Частные уроки по физике

Электронная эмиссия
Явление вылета электронов из поверхности тел называется электронной эмиссией. В зависимости от того, каким способом создают для электронов возможность выхода, различают следующие виды электронной эмиссии: Автоэлектронная (холодная) эмиссия, при которой дополнительная энергия электронам в металле не сообщается, а благодаря сильному электрическому полю, создаваемому у поверхности катода, понижается и сужается потенциальный барьер, в результат с чего сильно увеличивается его проницаемость для электронов.

Термоэлектронная эмиссия, при которой дополнительная энергия, необходимая электронам для совершения работы выхода, получается ими за счет нагревания тела;. иначе говоря, увеличивается тепловая энергия электронов. Фотоэлектронная эмиссия, при которой дополнительная энергия сообщается электронам светом, которым облучается поверхность тела.

Вторичная электронная эмиссия, при которой электроны получают дополнительную энергию за счет кинетической энергии первичных электронов, бомбардирующих поверхность тела. Электронная эмиссия под ударами ионов, при которой увеличение энергии электронов происходит в результате ударов ионов о поверхность катода. Ниже мы подробно рассмотрим каждый вид эмиссии. Влияние электрического поля и автоэлектронная (холодная) эмиссия.

Мы уже упоминали, что если электронам не сообщается дополнительная энергия извне, то для вылета их необходимо изменить форму потенциального барьера так, чтобы уменьшить работу выхода или увеличить его проницаемость, что достигается созданием у поверхности катода электрического поля Е достаточно большой величины. Учет влияния на высоту потенциального барьера внешнего электрического поля можно наглядно иллюстрировать..

Из этих кривых видно, что внешнее поле изменяет форму потенциального барьера, понижая его, вследствие чего уменьшается работа выхода электрона. Опыт показывает, что микроскопические частички (как электроны) руководствуются не законами классической механики, а более сложными законами и могут "просочиться сквозь потенциальный барьер" даже при недостаточной кинетической энергии их.

Наглядно представить себе такой процесс мы не умеем, так как в повседневной жизни привыкли все представлять себе с точки зрения классической механики. Вероятность такого "просачивания сквозь барьер" оказывается тем большей, чем он ниже и уже, т. е. чем- больше напряженность внешнего поля. Формула эта довольно хорошо согласуется с опытами. Термоэлектронная эмиссия.

Явление термоэлектронной эмиссии в вакууме было впервые обнаружено Эдисоном в 1883 г. при исследовании им лампы накаливания с угольной нитью. Он помещал в лампу кроме угольной нити Д" еще металлическую пластинку А и заметил, что если присоединить эту пластинку через гальванометр G к положительному концу нити, то гальванометр обнаруживает наличие тока. Если же пластинку присоединить к отрицательному концу нити или нить не накалить, то гальванометр тока не обнаруживает.

В 1897 г. физики объяснили это явление тем, что из поверхности всякого накаленного металла вылетают свободные электроны, которые проходят через вакуум и создают ток в цепи угольная нить металлическая пластинка. Явление испускания электронов накаленным металлом в вакууме называется термоэлектронной эмиссией.

Металлы в холодном состоянии электронов не испускают; с повышением же температуры металла количество вылетающих из его поверхности электронов увеличивается, так как существует связь между величиной термоэлектронной эмиссии и температурой накаленного металла. Эта связь была подробно исследована в начале нашего столетия физиком Ричардсоном, предложившим формулу.

Впоследствии этим же занимались многие другие исследователи, стремившиеся к установлению выражений для связи между плотностью тока термоэлектронной эмиссии на катоде и температурой катода.. Давно было замечено, что специальной термической обработкой вольфрамового катода с "присадкой" окиси тория Th02 можно получить эмиссию гораздо большую, чем имеет чисто вольфрамовый катод при той же сравнительно невысокой температуре (1800 1900°С).

При нагревании катода до большой температуры этот эффект пропадает и эмиссия понижается до значения обычного для катодов из чистого вольфрама. Явление это объясняется тем, что на поверхности вольфрама образуется одноатомная пленка тория. Толстой пленки не получается, так как при этой температуре силы сцепления между атомами тория меньше, чем между атомами тория и вольфрамом, и избыток тория испаряется.

При очень высокой температуре и остаток тория может испариться. Торий является электроположительным металлом по отношению к вольфраму, по этому на поверхности вольфрама он поляризуется так, что образующийся благодаря этому в пленке тория двойной электрический слой облегчает вылет электронов из вольфрама и ток эмиссии увеличивается. Работа выхода катода из тарированного вольфрама значительно ниже работы выхода чистого вольфрама.

Другим типом активированного катода является так называемый оксидный катод, у которого (работа выхода также значительно снижена. Более подробно свойства активированных катодов будут разобраны ниже, а здесь отметим только, что величина тока эмиссии сильно зависит от степени .покрытия поверхности активным слоем. Максимум эмиссии получается три одноатомном покрытии всей поверхности.

Величина тока эмиссии с активированной поверхности вычисляется по обычной формуле (5,4), но значения постоянных А и Ь0 нужно брать по таблице, учитывая степень покрытия. Явление испускания электронов металлами и их соединениями при освещении светом различной длины волны носит название внешнего фотоэффекта. Впервые явление внешнего фотоэффекта было обнаружено в 1887 г., когда было замечено, что металлы при освещении их способны испускать электроны.

Контактная разность потенциалов: Рассмотрим еще вопрос о контактной разности, потенциалов. Если привести в соприкосновение два металла А и В, то через площадь соприкосновения начнут в обе стороны переходить электроны. Если вначале потенциалы соприкасающихся металлов были различны, то в обе стороны будут переходить разные количества электронов.

Равновесие установится тогда, когда перетекание электронов через контакт в обе стороны станет одинаковым, а это возможно лишь тогда, когда электроны обоих металлов с наибольшими кинетическими энергиями Wan U7ia проходят через контакт одинаково легко, для чего их полные (кинетические плюс потенциальные) энергии должны быть одинаковы т. е.

Из приведенного рассуждения видно, что "контактная разность потенциалов не может создать ток в проводнике, замыкающем поверхности наших двух металлов Л и В, так как она сама появляется в результате установления равновесного состояния (с током, равным нулю) в месте металлического контакта.

Однако, электрическое поле между свободными поверхностями обоих металлов все же существует, и на любой свободный заряд (например, электрон), находящийся в этом поле действует, как и всегда, с силой еЕ. Таким образом контактная равность потенциалов не может быть измерена вольтметром, но на движении электронов между телами А и В скажется и может быть определена по этому влиянию.


Спонсор публикации: