Dominik Trojnar 2005-12-05
I TD, gr. Lab. 02
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 25
Pomiar prędkości wyjściowej elektronów metodą napięcia hamującego
Zagadnienia do samodzielnego opracowania
Emisja elektronów z metalu (lub półprzewodnika) polega na uwalnianiu z jego powierzchni elektronów pod wpływem zewnętrznego czynnika pobudzającego. Takim czynnikiem może być wysoka temperatura (termoemisja), promieniowanie elektromagnetyczne (fotoemisja), wysokie napięcie (emisja polowa lub zimna) lub bombardujące cząstki, np. elektrony, jony.
Zjawisko emisji termoelektronowej polega na wysyłaniu elektronów przez nagrzane metale. Przestrzeń zajęta przez metal wypełniona jest siecią dodatnich jonów, między którymi znajdują się elektrony poruszające się swobodnie wewnątrz metalu jak cząsteczki gazu o energii kinetycznej Ekin. Elektron przewodzenia może opuścić dany metal jedynie wówczas, gdy jego energia przewyższa pracę wyjścia elektronu z metalu. Doświadczenia wykazały, Że temperaturze kilkuset stopni skali bezwzględnej zjawisko termoemisji staje się bardzo intensywne. Liczba termoelektronów zwiększa się i to bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury. Wzrost ten określa prawo termoemisji, zwane prawem Richardsona. Prawo to wyraża tzw. gęstość prądu termoemisji jT w zależności od temperatury T:
gdzie:
jT - oznacza natężenie prądu elektrycznego emitowanego z 1 cm2 powierzchni,
B -stała wielkość dla danego metalu
- praca wyjścia
k - stała Boltzmanna
Lampy elektronowe
Zjawisko termoemisji zostało zastosowane między innymi w lampach elektronowych. Dioda jest najprostszą lampą elektronowa - jest to lampa dwuelektrodowa. Jej elektrody (katoda i anoda) znajdują się w bańce szklanej, w której wytworzono wysoką próżnię. Aby wywołać termoemisję elektronów, katodę diody podgrzewa się elektrycznie. Rozróżnia się dwa rodzaje katod: żarzone bezpośrednio oraz żarzone pośrednio. W pierwszym przypadku katodę stanowi cienki drucik metalowy (najczęściej wolfram), który żarzy się w efekcie przepływającego przezeń prądu. W drugim przypadku katoda ma postać rurki metalowej (najczęściej pokrytej tlenkami), a grzejnik elektryczny jest umieszczony wewnątrz niej i od katody jest izolowany elektrycznie. Anoda diody na ogół ma postać cylindra otaczającego katodę. odznacza się ona jednak poważną wadą. W przypadku nagrzewania włókna katody prądem przemiennym jego temperatura podlega okresowym zmianom, co z kolei wywołuje wahania prądu anodowego. W dużym stopniu eliminuje to niepożądane zjawisko tzw. żarzenie pośrednie; w tym przypadku włókno żarzone mieści się wewnątrz odizolowanej odeń metalowej katody i służy jedynie do jej nagrzewania. Gdy rozżarzoną katodę połączymy z ujemnym, a anodę z dodatnim biegunem źródła prądu, wówczas chmura elektronowa będzie przyciągana przez anodę, popłynie więc prąd. Na podstawie badań stwierdzono, że natężenie prądu I a zależy od napięcia Ua wytworzonego pomiędzy elektrodami, od temperatury katody oraz materiału, z jakiego jest ona wytworzona. Wykładniczy wzrost prądu anodowego, jaki obserwujemy w czasie podwyższania temperatury żarzenia katody jest potwierdzeniem prawa termoemisji Richardsona. Wybitny wpływ na przebieg prądu anodowego, przy stałym prądzie żarzenia ma napięcie anodowe.
Wyszukiwarka