Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 37 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 5.8
тронов в облаке будет равна
kTA
enn
/
0
−
= . Из формулы видно, что для увеличения концентрации электронов необходимо
увеличивать температуру металла или уменьшать работу выхода.
Исследование термоэлектронной эмиссии (получение вольт-амперной характеристики) проводят на вакуумном дио-
де (рис. 5.7).
Рис. 5.7
При малых значениях анодного тока вольт-амперные характеристики, снятые при различных температурах, совпа-
дают. Богуславский С.А. (СССР) и И. Ленгмюр (США) показали, что в этой области анодный ток изменяется по закону
2/3
aa
CUi = , (5.12)
получившего название «закон трёх вторых».
Однако более полной характеристикой эмиссии электронов является плотность тока насыщения (рис. 5.8), расчёт
по квантовой теории для которой даёт выражение
kTA
eBTj
/2
нас
−
= . (5.13)
Контактная разность потенциалов. Расположим два металла с различными работами выхода
(рис. 5.9) на некотором расстоянии друг от друга. Пусть
21
AA
<
. Уровень Ферми в первом металле
расположен на меньшей глубине, чем во втором, т.е. полная энергия электронов в первом металле
больше, чем во втором.
Первоначально электрического поля между металлами нет, ничто не мешает электронам пере-
летать из одного металла в другой. Плотность тока эмиссии из первого металла в соответствии с
(5.13) будет
kTA
I
eBTj
/
2
1
−
= , а из второго
kTA
II
eBTj
/
2
2
−
= , но так как
21
AA < , то
III
jj > , и ме-
таллы начнут заряжаться. Первый металл зарядится положительно, второй – отрицательно. Возникнет поле, ускоряющее
электроны второго металла и тормозящее электроны, вылетающие из первого металла. Разделение зарядов, рост поля
происходит до тех пор, пока встречные потоки не уравновесятся.
Переход электронов можно объяснить и тем, что
nIInI
ε
>
ε
и электроны с верхних уровней первого металла перехо-
дят на свободные, более низкие уровни второго металла.
В результате обмена электронами и получения телами дополнительных зарядов потенциальная кривая первого ме-
талла опускается относительно нулевого уровня, а второго – поднимается (рис. 5.9). При этом энергия Ферми не изменя-
ется, высота уровня от дна остаётся постоянной, так как эта энергия определяется температурой T и концентрацией n сво-
бодных электронов.
Можно доказать, что переход электронов осуществляется до тех пор, пока уровни Ферми не окажутся на одной вы-
соте от нулевого уровня, т.е. условие равновесия – это равенство полных энергий электронов, занимающих уровни Фер-
ми:
nIIIInII
ε+µ=ε+µ .
Потенциальная энергия электронов в точке b больше, чем в точке a.
Разность этих энергий равна разности работ выхода и определяет разность потенциалов в точках b и a
12
12
UU
e
AA
U
ba
−=
−
= . (5.14)
Разность потенциалов (5.14) между точками вблизи границ металлов I и II называется внешней контактной разно-
стью потенциалов.
Рис. 5.9

Страницы