E LABOLATORIUM Z FIZYKI I				Ćwiczenie nr:21
								Data:23.05.20006
Wydział: WIP	Grupa: A-21	Zespół: 6	Punktacja:		Przygotowanie:
Nazwisko i imię: Michał Bauer
Temat ćwiczenia: Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu metodą prostej Richardsona
										Sprawozdanie:
										Suma punktów:
Prowadzący:

1.Zarys teoretyczny

a )

Termoemisja - emisja elektronów ,niekiedy jonów ,spowodowana ogrzaniem ciała do wysokiej temperatury , pod wpływem dostarczonej energii wzrasta energia kinetyczna elektronów , wskutek czego część z nich wydostaje się na zewnątrz ciała. Zależność gęstości prądu emisji termoelektronowej od temperatury powierzchni emitującego ciała określa wzór Richardsona :

j_e=AT²exp(-eφ/kT)

gdzie

B- stała ,

11. stała Boltzmana ,

b)

Prąd nasycenia : Zakładając że temperatura katody nie ulegnie zmianie ,a zmienia się jedynie napięcie anodowe U_A i w rezultacie natężenie E pola elektrycznego w pobliżu powierzchni katody przy małych wartościach U_A i E , gdy działająca na elektrony siła eE jest nieznaczna , jedynie niewielka część elektronów może oderwać się od otaczającej katodę chmury elektronowej .W miarę zwiększania wartości E liczba elektronów wyrwanych z chmury elektronowej i kierowanych ku anodzie wzrasta. Wreszcie przy bardzo dużych wartościach U_A i E niemal wszystkie elektrony wychodzące z powierzchni katody kierują się ku anodzie. Otrzymujemy wtedy max natężenie prądu termoemisji w danej temperaturze. Prąd termoemisji o takim natężeniu nazywamy prądem nasycenia.

c)

Praca wyjścia : Wewnątrz metalu o temperaturze większej od temperatury zera bezwzględnego część elektronów walencyjnych ma energię równą lub przewyższającą poziom Ferniego (W_F) i występują w postaci swobodnych elektronów. Chcąc uzyskać elektrony swobodne na zewnątrz metalu należy dostarczyć im energii co najmniej równej (W_F). Energia ta to praca wyjścia -W.

Przy opuszczeniu metalu przez elektrony o energii W_F należy pokonać siły występujące między tymi elektronami , a ich dodatnimi ładunkami obrazowymi powstającymi wewnątrz metalu.

2.Schemat układu pomiarowego .

3. Wyniki pomiarów

Napięcie żarzenia 5V			Napięcie żarzenia 3,5V
U[V]	I [A]	lnIa	U[V]	I [A]	lnIa
0	0,000525	-7,55211	0	0,000025	-10,59663473
1	0,00044	-7,72874	1	0,000016	-11,04292184
2	0,00037	-7,90201	2	0,0000115	-11,37316352
3	0,0003	-8,11173	3	0,0000076	-11,78736231
4	0,000228	-8,38616	4	0,0000051	-12,18627002
5	0,00018	-8,62255	5	0,0000036	-12,53457671
6	0,000132	-8,93271	6	0,0000026	-12,85999911
7	0,0001	-9,21034	7	0,0000018	-13,22772389
8	0,000072	-9,53884	8	0,0000012	-13,633189
9	0,000054	-9,82653	9	0,0000009	-13,92087107
10	0,00004	-10,1266	10	0,0000006	-14,32633618
11	0,000029	-10,4482	11	0,0000004	-14,73180129
12	0,000022	-10,7245	12	0,0000002	-15,42494847
13	0,000016	-11,0429
14	0,000012	-11,3306
15	0,000008	-11,7361
16	0,000006	-12,0238
17	0,0000044	-12,3339
18	0,0000032	-12,6524
19	0,0000022	-13,0271
20	0,0000016	-13,3455
21	0,0000012	-13,6332

Rysunek 1 wykres dla napięcia żarzenia 5V

Rysunek 2 wykres dla napięcia żarzenia 3,5V

4.Obliczenia potrzebnych danych

a)dla napięcia 5V

Po zlogarytmowaniu wzoru otrzymujemy równanie

prostej o wzorze ogólnym y=ax+b

gdzie: y= lnI_a ,x=U_a b= lnI_e

Z wykresu odczytujemy wartości a i b oraz ze wzoru a=-e/kT obliczamy temperaturę powierzchni metalu podczas emisji.

a=-0,30508

b=-7,1122

T=-e/ka

T₁=-1,6*10^-19/1,38*10^-23 *(-0,30508)= -1,6*10^-19/-0,4210104*10^-23=3,8*10⁴[K]

I_e=exp(b)

I_e1=0,000811444 [A]

b)dla napięcia 3,5V

a=-0,36586

b=-10,67977

T₂==-1,6*10^-19/1,38*10^-23 *(-0,36586)= -1,6*10^-19/-0,5048868*10^-23=3,17*10⁴[K]

I_e2=0,000022873 [A]

5. Obliczenia pracy wyjścia

Przy obliczaniu pracy wyjścia elektronów z katody posłużymy się wzorem :

6.Wnioski

W ćwiczeniu tym wyznaczaliśmy prace jaką wykonać trzeba aby elektrony mogły „uwolnić” się z powierzchni metalu- w naszym przypadku katody . Wynosi ona 52,87eV.