Temat: Procesy fizyczne w lampach elektronowych.
Cel ćwiczenia : Wyznaczenie termoelektrycznej pracy wyjścia elektronów metodą prostych Richardsona
dla wolframu
1. Wprowadzenie.
Jedną z typowych własności metali jest to, że elektrony powłoki walencyjnej łatwo odłączają się od atomów. Uwolnione elektrony znajdują się w ciągłym bezładnym ruchu pomiędzy siatką krystaliczną dodatnich jonów. Jakkolwiek mogą się one swobodnie poruszać pomiędzy jonami sieci krystalicznej, to jednak w normalnych warunkach nie mogą opuścić metalu. Siły wywierane na elektron na powierzchni są skierowane do wnętrza, żeby wydostać się z metalu elektron musi pokonać te oddziaływania, czyli musi wykonać pewną pracę, zwaną pracą wyjścia.
Dostarczając dodatkowej energii, np. przez podgrzewanie metalu do odpowiedniej temperatury możemy spowodować emisję elektronów z powierzchni metalu. Ten rodzaj emisji nosi nazwę emisji termoelektronowej lub termoemisji.
Im wyższa jest temperatura metalu, tym większą energię osiągają elektrony przewodnictwa i tym większa ich ilość może wydostać się z metalu. Zjawisko termoemisji znalazło praktyczne zastosowanie w lampach elektronowych, dlatego do ćwiczenia wykorzystano procesy zachodzące w najprostszej lampie dwuelektrodowej - diodzie.
Jeżeli jedna z elektrod będzie żarzona ( katoda ) , a do drugą ( anoda ) spolaryzujemy dodatnio względem tej pierwszej to przez lampę popłynie prąd. Przy zachowaniu stałego napięcia anodowego gęstość prądu emisyjnego zależna będzie od temperatury katody. Zależność emisji od temperatury po raz pierwszy wyznaczył O.W.Richardson w 1912 r. w oparciu o klasyczną teorię przewodnictwa elektronowego w metalach. W 1922 r. S. Duschman na podstawie kwantowej teorii metali nadał tej zależności obowiązującą postać.
b - wielkość stała, która dla większości metali o doskonale oczyszczonych powierzchniach ma wartość 60 Acm-2K-2
T - temperatura bezwzględna katody,
JN - gęstość prądu nasycenia ( prąd termoelektryczny z jednostki powierzchni katody ),
kB - stała Boltzmanna ( 1,381 *10-23 J K-1 )
W - praca wyjścia elektronów z metalu (od 1,5 eV do 4...5 eV - w zależności od metalu ) .
2. Układ pomiarowy.