|
|
Методичка по квантовой физике. Методичка по квантовой физике целиком. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ. Санктпетербург 2010 Лабораторная работа 2 измерение постоянной планка
Контрольные вопросы
1. Что такое тепловое излучение?
2. Назовите основные характеристики, служащие для описания теплового излучения и дайте их определения.
3. Что такое поглощательная способность?
4. Какое тело называется абсолютно черным?
5. Сформулируйте закон излучения Кирхгофа и основные законы излучения абсолютно черного тела.
6. В чем состоит физический смысл интегральной лучепоглощательной способности?
7. Из каких частей состоит измерительная установка? Покажите на ней исследуемое тело, и эталонное тело, которое имитирует абсолютно черное тело. Как изменить температуру исследуемого тела и температуру эталонного тела?
8. Для чего служит пирометр? В чем состоит принцип его действия?
9. Каким образом установить равенство температур исследуемого тела и тела, имитирующего абсолютно черное?
10. Какая зависимость исследуется в данной работе?
Лабораторная работа 6-4
Изучение явления термоэлектронной эмиссии
и определение работы выхода электронов из металла
Цель работы
Целью работы является изучение явления термоэлектронной эмиссии
и определение работы выхода электронов из металла
Введение
Термоэлектронная эмиссия – это явление испускания электронов нагретыми телами.
Понятие о работе выхода.
Концентрация свободных электронов в металле составляет очень большую величину -
1028м-3. Поэтому на границе металл-вакуум она не может резко оборваться до нуля – часть электронного облака «выпирает» наружу. Обеднение приповерхностной области металла электронами приводит к образованию двойного электрического слоя на границе металл-вакуум. С другой стороны свободный электрон, находящийся уже в вакууме, вызывает появление индукционных зарядов на поверхности металла, вследствие чего возникает притяжение свободного электрона к металлу – явление, описываемое на языке сил зеркального изображения. В классической физике (раздел «Электрический ток») работа выхода электронов из металла складывается из работы, совершаемой электроном, по преодолению двойного электрического слоя и работы, совершаемой против сил зеркального изображения.
Двойной электрический слой. Силы зеркального изображения.
В квантовой механике простейшая модель твердого тела представляет собой прямоугольный потенциальный ящик, заполненный электронами, энергетическое положение которых подчиняется статистике Ферми-Дирака.
Согласно этой статистике на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов. При температуре абсолютного нуля
функция распределения электронов в металле dN/dE имеет вид: энергетические состояния вплоть до уровня Ферми EF заполнены полностью, а вышележащие состояния - пусты. С повышением температуры происходит перераспределение электронов по энергии вблизи уровня Ферми – вероятность заполнения энергетических состояний, лежащих ниже EF , становится меньше 1, зато появляется вероятность заполнения состояний, лежащих выше уровня Ферми. Это перераспределение электронов по энергии весьма мало, однако в силу большой концентрации свободных носителей тока при повышенных температурах появляется достаточное количество электронов с энергией выше уровня вакуума Ео, которые и обуславливают возникновение термоэлектронной эмиссии. Е0 – это уровень вакуума или энергия электрона, покинувшего металл, с нулевой кинетической энергией. Работа выхода в данном случае равна разности энергии электрона, находящегося на уровне вакуума и электрона, находящегося на уровне Ферми или та минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на уровне Ферми с тем, чтобы он эмитировал в вакуум:
Авых=Eo- EF
 
Распределение электронов по энергии при Т = 0 К и Т > 0 К.
«Классическим» прибором, работа которого основана на явлении термоэлектронной эмиссии, является вакуумный диод, который состоит из накаливаемого катода и анода.
I
II
|
|
|
Скачать 0.77 Mb.