Data 12.03.99r.	Ocena		Podpis
Wykonanie

1. Teoria

Na podstawie modelu elektronów swobodnych możemy wyjaśnić wiele elementarnych własności metali. Model ten zakłada, iż wiele elektronów słabo związanych z atomami tworzącymi dany metal może poruszać się w całej jego objętości. Powstałe po odłączeniu elektronów jony dodatnie są rozmieszczone wewnątrz metalu w postaci regularnej sieci przestrzennej, charakterystycznej dla krystalicznej budowy metali. Siły, jakie wywierają jony sieci krystalicznej na elektrony odłączane od atomów metali, znoszą się wzajemnie, skutkiem tego elektrony mogą się swobodnie poruszać w całej objętości metalu. Znajdują się one w ciągłym, bezładnym ruchu. Jeżeli w metalu zostanie wytworzone pole elektryczne, to elektrony zaczną się poruszać w sposób uporządkowany, skutkiem czego będzie przepływ prądu elektrycznego.

ROZKŁAD FERMIEGO - DIRACA

Wraz z wzrostem temperatury rośnie energia kinetyczna gazu elektronowego, następnie obsadzanie niektórych poziomów energetycznych, które w stanie podstawowym (zero bezwzględne) były nie obsadzone. Zjawisko to opisuje prawo rozkładu Fermiego - Diraca :

G_i

N = ----------------

E_i - c

e---------- + 1

k T

gdzie :

N - ilość cząstek na danym poziomie energetycznym ;

G_i - ilość stanów na danym poziomie energetycznym ;

E_i - dozwolony poziom energetyczny ;

c- funkcja temperatury ;

T- temperatura ;

k- stała Boltzmana.

Zjawisko powyższe opisuje również prawo rozkładu MAXWELA-BOLTZMANA, przy założeniu, że cząstki są rozróżnialne i pomijamy zasadę nieoznaczności :

N= G_i *e^(-E_i^{+ c) kT}

Emisją elektronów nazywamy zjawisko wyjścia elektronów z danego ciała do otaczającej przestrzeni. W normalnych warunkach emisja nie może zachodzić, gdyż elektrony nie posiadają dostatecznie dużej energii, aby pokonać siłę na powierzchni metalu, pochodzącą od jonów sieci krystalicznej, która jest skierowana do wnętrza metalu. Elektron, aby opuścić metal musi posiadać odpowiedni zasób energii, aby pokonać te siły. Wiąże się to z wykonaniem pewnej pracy, zwanej pracą wyjścia elektronu. Działanie sił wiążących elektron z metalem można interpretować jako istnienie tuż przy powierzchni metalu pewnej bariery potencjału, która przeciwdziała wyjściu elektronów z metalu.

Jeżeli elektronom dostarczymy dodatkową energię, to część z nich zajmie wyższe poziomy energetyczne. Niektóre z nich będą miały potrzebny zasób energii, aby wydostać się z metalu, gdyż ich energia przewyższy wysokość bariery potencjału. Przy wyjściu elektronu z metalu zostanie wykonana praca równa :

A= e * f =Wb - Wf

gdzie:
A - praca wyjścia elektronu ;

f - potencjał wyjścia ;

Wb - wysokość bariery potencjału ;

Wf - energia Fermiego .

Praca wyjścia zależy od rodzaju materiału. Dla metali wynosi średnio 3eV. W zjawisku termoemisji energia potrzebna do wykonania pracy wyjścia przez elektron jest dostarczona w postaci ciepła. Im wyższa jest temperatura metalu, tym większą energią dysponują elektrony i większa ich ilość może wydostać się z metalu. Prąd emisyjny wzrasta więc wraz ze wzrostem temperatury.

ZJAWISKO SCHOTTY'EGO

Zjawisko to obserwujemy w ciałach, których budowa wewnętrzna jest uporządkowana. Polega ono na tym, że struktura krystaliczna posiada defekt wywołany przeniesieniem atomu lub jonu z głębi sieci do węzła leżącego na powierzchni. Obecność pewnego nieuporządkowania zwiększa entropię. W stanie równowagi koncentracja luk rośnie w miarę wzrostu temperatury.

Wnioski.

Błąd rzędu 23% jaki mamy w ćwiczeniu spowodowany jest niedokładnością każdego z mierników , rezystancją przewodów ,która wprowadziła niedokładność przy równowadze układu . Błąd ten nie jest jednak duży i można przyjąć , że pomiary są w miarę dokładne .

Charakterystyka Iż(Rt) pozwala na wyznaczenie rezystancji katody w temperaturze pokojowej . Zgodnie z otrzymanym wykresem wraz ze wzrostem prądu rośnie rezystancja Rt

---