Определение работы выхода электронов из металла

Как показывает опыт , свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Итак , в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствует выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа , которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум , называется работой выхода. Укажем две вероятные причины появления работы выхода :

Работа выхода имеет величину порядка нескольких эВ и зависит от рода металла и состояния его поверхности : загрязнение и следы влаги меняют ее. Наиболее быстро движущиеся электроны покидают металл на расстоянии нескольких межатомных расстояний. В результате в этом месте возникает избыток положительных зарядов , а вблизи поверхности проводника образуется электронное облако.

Если сообщить электронам в металле энергию , необходимую для преодоления работы выхода , то часть электронов может покинуть металл , в результате чего наблюдается явление е испускания электронов , или электронной эмиссии. В зависимости от способа сообщения электронам энергии различают :

Возникает двойной электрический слой , поле которого подобно полю тонкого плоского конденсатора. Он не создает электрического поля во внешнем пространстве , но препятствует выходу свободных электронов из металла. Таким образом , электрон при вылете из металла

Существует две причины, приводящие к возникновению работы выхода. Первая заключается в следующем. При попытке электрона покинуть металл на его поверхности появляется индуцированный положительный заряд ( электростатическое зеркало). В результате между электроном и металлом возникает сила притяжения, препятствует выходу электрона и оказывается вне тела.

- Выпуск электронов нагретыми металлами. С повышением температуры увеличивается число электронов , кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода и явление термоэлектронной эмиссии становится более заметным.

Исследование закономерностей термоэлектронной эмиссии можно провести с помощью двухэлектродной лампы ( вакуумного диода ), представляющий собой откачан стеклянный или металлический баллон , содержащий два электрода - катод (

Называемого током насыщения , и не меняется с ростом анодного напряжения. Это означает, что электронное облако полностью рассосалась и не оказывает никакого тормозящего действия на электроны , эмитированные с катода : они все достигают анода. Поэтому дальнейшее увеличение напряжения не может привести к

Работа выхода электрона из металла. Электроны проводимости в металле находятся в хаотическом тепловом движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большой кинетической энергией, могут вырваться из металла в окружающее пространство. При этом они осуществляют работу как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникает в металле в результате их вылета, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетавших электронов, образующих вблизи поверхности проводника электронное "облако ". Между электронным газом в металле и электронным "облаком " существует динамическое равновесие.

Работу , которую нужно осуществить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство , называют работой выхода. Работа выхода совершается электронами за счет уменьшения их кинетической энергии. Поэтому понятно , что медленно движутся электроны вырваться из металла не могут.

. Оба этих физических процесса и определить работу выхода. При комнатной температуре практически все свободные электроны заперты в пределах проводника , есть только небольшое количество электронов , энергия которых достаточна для того , чтобы преодолеть потенциальный барьер и выйти из металла.

Другой силой , препятствуют выходу электронов из металла , кулонов сила индуцированного им положительный заряд. Эта сила носит название силы « электрического изображения» , поэтому действие распределенного по поверхности проводника заряда эквивалентно действия равного по величине положительного заряда, является зеркальным изображением электрона в плоскости

Постоянно одни электроны « испаряются » с поверхности металла , другие возвращаются назад. Поэтому металл оказывается окутанным облаком электронов , образующих совместно с внешним слоем положительных ионов двойной электрический слой , подобно плоскому конденсатору. Поле двойного слоя препятствует выходу электронов из металла.

Однако электронам можно различными способами сообщить дополнительную энергию. В этом случае часть электронов получает возможность покинуть металл и наблюдается испускания электронов - электронная эмиссия. В зависимости от того, каким способом сообщена электронам энергия, различают типы электронной эмиссии. Если электроны получают энергию за счет тепловой энергии тела при повышении ее температуры, можно говорить о термоэлектронной эмиссии. Если энергия подводится светом, имеет явление фотоэмиссии. Если энергия сообщается электронам при бомбардировке из вне какими-то другими частицами, наблюдается вторичная эмиссия.

Электроны проводимости в металле находятся в хаотическом тепловом движении. Наиболее быстро движущиеся электроны , обладающие достаточной кинетической энергией , могутвилетать из металла в окружающее пространство.

Поверхность металла при этом заряжается положительно. Образуется двойной слой , который препятствует удалению электронов отповерхности. Итак , чтобы удалить электрон , необходимо сообщить ему дополнительную энергию.

Нагрев катода осуществляется электрическим током прямым или косвенным способом. При прямом - ток проходит через сам катод , прикосвенном - внутри катода помещают дополнительный проводник - нить накала.Разогрев происходит в достаточно высоких температур, поэтому катод делаютсложним. Основа - тугоплавкий материал ( вольфрам ) , а покрытие - материал с малой работой выхода ( цезий ).

639.6011ms

Похожие статьи