功函数的测量预习报告

功函数的测量实验目的1、 测定阴极材料钨的电子功函数。2、 通过试验，了解热电子发射的规律。3、 掌握测功函数的里查逊直线法。实验原理基本概念a.功函数：无穷远处真空中静止电子与物质内部费密能级上一电子之间的能量差。b.热电子发射：当阳极的电位显著高于阴极电位时，会有电子从热阴极表面逸出，在连接两电极的外电路中产生持续电流。热电子发射的里查逊—杜什曼公式根据固体量子理论，金属中自由电子的能级是量子化的，能量分布服从费密—狄喇克分布 .当 T=0K 时，图示电子的最大能量为 5.81Ev 称为费密能级。是 T=0K 时，金属中被电子填充的最高能级。当 T=1500K 时，有少数电子的能量高于费密能级。从金属阻碍电子逸出的稳定性的角度考虑，在金属与真空的边界上必定存在着一个大于的势垒，它阻碍着电子向真空发射。电子的动能必须大于才能从金属中逸出。热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使动能大于的电子增多。这样在外加电场作用下可以有足够多的电子能从金属表面发射出来。由以上理论可推得公式： （1）式中 Ie为发射电流，A 为一常数，S 为阴极金属的有效发射面积。T 是温度，k 为波尔兹曼常数，e0为电子电量，Φ 为逸出电位。此公式为测量功函数所用的基本理论公式。测量及数据处理A 与 S 的处理实际测量中，A 与 S 这两个量难以测量，需要做一些处理。对（1）式两边除以 T2，然后取对数并带入常数值得到：从式中可以看出，lg(Ie/T2)和 1/T 成线性关系，若以这两个变量作为纵坐标和横坐标，作图后由直线的斜率既可定出 Φ，由于 lg(AS)对于一固定材料的阴极来说是常数，故它不影响直线的斜率。此方法叫理查孙直线法。发射电流的测量如右图所示，为了防止空间电荷区的出现，需要在阴阳极两端加上高电压，但这样做会出现肖特基效应，增大了发射电流。通常，在加速场 Ea 的作用下，阴极发射电流 Ie与 Ea的关系如下：若把阳极做成圆柱形，并与阴极共轴，则有式中，r1和 r2分别为阴极和阳极的半径，Ua为阳极电压，Ua‘为接触电压差及其他原因引起的电位差，一般情况下 Ua〉〉Ua‘，上式又可以化简为：可见 lgIe′和成线性关系，在不同的下测量 lgIe′，再利用外推法可以求出lgIe。温度的测量本实验通过测量阴极加热电流 IR来确定阴极温度。对于真空中的纯钨丝，一定的比加热电流 Il=If/(dK)3/2，由阴极电流 If的大小，从曲线上可直接查出与其对应的温度 T(单位K)。实验...