§ 50. Termoelektronska emisija. Formula Richardson - Döshman

Veliki broj prijava ima struju u visokom vakuumu kada su trenutni nosači elektroni koji emitiraju katode. Emisija (emisija) elektrona iz metala, kao što je već naznačena u § 45, mogu se nazvati različitim razlozima. U vakuumnim cijevima, u pojavi sjajnog pražnjenja i, kada se pojave katodne zrake, elektroni su vezeni iz površinskog sloja metala s udarcima pozitivnih iona. Sa dubokim vakuumom, kada pritisak rijetkih plina čini milion dionica milimetara žive stupa, broju jona, bombardirajuće katode, postaje pod dovoljnim za održavanje vidljive emisije elektrona iz katode i Formiranje opipljivih katodnih zraka se ne opaža. Ali s takvim dubokim vakuumom pokazuje se da je emisija elektrona značajnim ako se katoda primijeni (termoelektronska emisija) ili ako su prilično intenzivne zrake svjetlosti (fotoelektronsko emisiju) usmjerene na katodu. Emisija elektrona može biti uzrokovana i bombardiranjem površine nekih tijela s tokom elektrona (sekundarne elektroničke emisije).

Pored toga, emisija elektrona, kao što je već naznačeno u §45, može biti uzrokovano intenzivnim električnim poljem (auto-elektron ili hladnoća, emisija). Snaga polja sposobna za odvajanje elektrona iz metala ima reda veličine od nekoliko miliona volti po 1 cm. Međutim, nekom automatskom elektroničkom emisijom primijeće se na relativno malim jačinim poljem (emisija efekta viđenja ili efekta tunela, § 45).

Sve vrste emisija koriste se u različitim elektroničkim uređajima, ali najčešće se koriste najpristojničnije kontrolirane termoelektronske emisije.

Ellifor Elektrona po athewed katodi događa se zbog povećanja energije za pokretanje mužnje

metalni elektroni zbog priliva topline. Povećanjem metalne temperature, elektroni nepopunjene zone (§ 35), prelazeći na veće razine energije, stječu energiju dovoljnu za prevladavanje rada izlaza (§ 33).

Napon koji se primjenjuje na cjevovode ne utječe na broj elektrona emitiranih svake sekunde iz katodne supstance; U prisustvu električnog pjevanja, elektroni su razbili iz katodne supstance premještaju se s katode pod djelovanjem električnog polja; Ako nema polja, oni se vraćaju, ali drugi puze u svoje mjesto, a osebujni elektronski oblak formiran je u prostoru iznad površine.

Formiranje elektronskog oblaka iznad površine anti-metalnog metala fenomen je sličan isparavanju tekućine. Što je veća temperatura metala, veća količina elektrona ostavlja površinu anti-metalnog metala. Svaki elektron, ostavljajući metal, trebao bi prevladati atrakciju iz pozitivnih metalnih jona. Stoga iz "elektronskog gasa" sadržane unutar metala, samo su ti elektroni izrečeni, čija kinetička energija prelazi "izlaz".

Elektronski oblak je negativan naboj koji se nalazi u prostoru u blizini površine anti-metalnog metala. Za razliku od uobičajenog površinskog naboja, elektronski oblak naziva se prostornim punjenjem.

S povećanom temperaturom, protok elektrona koji emitiraju valjani metal, raste u početku polako, a zatim brže i brže. Richardson je izvedena teoretski formula koja izražava ovisnost intenziteta emisije elektrona iz temperature tijela emitiranja. Ako je valjani metal katoda vakuumske cijevi, na koji se primjenjuje takav napon da svi elektroni koji emitiraju metal uživaju električno polje, intenzitet emisije elektrona mjeriće se količinom struje emisije Dolazeći u svaki kvadratni centimetar površine protiv metalne metalne površine. Navedena vrijednost se naziva i gustoća tekućine emisije u struju zasićenosti. (Ako je za elektrode premalo napona, a zatim nisu svi elektroni koji suljeni metal vole polje, a trenutna gustoća bit će manja nego u struju zasićenja, tj. Manje od

Da bismo objasnili Formulu Richardson, zamislit ćemo da u antimetalu metalu na površini nalazi poluotvorena šupljina (Sl. 185). Sa statističkom ravnotežnom koncentracijom

elektroni u ovoj šupljini prema tijelima Boltzmanna (t. i, § 98) bit će jednaki

gdje je koncentracija besplatnih (ili referentnih polupisiranih) elektrona u metalu, a je rad elektronskog izlaza iz metala, jednak razliku u potencijalnim energijama elektrona u metalu i van metala : Držač vijka stalna i apsolutna temperatura.

Broj elektrona, svake sekunde iz rupe s obzirom na uvodni prostor, tj. Gustoća termoelektronske emisije struje, je vrijednost proporcionalna proizvodu prosječne brzine termičkog pokreta elektrona u šupljini (a prosječna stopa je proporcionalna koncentraciji elektrona u šupljini. Postalo je

Ovo je formula Richardson.

Ovdje je apsolutna temperatura, osnova prirodnih logaritma su stalne vrijednosti koje imaju različite vrijednosti za različite metale.

Budući da je stalna A u pokazatelju diplome, njena vrijednost ima mnogo veći učinak na vrijednost gustoće tekućine emisije od koeficijenta, što je manje stalna, veća (s drugim stvarima), tj. Sa navedenim Gustina struje emisije.

Prema osjećaju povlačenja Richardson formule, koeficijent je proporcionalan broju elektrona u jedinici zapremine elektronskog plina unutar metala. EM sesija Constant A je operacija elektrona izlaza.

Eksperimenti su pokazali da se struja emisije povećava s povećanjem temperature nešto brže od Richardson-a (1). U proizvodnji formule emisije, Richardson je nastavio iz prezentacije da se brzine elektronskog pokreta u metalu distribuiraju pod maxwell zakonom. Međutim, u stvarnosti (kao što je objašnjeno u § 30), elektronski plin u metalu već na normalnim temperaturama nalazi se u degenerijskom stanju i podliježe Fermi statistici.

Na osnovu kvantne teorije, Döshmen (1923.) pokazao je da Richardson formula treba zamijeniti sljedećom formulom:

U ovoj formuli bi konstanta teoretski trebala biti ista za sve metale i jednake

(Ovde masa i naboj elektrona, - Boltzmann konstanta, H je stalna daska). Za neke čiste metale, ova konstanta je zaista blizu navedene vrijednosti, ali za ostale metale ima vrijednost, u nekim slučajevima, otprilike dva puta manje u drugim slučajevima - mnogo puta velikih.

Konstanta A U Zakonu Richardson-a - Döshman ima isto značenje i isti iznos koji je u Richardsonovom zakonu (1), naime, je rad elektrona izlaza iz metala. Teoretski, razlika u radu elektrona od dva bilo kakva metala trebala bi biti jednaka razmenu kontakta u vakuu u vakuu, što je općenito potvrđeno iskustvom u slučajevima u kojima su konstante b za ove metale iste.

Konstante em sesije

(vidi skeniranje)

Ako su numeričke vrijednosti konstantnog i pomnožite broj na avogadrov, tada će rezultirajuće brojeve značiti kao da je skrivena toplina isparavanja "gram-atoma elektrona".

Na slici. 186 prikazuje kako se temperatura brzine emisije za volbulke povećava sa sve većem temperaturom. S povećanjem temperature volframa od 2000 do 2100 °, i.e., samo 5%, gustoća tekuće emisije se povećava gotovo od četiri.

Povećana temperatura volfram od 2000 do 3000 ° dovodi do povećanja termoelektronske gustoće emisije u milionima puta.

Neke nečistoće imaju izuzetno snažan utjecaj na veličinu elektroničke emisije. Ovaj efekat nečistoća detaljno je proučavao mnogi naučnici, a posebno Langmur (1913-1923). Tungsten prekriven najtanjim filmom torija daje emisiju elektrona, koji na temperaturama od oko 1000-1500 ° K u milionima, a milijarda puta iz emisije čistog volframa. Isto tako i još veće povećanje emisije uzrokuje je cezijum film, barijum i oksidi nekih metala. Struja emisije u površini kotrljanja čistog volframa dobiva se na temperaturi od oko 2300 ° kada je "oksidirani" volfran isti emisija tekuća gustoća dobiva se na temperaturi od približno 1300 ° K. Posebna obrada, anemično Oksidirani Tungsten Tungsten ima širokokupcijsku primjenu u uređajima na osnovu pojave. Emisije.

Sl. 186. Grafikon Richardsonovog zakona za Wolframa.

Da bi se uspoređivali, katode sa žarnom niti karakterizira omjer ukupne struje emisije na snagu potrošenom za rasipanje topline. Volfram žice na temperaturnoj temperaturi K daju struju emisije u svakom vatu struje struje. (Povećanje temperature volframnih niti preko 2600 ° pretjerano skraćuje život njihove usluge.) Katode oksidiranih volframa date su s normalnom temperaturom temperature za njih, oko 1000 ° C struje u gotovo istoj emisiji daju katode a katode Tornirani volfram sa normalnom temperaturom od 1850 °. Međutim, na visokim naponima između anode i katode, katode za oksidirane i katode su brže od bombardiranja katode sa pozitivnim ionima ostataka plina.

Za upotrebu termoelektronske emisije koriste se katode dviju vrsta: izravna toplina, vođena direktno strujom iz baterije ili naizmjeničnu struju niskog napona iz transformatora i indirektnog plina (grijanog). U indirektnim katodama od sjaja (Sl. 187), žica, užarena, postavljena je

unutar uskog keramičkog cilindra i služi samo za grijanje ovog cilindra; Termoelektronska emisija vrši se vanjskom metalliziranom površinom cilindra (katoda cilindra preko metalnog sloja obložena je tankim slojem kalcijum oksida s rijetkim zemljama).

Termoelektronska emisija dobila je najistariji spektar upotrebe u elektroničkim lampi, koji imaju različite radiotehnika i razni uređaj, ali istovremeno imaju jednu zajedničku funkciju. Naime, u elektronskim lampama, za razliku od drugih termoelektronskih uređaja, elektrode su tako postavljene tako da polje stvoreno od strane njih, nameće na polju prostornog punjenja (elektrona na površini katedode), dozvoljenim malim naponom Promjene, sažetak na pomoćne elektrode, moguća su oštre i velike promjene u veličini termoelektronske struje prolazeći kroz svjetiljku. U tu svrhu, anode i dodatne mrežne elektrode elektroničkih svjetiljki obično su prikladni u obliku koaksijalnih cilindara strogo izračunatih dimenzija i stavljanje katode užarenom po osi cilindra. Učinak elektroničkih svjetiljki rastavlja se u §§ 52 i 53.

Na jednoj od važnih aplikacija termoelektronske emisije - o "Electron pištolju", koji služi za dobivanje elektronskog snopa u katodnim osciloskopima, opisano je u § 68. U elektronskom pištolju, elektroni koji emitiraju anketirani katoda dobijaju značajno ubrzanje u električnom polju između katode i ručne anode. Ova metoda ubrzavanja elektronskog fluksa koristi se u mnogim elektroničkim uređajima i posebno u visokonapon (po milionima volti) elektroničkih cevi namijenjenih atomskim nuklearnim istraživanjima.

Sl. 187. Katode indirektnog plina (grijane).

Uređaj ovih cijevi i drugih moćnih akceleratornih uređaja atomske nuklearne fizike, u kojima se koristi termoelektronska struja (betatrons), a metode za izračunavanje polja za ubrzanje i fokusiranje objašnjene su u odjeljcima fizike atoma i elektroničkog Optika u trećem volumenu kursa.

Kontrolna pitanja .. 18

9. Laboratorijski rad broj 2. Studija termoelektronske emisije na gustinim gustoćima male emisije . 18

Postupak za obavljanje poslova .. 19

Zahtevi za prijavu . 19

Kontrolna pitanja .. 19

Uvođenje

Emisijske elektroničke studije pojave povezane s emitiranjem (emisija) elektrona kondenziranog srednjeg sredstva. Elektronska emisija događa se u slučajevima kada dio elektrona tijela stječe vanjski učinak energije dovoljne za prevladavanje potencijalne barijere na njenoj granici ili ako vanjsko električno polje čini "prozirnim" za dio elektrona. Ovisno o prirodi vanjskog udara, razlikuju se:

• termoelektronske emisije (grijaće telo);
• sekundarne elektronske emisije (površinsko bombardiranje elektrona);
• ion-elektronske emisije (površinsko bombardiranje po ionima);
• fotoelektronska emisija (elektromagnetska ozračivanja);
• exoelectronic Emissia (mehanička, toplotna i druga vrsta površinskog obrade);
• auto-elektronska emisija (vanjsko električno polje) itd.

U svim pojavama, tamo gdje je potrebno uzeti u obzir ili izlaz elektrona iz kristala u okolni prostor, ili prijelaz iz jednog kristala u drugi, karakteristika koja se naziva "izlaz" stječe vrijednost. Rad izlaza definiran je kao minimalna energija potrebna za uklanjanje elektrona čvrstog i stavljanja na točku na kojoj se njegova potencijalna energija uvjetno prihvaća jednaka nuli. Pored opisa različitih pojava emisija, pojam izlaznog rada igra važnu ulogu u objašnjenju pojave kontakt razlike potencijala na kontaktu dva metala, metal sa poluvodičem, kao i galvanskim Phenvasom.

Metodička uputstva sastoje se od dva dijela. Prvi dio sadrži osnovne teorijske informacije o pojavama emisija u krutima. Fokus je na fenomenu termoelektronske emisije. Drugi dio opisuje laboratorijski rad na eksperimentalnom istraživanju termoelektronskih emisija, proučavanju kontakt razlike u potencijalima i distribuciji rada na površini uzorka.

1. dio 1. Osnovne teorijske informacije

1. Rad elektronskog izlaza. Uticaj na rad površinske države

Činjenica da se elektroni drže unutar čvrstog, ukazuje da se površinski sloj tijela pojavljuje zadržavanje polja koje sprečava elektrone od nje u okolni vakuum. Shematski prikaz potencijalne barijere na granici čvrstog na dat je na slici. 1. Da biste napustili kristal, elektron bi trebao obaviti posao jednak izlazu. Razlikovati termodinamički i vanjski Izlazni rad.

Termodinamički rad izlaza naziva se razlika između nulte razine vakuuma i fermi energije čvrstog tijela.

Vanjski rad izlaza (ili elektronski afinitet) je razlika između energije nulte razine vakuuma i energije dna provodljivosti (Sl. 1).

Možete odrediti dva glavna razloga za pojavu potencijalne barijere na granici čvrstog i vakuuma. Jedan od njih povezan je sa činjenicom da elektron, koji leti iz kristala, potiče pozitivan električni naboj na svojoj površini. Snaga atrakcije između elektrona i površine kristala (snaga električne slike, pogledajte odjeljak 5, Sl. 12), koji želite vratiti elektron natrag na kristal. Drugi razlog je zbog činjenice da elektroni zbog toplotnog kretanja mogu preći površinu metala i ukloniti se iz njenih naloga (atomska narudžba). Oni formiraju negativno nabijeni sloj iznad površine. Na površini kristala u ovom slučaju, nakon izlaza elektrona, formiran je pozitivno napunjen sloj jona. Kao rezultat toga, formiran je dvostruki električni sloj. Ne stvara polje u vanjskom prostoru, već prevladavanje električnog polja unutar same dvostrukog sloja, također je potrebno raditi.

Vrijednost izlaza za većinu metala i poluvodiča je nekoliko elektronskih volti. Na primjer, za litijum, izlazni rad je 2,38 eV, željezo - 4.31 ev, Njemačka - 4,76 eV, silicijum - 4.8 ev. Najveća vrijednost rada izlaza određena je kristalografskom orijentacijom lica pojedinačnog kristala, a dolazi do emisije elektrona. Za (110) - premazivanjem volframa, rad izlaza je 5.3 eV, za (111) i (100) -ostepene, ove su vrijednosti jednake 4,4 eV i 4.6 eV, respektivno.

Tanki slojevi koji se nanosi na površinu kristala veliki su utjecaj na rad izlaza. Atomi ili molekuli koji se testiraju na površini kristala često daju elektronu u njemu ili oduzmu elektron iz nje i postaju joni. Na slici. 2 prikazuje energetski dijagram metala i izolirani atom za slučaj kada termodinamički rad elektronskog utičnice metala W 0. Više od energije IO NIZ-a E ion Atomi se na njenoj površini talože u ovoj situaciji, elektron atoma energično je koristan protoonLine U metalu i spustite se u nju na fermi nivo. Metalna površina prekrivena takvim atomima negativna se naplaćuje i oblikuje dvostruki električni sloj s pozitivnim ionima, čije će polje smanjiti rad metala. Na slici. S, ali je prikazana kristal volfram prekriven monolayer cezijum. Gore navedeno situaciju se provodi ovdje kao energija. E ion Cezijum (3.9 EV) je manji od operacije izlaza iz Tungstena (4.5 EV). U eksperimentima, rad izlaza smanjuje se više od tri puta. Primjećuje se suprotna situacija ako se volfram obložen atomima kisika (Sl. 3 b). Budući da je povezivanje valentne elektrona u kisiku jači nego u volfram, tada se adsorpcija kisika na površini volfram formira dvostruki električni sloj, koji povećava rad izlaznog metala. Najčešće se provode kada atmosfera na površini ne ispravi svoj elektronski metal ili čini suvišnu elektron, ali deformira svoju elektroničku školjku tako da su atomi koji su pridružili površini polarizirani i postaju električni dipola (Sl. 3 V). Ovisno o orijentaciji dipola, rad metalnog izlaza smanjuje se (orijentacija dipola odgovara na slici 3 V) ili se povećava.

2. Fenomen termoelektronske emisije

Termoelektronska emisija jedna je od vrsta emisija elektrona čvrstoće površine. U slučaju termoelektronske emisije, vanjski utjecaj povezan je s zagrijanjem čvrstog.

Fenomen termoelektronske emisije je emisija elektrona sa grijanim tijelima (emiteri) u vakuum ili drugu srijedu.

U uvjetima termodinamičke ravnoteže, broj elektrona n (e)imati energiju u intervalu iz E. prije E.+d E.Određuje Fermi Dirac Statistika:

,(1)

gde g (e) - Broj kvantnih država koji odgovara energiji E.; E. F. - Fermi energija; k. - Stalni Boltzmann; T. - Apsolutna temperatura.

Na slici. 4 prikazuje metalnu energetsku šemu i krivulje distribucije elektrona pomoću energije kada T.\u003d 0 k, na niskoj temperaturi T 1 i na visokoj temperaturi T 2.. Na 0 do energije svih elektrona manje od energije Fermi. Nijedan od elektrona ne napušta kristal ne može i ne opaža se termoelektronska emisija. S povećanjem temperature, broj termički uzbuđeni elektroni koji se može izlaska na metal povećava, što uzrokuje fenomen termoelektronske emisije. Na slici. 4 ilustrira činjenicom da T \u003d t 2 "Rep" krivulje distribucije ulazi u nultu razinu potencijalne jame. Ovo ukazuje na pojavu elektrona sa energijom premašinu visinu potencijalne barijere.

Za metale, rad izlaza je nekoliko elektronskih volti. Energija k. T. Čak i na temperaturi hiljada Kelvinov, elektron-volt akcijama. Za čiste metale, značajna emisija elektrona može se dobiti na temperaturi od oko 2000 K., na primjer, u čistom volfram može se dobiti primjetna emisija na temperaturi od 2500 K.

Za proučavanje termoelektronske emisije potrebno je stvoriti električno polje na površini grijanog tijela (katode), ubrzavajući elektrone da ih uklone (usisavanje) sa površine emitera. Pod djelovanjem električnog polja, emitirani elektroni dolaze u pokret i formira se električna struja, koja se naziva termoelektronski. Za posmatranje termoelektronske struje obično se koristi vakuumska dioda - elektronska lampa s dvije elektrode. Katoda svjetiljke služi navoj iz vatrostalnog metala (volfram, molibden, itd.), Žarulje električnim udarom. Anoda obično ima oblik metalnog cilindra koji okružuje sjajnu katodu. Za posmatranje termoelektronske struje, dioda je uključena u krug prikazan na slici. 5. Očigledno je da se snaga termoelektronske struje treba povećati sa povećanjem potencijalne razlike V. Između anode i katode. Međutim, ovo povećanje nije proporcionalno V. (Sl. 6). Nakon postizanja određenog napona, povećanje termoelektronske struje praktično se prekida. Granice termoelektronske struje na ovoj katodi temperaturi naziva se strujom zasićenosti. Vrijednost struje zasićenja određuje se količinom termoelektrona, koji mogu izlaziti sa površine katode po jedinici vremena. U ovom slučaju, svi elektroni isporučeni kao rezultat termoelektronske emisije iz katode su uključeni u formiranje električne struje.

3. Ovisnost termoelektronske struje od temperature. Formula Richardson-Dessman

Pri izračunavanju gustoće termoelektronske struje koristit ćemo model elektronskog plina i primijenjen Njemu statistike Fermi Dirac. Očito je da se gustoća termoelektronske struje određuje gustoćom elektrona u blizini kristalne površine, koja je opisana formulom (1). Dopustite da u ovu formulu okrenemo iz distribucije elektrona energijom na distribuciju elektrona po impulsima. Istovremeno, dozvoljene vrijednosti vektora elektronskog vala k. u k. -Poredite jednoliko raspoređene tako da za svaku vrijednost k. čini 8. p. 3 (za zapremina kristala jednaka jednom). S obzirom na to da je puls e-pošte p \u003d ur k. dobijamo da je broj kvantnih država u elementu obima pulsa dP X.dP Y.dP Z.biće jednak

(2)

Dvije u brojevniku formule (2) uzimaju u obzir dvije moguće vrijednosti otprema elektrona.

Usmjeravamo osovinu z. Pravokutni koordinatni sustav normalan je za površinu katode (Sl. 7). Izdvajamo mjesto pojedinačnog područja na površini kristala i gradimo na njemu, kao na osnovu pravokutnog paralelepiped sa bočnom rubom. v z \u003d.p z /m n.(m n. - Efektivna elektronska masa). Elektroni daju blago u gustini komponente zasićenosti v z.brzina duž osi z.. Doprinos trenutnom gustoću od jednog elektrona jednak je

(3)

gde e. - Elektronska naknada.

Broj elektrona u paralelepipiranom, od kojih se brzine zaključuju u intervalu koji se razmatra:

Da bi se emisija elektrona, kristalna rešetka ne uništava, neznatan dio elektrona treba biti izvan kristala. Za to, kao što je prikazano u formuli (4), mora se izvršiti stanje ONA F.>> k.T.. Za takve elektrone u nazivniku formule (4), jedinica se može zanemariti. Tada se ova formula pretvara u unos

(5)

Sada ćemo pronaći broj elektrona dN. u razmatranom volumenu z.- koji impuls zaključuje između r Z. i r Z +.dP Z.. Da biste to učinili, prethodni izraz mora biti integriran pomoću r x. i r Y. u rasponu od -∞∞ do + ∞. Prilikom integriranja potrebno je to uzeti u obzir

,

i koristite tabelarni integral

,.

Kao rezultat toga, dobivamo

.(6)

Sada, s obzirom na (3), pronaći ćemo gustoću termoelektronske struje stvorene svim elektronima paralelepipeda. Za to izraz (6) mora biti integriran za sve elektrone čija je kinetička energija na nivou Fermi E ≥E F +.W 0.Samo takvi elektroni mogu napustiti kristal i samo igraju ulogu u izračunavanju termotramenta. Podsticaj za puls takvih elektrona uz osovinu Z. mora zadovoljiti stanje

.

Stoga, gustoća struje zasićenja

Integracija se vrši za sve vrijednosti. Uvodimo novu varijablu integracije

Onda p z dp z \u003dm n du. i

.(8)

Kao rezultat toga, dobivamo

,(9)

,(10)

gde konstanta

.

Ravnopravnost (10) naziva se formula Richardson-Dessman. Mjerenje gustoće termoelektronske struje zasićenja, moguće je da se ova formula izračunava konstantna A i izlaz w 0. Za eksperimentalne proračune, formula Richardson-Dessman Povoljno prisutan u obliku

U ovom slučaju ovisnost o grafikonu ln (j s /T 2) od 1. / T. Ravna linija se izražava. Presijecanjem direktnog sa vlasnikom, narudžbe izračunavaju LN Ali , A uz ugao nagiba se određuje izlaz (Sl. 8).

4. Kontaktirajte potencijalnu razliku

Razmotrite procese koji se događaju tijekom zbližavanja i kontakta dva elektronički provodnici, kao što su dva metala, s različitim izlaznim radovima. Energetski programi ovih metala prikazani su na slici. 9. Pustite E. F 1. i E. F 2. - Fermi energija za prvi i drugi metal, respektivno i W 01. i W 02. - Njihov izlazni rad. U izoliranom stanju metala, nivo vakuuma i, prema tome, različiti nivoi Fermi su isti. Pretpostavimo da sigurno W 01.< W 02., Tada će nivo Fermi prvog metala biti veći od drugog (Sl. 9 a). Kontakt ovih metala protiv okupiranih elektroničkih država u Metal 1 postoje besplatni energetski nivo metala 2. Stoga, na kontaktu ovih dirigenta, rezultirajući protok elektrona događa se iz dirigenta 1 do dirigenta 2. to dovodi do Činjenica da se prvi dirigent, gubivši elektrone, naplaćuje pozitivno, a drugi dirigent koji stiče dodatni negativan Naplata, naplaćuje se negativno. Zbog punjenja, svi su nivoi za energetiku metala 1 pomjereni, a metal 2 je gore. Proces razina ofset-a i procesa tranzicije elektrona iz vodiča 1 do dirigenta 2 nastavit će se dok se nivoa poljoprivrednih gospodarstava ne izjednače (Sl. 9 b). Kao što se može vidjeti iz ovog obrasca, ravnotežna država odgovara potencijalnoj razlici između nulte razine provodnika 0 1 i 0 2:

.(11)

Potencijalna razlika V k.r.p. pozvan potencijali za razliku od kontakta. Slijedom toga, kontaktna razlika potencijala određena je razlikama izlaza Electron izlaza iz kontaktnih provodnika. Rezultatni rezultat je fer za bilo kakve metode za razmjenu dva materijala elektronima, uključujući termoelektroničku emisiju u vakuumu, kroz vanjski lanac itd. Slični rezultati se dobivaju kada se metalni kontakt s poluvodičem. Postoji razlika za kontakt između metala i poluvodiča, što ima otprilike isti redoslijed veličine kao u slučaju da se kontaktiraju dva metala (otprilike 1 b). Razlika je samo ona u provodnicima, cjelokupna kontaktna razlika potencijala čini se praktično na jaz između metala, a zatim metalnim kontaktom s poluvodičem, cjelokupna kontaktna razlika potencijala pada na poluvodiču u kojem je dovoljno velik Formira se sloj obogaćen ili iscrpljeni elektronima. Ako se ovaj sloj iscrpljuje elektronima (u slučaju kada je izlaz poluvodiča N -typ manji od rada metalne utičnice), tada takav sloj blokiranje poziva i takav tranzicija će imati ispravna svojstva. Potencijalna barijera koja nastaje u ispravljanju metalnog kontakta s poluvodičem, nazvana barijera Schottky, a diode koje trče na njemu - schottky Diodes.

Volt-amper Karakteristika termokatografije na malim gustoćom emisije. Efekat Schottky

Ako je između toplotnog okvira i diodne anode (Sl. 5) stvorite razliku u potencijalima V.što sprečava kretanje elektrona na anodi, tada se samo oni od njih mogu pristupiti na anodi, što je odletjelo iz katode sa uvlačenjem kinetičke energije ne manje od energije elektrostatičkog polja između anode i katode, tj -E. V.(V.< 0). Za to njihova energija u termokatodu ne bi trebala biti manje W 0 -e.V.. Zatim zamjenjujući u formuli Richardson-Dessman (10) W 0. na W 0 -e.V., Dobivamo sljedeći izraz za temučnu tekuću gustinu:

,(12)

ovdje j S. - Gustina struje zasićenja. LogarithIng ovaj izraz

.(13)

Uz pozitivan potencijal na anodi, svi elektroni napuštaju termoheod padaju na anodu. Stoga se struja u lancu ne smije mijenjati, preostala jednaka struja zasićenosti. Na ovaj način, volt-amper Karakteristika (WAH) termoigrana bit će pregledana na Sl. 10 (krivulja a).

Takva je VAC primijećena samo relativno malim gustoćom emisije i visokim pozitivnim potencijalima na anodi, kada se značajna količina elektrona ne pojavljuje u blizini emitirajuće površine. Volt-AMPS karakteristični za termokatografiju, uzimajući u obzir prostorni naboj razmatrani u odjeljku. 6.

Primjećujemo još jednu važnu značajku WAH sa malim gustoćom emisije. Zaključak da Thermotalka dostiže zasićenje kada V.\u003d 0, važi samo za slučaj kada katode i anodni materijali posjeduju isti termodinamički rad izlaza. Ako se rad iz katode i anoda nije jednak jedna drugoj, tada se pojavljuje kontaktna razlika potencijala između anode i katode. U ovom slučaju, čak i u odsustvu vanjskog električnog polja ( V.\u003d 0) Postoji električno polje između anode i katode zbog kontakt razlike potencijala. Na primjer, ako W 0K.< W 0a. Anoda će se naplaćivati \u200b\u200bnegativno u odnosu na katodu. Da biste uništili potencijale razlike u kontakt na anodi, treba podnijeti pozitivno pomak. stoga volt-amper Karakteristika termoigrana pomaknut je veličinom kontaktne razlike u potencijalu u smjeru pozitivnog potencijala (Sl. 10, krivulja B). Sa suprotnim omjerom između W 0K. i W 0a. Smjerni smjer WAH je suprotan (krivulja na slici 10).

Zaključak o neovisnosti gustine struje zasićenja kada V.\u003e 0 snažno idealiziran. U emisiji termoelektrone u stvarnom svijetu postoji blagi porast termoelektronske emisije s povećanjem V. u režimu zasićenja, koji je povezan sa effect Schottki (Sl. 11).

Schottky efekat je smanjenje rada elektronskog izlaza iz čvrstih tvari pod djelovanjem vanjskog ubrzanog električnog polja.

Da bismo objasnili učinak Schottkija, smatramo da su snage koje djeluju na elektronu blizu površine kristala. U skladu sa Zakonom elektrostatičke indukcije na površini kristala, inducirani su površinski naboj suprotnog znaka, koji određuju interakciju elektrona iz površinske kristala. U skladu s metodom električnih slika, učinak stvarne površinske troškove na elektron zamjenjuje djelovanjem izmišljenih point pozitivan Punjenje + E.Smješten na istoj udaljenosti od kristalne površine kao elektrona, ali sa suprotne strane površine (Sl. 12). Zatim, u skladu sa zakonom Coulona, \u200b\u200bsnaga interakcije dvije točke optužbi

,(14)

ovdje ε O. - Električna konstanta: h. - Udaljenost između elektrona i površine kristala.

Potencijalna elektronska energija u polju čvrstoće električne slike, ako broji sa nulte razine vakuuma, jednaka je

.(15)

Potencijalna elektronska energija u vanjskom ubrzavanju električnog polja E.

Potpuna potencijalna elektronska energija

.(17)

Grafički temelj ukupne elektronske energije koja se nalazi u blizini površine kristala prikazana je na slici. 13, što jasno pokazuje smanjenje rada elektrona iz kristala. Ukupna krivulja potencijalne elektronske energije (čvrsta krivulja na slici 13) dostiže maksimum u trenutku x M.:

.(18)

Ova tačka je od površine na udaljenosti od 10Å sa vanjskom čvrstoćom polja. » 3× 10 6 V / cm.

U točki h. m. Ukupna potencijalna energija jednaka smanjenju potencijalne barijere (i, prema tome, smanjenje rada izlaza),

.(19)

Kao rezultat efekta Schottkia, termody je struja pozitivnog napona na anodi raste sa povećanjem anodnog napona. Taj se efekt očituje ne samo kad emisije elektrona u vakuumu, već i kada ih premještate kroz kontakte, metalni poluvodič ili metal-dielektrični.

6. Struja u vakuumu ograničena prostornim nabojem. Zakon "tri sekunde"

Sa velikim gustoćom trenutne termoelektronske emisije, karakteristika Volt-Ampere ima značajan utjecaj surround negativnog naboja koji nastaje između katode i anode. Ova rasuta negativna naboja sprečava da se anodne elektrone od katode postignu iz katode. Dakle, pokazuje se da je anodna struja manje od emisije elektrona iz katode. Kada se primijeni na anodu pozitivnog potencijala, dodatna potencijalna barijera na katodi stvorenu odbojnosti zapremine opada i anodna struja raste. Takva je visokokvalitetna slika učinka prostornog punjenja na volt-ampere karakterističan za termody. Teoretski, ovaj problem je istraživao Langmur 1913. godine.

Izračunavamo pod nekoliko pojednostavljivih pretpostavki, ovisnosti termodynode struje iz vanjske potencijalne razlike primjenjuje se između anode i katode i pronalaženja distribucije polja, potencijala i koncentracije elektrona između anode i katode za vrijeme računovodstva Prostorni naboj.

Pretpostavimo da su elektrode diode ravne. S kratkom udaljenosti između anode i katode d. Mogu se smatrati beskonačno velikim. Početak koordinata bit će postavljen na površinu katode, a osovina X.poslat ćemo okomitu na ovu površinu prema anodi (Sl. 14). Katodna temperatura podržavat će konstantnu i jednaku T.. Potencijal elektrostatičkog polja j. Postojeće u prostoru između anode i katode, postojat će funkcija samo jedne koordinate h.. Mora zadovoljiti poisson jednadžba

,(20)

ovdje r. - Naplata od najveće gustine; n. - koncentracija elektrona; j. , r. i n. su funkcije koordinate h..

S obzirom na to da trenutna gustina između katode i anode

i brzina elektrona v. može se odrediti iz jednadžbe

gde m. - Elektronska masa, jednadžba (20) može se pretvoriti u unos

, .(21)

Ova jednadžba mora biti dopunjena graničnim uvjetima.

Ovi granični uvjeti slijede se iz činjenice da se potencijal i napetost električnog polja u blizini katode trebaju primijeniti na nulu. Pomnožavanje oba dijela jednadžbe (21) na d.j. / DX., dobiti

.(23)

S obzirom na to

(24a)

i , (24b)

pišemo (23) kao

.(25)

Sada možete integrirati oba dijela jednadžbe (25) po h. u rasponu od 0 do vrijednosti x.u kojem je potencijal jednak j. . Zatim, s obzirom na granične uslove (22) dobivamo

Integriranje oba dijela (27) u rasponu od h.=0, j. \u003d 0 biti h.=1, j.= V A., dobiti

.(28)

Uspostavljanje oba dijela jednakosti (28) na kvadrat i izražavanje gustoće trenutne j.od ali Prema (21), dobivamo

.(30)

Formula (29) naziva se "Zakon o tri sekunde" Langmura.

Ovaj zakon je fer za elektrode proizvoljnog oblika. Izraz za numerički koeficijent ovisi o obliku elektroda. Gore dobivene formule omogućavaju nam izračunavanje potencijalnih distribucija, snagu električnog polja i gustinu elektrona u prostoru između katode i anode. Integracija izražavanja (26) u rasponu od h.\u003d 0 do vrijednosti kada je potencijal jednak j. , dovodi do omjera

oni. Potencijal varira srazmjerno udaljenosti od katode h. Po stepenu 4/3. Derivat d.j./ dX. karakterizira snagu električnog polja između elektroda. Prema (26), veličinu snage električnog polja E. ~h. Devetnaest. Konačno, koncentracija elektrona

(32)

i, prema (31) n.(x.)~ (1/x.) 2/9 .

Zavisnosti j. (h. ), E.(h. ) I. n.(h. ) prikazani su na slici. 15. Ako h. → 0, koncentracija žuri prema beskonačnosti. To je posljedica zanemarivanja termičkih brzina elektrona na katodi. U stvarnoj situaciji, sa termoelektronomskom emisijom, elektroni ostavljaju katodu ne nulte brzine, već s nekom konačnom brzinom emisije. U ovom slučaju, anodna struja postojat će čak i ako postoji malo električno polje za obrnuto u blizini katode. Shodno tome, volumetrijska gustina naknade može se prebaciti na takve vrijednosti u kojima se potencijal u blizini katode smanjuje na negativne vrijednosti (Sl. 16). Uz povećanje anodnog napona, minimalno potencijal smanjuje se i približava katodi (krivulje 1 i 2 na slici 16). Uz dovoljno velik napon na anodi, minimum je potencijal spojen s katodom, čvrstoća polja u katodi postaje jednaka nuli i ovisnosti j. (h. ) Pristupi (29), dizajniran bez uzimanja u obzir početne brzine elektrona (krivulja 3 na slici 16). Sa velikim naponima anode, prostorni naboj gotovo se u potpunosti apsorbira i potencijal između katode i anode varira ovisno o linearnom zakonu (krivulja 4, Sl. 16).

Dakle, distribucija potencijala u međugradskom prostoru, prilikom uzimanja u obzir početne brzine elektrona, značajno se razlikuje od one koje se temelji na idealiziranom modelu u zaključku "tri sekunde" zakona. To dovodi do promjene i ovisnosti o gustoći anode. Izračun, uzimajući u obzir početne brzine elektrona, za slučaj raspodjele potencijala prikazanog na slici. 17, a za cilindrično elektrode daju sljedeću ovisnost o ukupnoj struji termoelektronske emisije I. (I.=jS.gde S. - presjek termoteksta):

.(33)

Parametri x M. i V M.definirano vrstom ovisnosti j. (h. ), Značenje je jasno sa Sl. 17. Parametar h. m. jednak je udaljenosti od katode, na kojem potencijal dostiže svoju minimalnu vrijednost \u003d V M.. Faktor C.(x M.), Osim toga x M.Zavisi od radii katode i anode. Jednadžba (33) vrijedi za male promjene u anodnom naponu, jer i h. m. i V M.Međutim, gore je razgovarano, ovisi o anodnom naponu.

Dakle, "tri sekunda" zakon nema univerzalnu prirodu, važi samo u relativno uskim intervalom napona i strujama. Međutim, to je vizualni primjer nelinearnog omjera između trenutne snage i elektronskog napona uređaja. Nelinearnost karakteristika Volt-Ampere najvažnija je karakteristika mnogih elemenata radio i električnih krugova, uključujući elemente elektronike solidne države.

Dio 2. Laboratorijski radovi

7. Eksperimentalna instalacija za proučavanje termoelektronske emisije

Laboratorijski rad br. 1 i 2 vrši se na jedinstvenoj laboratorijskoj instalaciji, sprovedeno na osnovu univerzalnog laboratorija. Shema instalacije predstavljena je na slici. 18. U mjernom dijelu nalazi se vakuum diodni e-mail s katodom izravnog ili indirektnog plina. Na prednjoj ploči mjernog dijela prikazani su kontakti "sjaj", anode "anode" i katode "katode". Izvor topline je stabilizirani izvor DC tipa B5-44A. Ikona I Na dijagramu ukazuje da izvor radi u trenutnom režimu stabilizacije. Uz redoslijed rada s DC izvorom, možete pronaći tehnički opis i upute za ovaj instrument. Slični opis dostupni su za sve električne instrumente koji se koriste u laboratorijskom radu. Lanac anode uključuje stabilizirani DC izvor B5-45A i univerzalni digitalni voltmetar B7-21A, koji se koristi u DC načinu mjerenja za mjerenje anodne struje termodije. Za mjerenje anodnog napona i struje katode, možete koristiti napajanje, uređaje ili se povezati na preciznije mjerenje katode na katodi, dodatnog voltmetra PB7-32.

U mjernom dijelu trebaju biti smještene vakuumske diode s različitim katodnim sjajem. Na ocijenjenoj struji topline, dioda radi u režimu ograničenja anodne struje sa prostorne punjenjem. Ovaj režim je potreban za obavljanje laboratorijskih radova br. 1. Laboratorijski rad broj 2 izvodi se u smanjenim plinskim strujama, kada je efekat prostornog naboja beznačajan. Prilikom postavljanja struje protoka treba biti posebno pažljiv, jer Prekoračenje struje protoka iznad njene nominalne vrijednosti za ovu elektronsku lampu dovodi do izgaranja koljenja katode i izlazom diode. Stoga ćete, prilikom pripreme za posao, sigurno ćete provjeriti kod učitelja ili inženjera vrijednosti operativne struje rada koja se koristi u dijelovima koja se koriste u radu, podaci se moraju zabilježiti u radnoj knjižici i koristiti prilikom izrade laboratorijskih radova Izveštaj.

8. Laboratorijski rad broj 1. Studija efekta prostornog punjenja na volt-amp Karakteristično za termotrop

Cilj: eksperimentalna studija termoelektronske emisije trenutne ovisnosti o anodnom naponu, određivanje indikatora stupnjeva u zakonu "tri sekunde".

Volt-amper Termoelektronska emisijska struja karakteristika opisana je zakon "tri sekunde" (vidi odjeljak 6). Ovaj način rada diode javlja se u dovoljno velikim katodnim toplinskim strujama. Obično, na nazivnu struju struje vakuum Diode, prostorni naboj je ograničen.

Eksperimentalna instalacija za obavljanje ovog laboratorijskog rada opisana je u odjeljku. 7. U radu je potrebno ukloniti volt-ampere karakteristične za diodu na nazivnu struju topline. Vrijednost operativne struje skale korištene elektronske svjetiljke treba uzimati od nastavnika ili inženjera i pisati u radnu knjižicu.

Postupak za obavljanje poslova

1. Upoznajte se s opisom i redoslijedom rada s uređajima potrebnim za rad eksperimentalne instalacije. Prikupite shemu prema slici 18. Instalacija se može uključiti na mrežu samo nakon provjere ispravnosti sakupljenog kruga sa inženjerom ili učiteljem.

2. Uključite napajanje katodne struje i postavite potrebnu struju protoka. Budući da se protok struja mijenja, temperatura i otpornost promjena promjene nijansi, što zauzvrat dovodi do promjene struje protoka, prilagođavanje mora se provesti metodom uzastopnih aproksimacija. Nakon završetka prilagođavanja potrebno je čekati otprilike 5 minuta do toplote, a katoda se stabilizirana.

3. Uključite konstantni izvor napona u lancu anode i mijenjajući napon na anodi, uklonite karakteristiku Volt-Ampere na bodove. Volt-ampere karakteristično uklonjeno u rasponu od 0 ... 25 V, svaki 0,5 ... 1 V.

Ja(V A.), gdje Ja - Anode struja, V A. - Anodična napetost.

5. Ako je raspon promjena u anodnom naponu mali, tada vrijednosti x M., C.(x, N.) I. V M.Uključeno u formulu (33) može se uzimati trajno. Sa velikim V A. Vrijednost V M. Možete zanemariti. Kao rezultat formule (33), pretvara se u obrazac (nakon prelaska iz gustoće termotrakcije j. do njegovog punog značenja I.)

6. Od formule (34) za određivanje vrijednosti Od Za tri maksimalne vrijednosti anodnog napona na karakteristiku volt-ampera. Izračunajte prosječne aritmetičke vrijednosti. Zamjena ove vrijednosti u formuli (33), odredite vrijednost V M. Za tri minimalne vrijednosti napona na anodi i izračunajte prosječnu aritmetičku vrijednost V M..

7. Iskoristite vrijednost vrijednosti V M. , izgradite grafikon ovisnosti o LN-u Ja od ln ( V A.+|V M.|). Odredite tangenta uglova ovog rasporeda, pokazatelja stepena Ja(V a + V M.). Mora biti blizu 1,5.

8. Stavite izvještaj o radu.

Zahtevi za prijavu

5. Zaključci za rad.

Kontrolna pitanja

1. Šta se naziva fenomen termoelektronske emisije? Dopustite rad elektrona izlaza. Koja je razlika u termodinamičkom i vanjskom izlazu?

2. Objasnite uzroke potencijalne barijere na granici čvrstog tijela - vakuuma.

3. Objasnite na osnovu energetske sheme metala i krivulje distribucije elektrona energijom, termoemichemidom elektrona od metala.

4. Pod kojim su uvjetima termoelektronska struja? Kako mogu poštivati \u200b\u200btermoelektroničku struju? Kako ovisi termodyjeve struju sa priloženog električnog polja?

5. formulisati zakon Richardson-Dessman

6. Objasnite kvalitativnu sliku učinka negativnog naboja na volt-ampere karakterističan za termody. Riječ Zakon "tri sekunde" Langmur.

7. Koja su distribucija potencijala, snage električnog polja i električne gustoće u prostoru između katode i anode u strujama ograničenim prostoromnim punjenjem?

8. Koja je ovisnost termoemisije struje iz napona između anode i katode, uzimajući u obzir prostornu naknadu i početne brzine elektrona? Objasnite značenje parametara koji definiraju ovu ovisnost;

9. Objasnite eksperimentalnu instalacijsku shemu za proučavanje termoelektronske emisije. Objasnite svrhu pojedinačnih elemenata kruga.

10. Objasnite metodu eksperimentalnog određivanja pokazatelja u zakonu "Tri sekunde".

9. Laboratorijski rad broj 2. Studija termoelektronske emisije na gustinim gustoćima male emisije

Svrha rada: Studija volt-ampere karakteristike termodije sa malom katodom toplinom struje. Određivanje eksperimentalnih rezultata potencijala razlike u kontakt između katode i anode, temperature katode.

Sa malim toplotnim denzitetima volt-amper Karakteristika ima karakterističan prikaz natmjera, koji odgovara modulu razlike u kontaktu između katode i anode (Sl. 10). Temperatura katode može se definirati na sljedeći način. Uključujemo jednadžbu (12) opisujući karakteristike volta-ampere termoelektronske emisije pri niskim gustoći struje, od gustoće termotrakcije j. do njegovog punog značenja I.(j.=I /S.gde S. - presjek termotrakcije). Onda dobijamo

gde I S. - struja zasićenja.

Logarithming (35), imamo

.(36)

U postolu, jednadžba (36) opisuje volt-ampere karakterističan na mjestu s lijeve strane točke nalgre, zatim da odredi temperaturu katode, potrebno je uzeti bilo kakve dvije točke na ovom području sa anodičnim strujama . I 1., I 2. i anode naglašava U 1., U 2. Respektivno. Zatim, prema jednadžbi (36),

Odavde za temperaturu katode dobivamo radnu formulu

.(37)

Postupak za obavljanje poslova

Za obavljanje laboratorijskih radova potrebno je:

1. Upoznajte se s opisom i redoslijedom rada s uređajima potrebnim za rad eksperimentalne instalacije. Sakupite shemu prema Sl. 18. Instalacija se može uključiti u mrežu tek nakon provjere ispravnosti prikupljene sheme sa inženjerom ili učiteljem.

2. Omogućite izvor napajanja katodne struje i instalirat će potrebnu struju protoka. Nakon postavljanja struje potrebno je pričekati otprilike 5 minuta. Tako da se toplina i katoda temperatura stabiliziraju.

3. Uključite konstantni izvor napona u lancu anode i mijenjajući napon na anodi, uklonite karakteristiku Volt-Ampere na bodove. Volt-amp Karakteristika se uklanja u rasponu od 0 ... 5 V. Svaki 0,05 ... 0,2 V.

4. Rezultati mjerenja Pošaljite na grafikonu u LN koordinatama Ja(V A.), gdje Ja - Anode struja, V A. - Anodična napetost. Budući da se u ovom radu kontaktna razlika potencijala utvrđuje grafičkom metodom, razmjera horizontalne osi treba odabrati na tačno da tačnost određivanja V k.r.p. Nije bilo manje od 0,1 V.

5. Na mjestu nalaska karakteristika Volt-Ampere, odredite kontaktnu razliku između potencijala između anode i katode.

6. Odredite temperaturu katode za tri para bodova na nagnutom linearnom dijelu volt-ampera karakteristični s lijeve strane navrte. Katoda temperatura treba izračunati formulom (37). Izračunajte prosječnu temperaturu iz ovih podataka.

7. Postavite izvještaj o radu.

Zahtevi za prijavu

Izvještaj se izrađuje na standardnom papirnom listu A4 i mora sadržavati:

1. Osnovne informacije o teoriji.

2. Eksperimentalna instalacijska shema i njegov kratki opis.

3. Mjerenje i proračuni.

4. Analiza dobivenih eksperimentalnih rezultata.

5. Zaključci za rad.

Kontrolna pitanja

1. Navedite vrste emisija elektrona. Koji je razlog oslobađanja elektrona u svakom obliku elektronske emisije?

2. Objasnite fenomen termoelektronske emisije. Dajte definiciju elektronskog izlaza iz čvrstog. Kako mogu objasniti postojanje potencijalne barijere na granici čvrstog tijela - vakuum?

3. Objasnite na osnovu energetske sheme metala i krivulje distribucije elektrona energijom, termoemichemidom elektrona od metala.

4. formulisati zakon Richardson-Dessman. Objasnite fizičko značenje veličine ovog zakona.

5. Koje su karakteristike karakteristika volt-ampere termokatografije na gustoću tekućine malih emisija? Kako se razlika u kontaktu između potencijala između katode i anode utječe na to?

6. Kakav je efekat Schottkia? Kako ovaj efekat objašnjava?

7. Objasnite smanjenje potencijalne barijere za elektrone pod utjecajem električnog polja.

8. Kako će temperatura katode u ovom laboratorijskom radu odrediti?

9. Objasnite metodu za određivanje razlike u kontaktu u ovom radu.

10. Objasnite shemu i svrhu pojedinačnih elemenata laboratorijske instalacije.

Ovisno o tome kako se energija komunicira elektronima, vrste elektronske emisije razlikuju. Ako elektroni dobijaju energiju zbog toplotne energije tijela, s povećanjem temperature, možemo razgovarati o termoelektroničkoj emisiji. Da biste promatrali termičku emisiju, možete koristiti isparljivu lampu koja sadrži dvije elektrode: katoda sa žarnom niti i hladna elektroda za sakupljanje termoelektrona - anoda. Takve se lampe nazivaju vakuum diode. Struja u ovom lancu pojavljuje se samo ako je pozitivan pol baterije spojen na anod, a negativno-s katodom. Ovo potvrđuje da katoda jede negativne čestice, elektrone. Termoelektronska struja čvrstoća u diodi ovisi o vrijednosti potencijala relativne katode anode. Krivulja koja prikazuje ovisnost trenutnog protoka u diodniju iz anodnog napona naziva se karakteristika volt-ampere. Kada je anodni potencijal nula, struja je mala, utvrđuju ga samo najbrži termoelektroni koji mogu doći do anode. Uz povećanje pozitivnog potencijala anode, trenutna snaga se povećava, a zatim dostiže zasićenost, I.E. Skoro prestaje ovisiti o anodnom naponu. Uz porast temperature katode, vrijednost trenutne povećanje na kojima se postiže zasićenost. Istovremeno, anodni napon postavlja se struja zasićenja. Stoga se pokazuju da se pojačalo volp-ampera karakteriziraju nelinearno, i.e. Zakon o OHMA se ne izvodi. To se objašnjava činjenicom da se sa termoelektronomskom emisijom kreira prilično veliku gustoću elektrona na katodi. Oni stvaraju opću negativnu naboju, a elektroni koji lete u malim brzinama ne mogu je kliznuti. Uz povećanje anodnog napona, koncentracija elektrona u oblaku prostornog punjenja opada. Stoga je inhibitni učinak prostornog naboja manji, a anodna struja raste brže nego u direktnoj ovisnosti na anodninom naponu. Kako se napon anoda povećava, sve više i više elektrona koji leti iz katode tuži se na anodu. Sa određenom vrijednošću, elektroni su odletjeli iz katode po jedinici vremena dostići anodu. Daljnji rast anodnog napona ne može povećati snagu anodne struje, jer se postiže zasićenost. Maksimalna termoelektronska struja, moguća na ovoj katodi temperaturi naziva se strujom zasićenosti. Kada se povećava temperatura, stopa kretanja haotičnog elektrona u metalu povećava se. U ovom slučaju, broj elektrona koji mogu napustiti metal naglo povećava se. Gustina struje zasićenja, I.E. Snaga struje zasićenja na svakoj jedinici površine katode s izračunava se prema Richardson-Diaman formuli :, gdje - stalna emisija, K-Constant Boltzmann, \u003d 1,38 10-23 J / K. Gustina struje zasićenja karakterizira emisijsku sposobnost katode, što ovisi o prirodi katode i njenoj temperaturi.

Studija fenomena termoelektronske emisije

Svrha rada:za proučavanje fenomena termoelektronske emisije eksperimentalno istražuju na osnovu ovih fenomena fizičkih konstanti i provoditi rezultate računara.

Teorijski elementi

Termoelektronska emisija.

Fenomen termoelektronske emisije je emitirati elektrone sa površine grijane čvrstog. Ovaj fenomen u najjednostavnijem slučaju manifestuje u električnom krugu s dva tijela (elektrode) odvojene vakuumskom jazom, otkrivena je električna struja.

Moderne ideje o prirodi termoelektronske emisije u metalima temelje se na sljedećim pretpostavkama. Distribucija elektrona energetskim nivoima u metalu podložna je Fermi Dirac statistiku, prema kojoj se vjerovatnoća kvantno stanje s elektronskim energijom određuje Fermi Dirac:

(1)

gdje - energija Fermija, koja djeluje kao karakteristike cijelog elektronskog sistema; J / K - Boltzmannova konstanta, - temperatura u stupnjevima Kelvin.

Fermi Dirac Function Grapsi kvalitativno za nekoliko temperatura prikazani su na slici. 1. Kao što se može vidjeti s cifre, kada ima funkciju suza. Za sve energije , Oni. Sve kvantne države sa takvim energijama zauzimaju elektroni. Funkcija postaje kontinuirana i više zamagljena, veća temperatura.

Sl. 1. Fermi Dirac Feacture za metale.

Za metale, redoslijed nekoliko elektrona-volta (EV). S tim u vezi, za sobne temperature, pa čak i veće (do tališta), distribucija elektrona se ne razlikuje značajno od distribucije za. Istovremeno, ako odredite minimalnu vrijednost elektronane energije koja može napustiti jačinu metala, tada će u državama sa energijom biti dio elektrona, čija se koncentracija povećava sa povećanjem temperature (zasjenjeno dio na slici 1).

Minimalni rad koji elektron treba izvesti premještanjem iz zapremine metala u vakuum jednak je. Ova se veličina naziva operacijom elektronskog izlaza iz metala u vakuum.

Termoelektronska emisija prikladno je učenje i promatra se sa vakuum diodom, koja ima dvije elektrode (valjana katoda koja služi za emisiju elektrona i anoda prihvaćajući ove elektrone) koji se nalaze u staklu, metalnom ili keramičkom cilindu.

Razmislite o fizičkim procesima koji tekuju u diodniju s indirektnom plinom katodom i ravnim elektrodama uključenim u dijagram (Sl. 2). Napon (plus na anodi) stvara električno polje između anode i katode, koje će, na naponu, biti homogena. Kada katoda jede termoelektrone, koji u razmaku između anode i katode stvaraju negativne količine zapremine koja sprečava kretanje elektrona na anoda i ima najveću gustoću u blizini katode. Distribucija električnog polja postaje nehomogena.

Sl.2 shema za proučavanje fenomena termoelektronske emisije.

Pomiješajte dva načina rada diode:

1. Način zasićenja (). Svi elektroni koji lete iz katode, pod djelovanjem ubrzavajućim poljima između anode i katode, dođu do anode. Tada je struja emisije jednaka anodnoj struji i bit će maksimalna za ovu temperaturu katode (ova struja se naziva strujom zasićenja).

2. Način naplate za jačinu zvuka (). U blizini katode postoji naplata volumena koja formira kočenje na termuelektrona. Elektroni sa niskom energijom ne prevladaju ovo polje i vraćaju se na katodu. A samo elektroni s visokom energijom dolaze do anode. I zato u ovom režimu.

Fenomen termoelektronske emisije otvoren je 1883. godine . Poznati američki izumiteljEdison.

Ovaj fenomen je primijetio u vakuumskoj lampi sa dvije elektrode - anode, što ima pozitivan potencijal i
katoda s negativnim potencijalom.

Katodna svjetiljka može poslužiti nit iz
vatrostalni metal (volfram, molibden
tantalum i drugi), grijani električni
šok.

Takva se lampa zovevakuum dioda .

Diodasastoji se od stakla ili metala

korpusodkoji izbacuje vazduhom. U cilindru vpiana

dvije elektrode - katoda i anoda. U katodnoj diodi

indirektni gas Postoji minijaturni "štednjak",

koja služi za zagrijavanje katode obično je dogovorena katoda

u obliku cilindra u kojem se nalazi grijač, anoda je cilindar koji se nalazi oko katode. Ako podnesete pozitivan potencijal u anodnoj lampi u odnosu na katodu
tada će električno polje između anode i katode doprinijeti kretanju elektrona od katode do anode.

Ako je katoda hladna, tada je struja u katodnom lancu anod
praktično izostaje.

Pri povećanju temperature katode u lancu

katoda - anoda se pojavljuje električna struja, koja
više od veće temperature katode.

Na stalnoj temperaturi katodne struje u lancu

katoda -Anod se povećava sa sve većom razlikom

potencijaliU.između katode i anode i izlazi

do nekog stacionarnog značenja

nazvano zasićeno strujanje / n. .

Istovremeno, svi termoelektroni koji emituju katode,
dosegnite anodu. Vrijednost anodne struje nije proporcionalnaU., i zbog toga
za vakuum diodu, Zakon o OHM se ne vrši.

Fenomen emitiranja elektrona sa grijanim tijelima (emiteri) u vakuumu nazivaju se termoelektroničkom emisijom.

Termoelektronska emisija - elektroni stječu kinetičku energiju kada se metal zagrijava. Grijani metal do 1000 - 1500 ° C bit će okružen "oblakom" elektrona. Značajan broj elektrona imat će kinetičku energiju premašujući rad izlaza, a ovi elektroni mogu letjeti od metala.

Vakuumske diode koriste se za izradu naizmjenične električne struje

Priroda struje u tekućinama. Zakon o elektrolizi. Elektroliti.

Električni strujni vodič nisu samo metali i poluvodiči. Električna struja vrši se rješenja mnogih tvari u vodi. Kao iskustvo pokazuje, čista voda ne vodi električnu struju, odnosno nema besplatnih nosača električnih troškova. Ne provodite električne struje i kristale tablice soli, natrijum hlorid. Međutim, otopina natrijum-hlorida je dobar električni strujni dirigent. Rješenja soli, kiselina i baza koja mogu izvršiti električnu struju nazivaju se elektrolite

Prolazak električne struje kroz elektrolit nužno je popraćen oslobađanjem tvari u čvrstom ili gasovom stanju.
na površini elektroda. Izbor tvari na elektrodama pokazuje
da u elektrolitu električni troškovi prenose nabijene atome
tvari - ioni. Ovaj se proces naziva elektrolizom.

Zakon o elektrolizi

Michael Faraday zasnovan na eksperimentima s različitim elektrolitama utvrđenim da je tokom elektrolize masem. Supstanca istaknuta na elektrodi proporcionalna je naboja prosljeđenom preko elektrolita∆ tUŽILAC WHITING - PITANJE:ili trenutni I i vrijeme Δt.trenutni prolaz:

m. = k. ∆ tUŽILAC WHITING - PITANJE: = ki. ∆ t. .

Ova jednadžba naziva se zakon o elektrolizi. Koeficijentk. , ovisno o uglednom supstanci naziva se elektrohemijski ekvivalent tvari.

Provodljivost elektrolita

Provodljivost tečnih elektrolita objašnjava se činjenicom da kada se rastopi
u vodi, neutralne soli molekule, kiseline i base padaju
negativne i pozitivne ioni. U električnom polju ioni dolaze
kretanje i stvaranje električne struje.

Agregatno stanje elektrolita

Ne postoje samo tečni, već i čvrsti elektrolite. Primjer čvrstog
elektrolit može poslužiti staklo. Čaša sadrži pozitivne i negativne ioni. U čvrstom stanju, čaša ne vrši električnu struju, jer se ioni ne mogu kretati u čvrstom tijelu.
Kad se staklo zagrijava, ioni se mogu kretati pod djelovanjem električnog polja, a čaša postaje dirigent.

Upotreba elektrolize

Fenomen elektrolize koristi se u praksi za mnoge
metali iz soli otopine. Koristeći elektrolizu za zaštitu od
oksidacija ili za ukras presvučen je drugačijim
predmeti i dijelovi strojeva sa tankim slojevima metala kao što su Chrome,
nikl, srebro, zlato.