Электрон ба ионы ялгаруулалт гэдэг нь ялгаруулагч нь дулааны халаалт, гэрлийн цацраг, электрон эсвэл ионы бөмбөгдөлт, тогтмол эсвэл өндөр давтамжийн цахилгаан гүйдэлд өртөх үед вакуум эсвэл хий бүхий хатуу биетийн зааг дээр үүсдэг цэнэгтэй бөөмсийг ялгаруулах явдал юм. талбай гэх мэт.

Халсан биетээс вакуум руу электрон ялгарах үзэгдлийг гэнэ термионы ялгаралт.

Энэ нь тогтоогдсон байна T = 0болороос электрон ялгарах боломжгүй, учир нь хамгийн хурдан электронуудын энерги нь түүний хил дээрх боломжит саадыг даван туулахад хангалтгүй байдаг.

Хатуу биеийг халаах үед болор торны атомуудын чичиргээний далайц нэмэгддэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр өсөн нэмэгдэж буй электронууд (Зураг 2.10) вакуум бүхий хатуу биеийн хил дээрх боломжит саадыг даван туулахад хангалттай энергийг олж авдаг.

Хэрэв шоо метр металл бүрийг агуулна чи, у,у-аас хурдны бүрэлдэхүүнтэй чөлөөт электронууд у хөмнө u x + du x,-аас чи уөмнө чи у + +ду уба -аас у зөмнө u z + du z, (хаана у хбиеийн гадаргууд перпендикуляр чиглэлд хурдны бүрэлдэхүүн хэсэг), тэгвэл гадаргуу дээр ирж буй электронуудын урсгал нь тэнцүү байна.

Зөвхөн чиглэлд хурдны бүрэлдэхүүнтэй электронууд Xболзошгүй саад бэрхшээлийг даван туулахад хангалттай, өөрөөр хэлбэл.

Өгөгдсөн температурт нэгж хугацаанд 1 м 2 металлын гадаргуугаас гарах электронуудын тоог тодорхойлохын тулд металл дахь электрон хурдны хуваарилалтын функцийг томъёонд орлуулж, үүссэн илэрхийллийг нэгтгэх шаардлагатай.

Квантын механик онолын дагуу бүх электронууд вакуум руу ордоггүй тул боломжит саадаас тусгах боломжтой байдаг. Тиймээс D саадын ил тод байдлын тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн.

Ричардсон-Дешманы тэгшитгэл нь дулааны ялгаруулалтын гүйдлийн нягтыг тодорхойлно.

хаана нь бүх нийтийн тогтмол бөгөөд ялгаруулагчийн төрлөөс хамаарахгүй.

Ферми энерги нь хамаарлаар тодорхойлогддог. Энэ нь эхний ойролцоолсон байдлаар температураас хамаардаггүй тул үр дүнтэй ажлын функцээр сольж болно.

Жоулаар илэрхийлсэн ажлын функц хаана байна.

Ричардсон-Дешманы тэгшитгэлээс харахад металлын гадаргуугаас термионы ялгаралтын одоогийн нягт нь температур ба материалын үр дүнтэй ажлын функцээс хамаардаг.

Термионы гүйдлийн нягтыг тодорхойлох тэгшитгэл нь зөвхөн метал төдийгүй бүх төрлийн хагас дамжуулагч катодуудад хамаарна. Гэсэн хэдий ч өвөрмөц байдал нь хэрэв металл дахь ферми түвшингийн байрлалыг эхний ойролцоолсон байдлаар температураас хамааралгүй гэж үзэж болох юм. j eff.тухайн материалын тогтмол хэмжигдэхүүн бол хольцын хагас дамжуулагч дахь Ферми түвшний байрлал нь температураас хамаарна. Гаралтын ажлын температурын коэффициент ( а) металлын хувьд êa½ ~ 10–5 гэж тодорхойлсон. ба хагас дамжуулагч a ~ 10–4. Коэффициент нөлөөлсөн гэж үзвэл олон тооныхүчин зүйлс, түүний нарийн тодорхойлолт байхгүй бөгөөд энэ нь дулааны ялгаруулалтын гүйдлийн нягтыг тодорхойлоход бага хувь нэмэр оруулдаг тул бид бүх төрлийн дулааны катодын хувьд Ричардсон-Дешманы томъёог ашиглана.

Өнөөдөр термионы ялгаралт дээр анхаарлаа хандуулж байна. Эффектийн нэр, түүний орчин ба вакуум дахь илрэлийн хувилбаруудыг авч үздэг. Температурын хязгаарыг судалж байна. Термионы ялгаралтын ханалтын гүйдлийн нягтын хамааралтай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхойлно.

Термионы ялгаруулалтын нөлөөний нэрс

"Термионы ялгаруулалт" гэсэн нэр томъёо нь өөр нэртэй байдаг. Энэ үзэгдлийг нээсэн, анх судалсан эрдэмтдийн нэрээр Ричардсоны эффект буюу Эдисоны эффект гэж тодорхойлдог. Тиймээс, хэрэв хүн номын бичвэрт эдгээр хоёр хэллэгтэй тулгарвал тэр ижил физик нэр томъёог илэрхийлж байгааг санах ёстой. Төөрөгдөл нь дотоод, гадаадын зохиолчдын нийтлэлүүдийн хоорондын санал зөрөлдөөнөөс үүдэлтэй юм. Зөвлөлтийн физикчид хуулиудад тайлбар өгөхийг хичээсэн.

"Термионы ялгарал" гэсэн нэр томъёо нь үзэгдлийн мөн чанарыг агуулдаг. Хуудас дээрх энэ хэллэгийг харсан хүн бид электронуудын дулааны ялгарлын тухай ярьж байгааг шууд ойлгодог, зөвхөн энэ нь металд тохиолддог нь хөшигний ард үлддэг. Гэхдээ энэ бол нарийн ширийн зүйлийг илчлэхийн тулд тодорхойлолтууд юм. Гадаадын шинжлэх ухаанд тэд үндсэн эрх, зохиогчийн эрхийн талаар маш нухацтай ханддаг. Тиймээс ямар нэгэн зүйлийг засч залруулж чадсан эрдэмтэн нэрлэсэн үзэгдэлтэй болж, ядуу оюутнууд үнэндээ зөвхөн үр нөлөөний мөн чанарыг бус харин нээсэн хүмүүсийн нэрийг цээжлэх ёстой.

Термионы ялгарлын тодорхойлолт

Термионы ялгарлын үзэгдэл нь электронууд металаас өндөр температурт гарч ирдэг. Тиймээс халсан төмөр, цагаан тугалга эсвэл мөнгөн ус нь эдгээр энгийн хэсгүүдийн эх үүсвэр юм. Металлуудад тусгай холболт байдаг гэсэн механизм нь эерэг цэнэгтэй цөмүүдийн болор тор нь бүтцийн дотор үүл үүсгэдэг бүх электронуудын нийтлэг суурь юм.

Тиймээс гадаргууд ойрхон байгаа сөрөг цэнэгтэй бөөмсийн дунд эзлэхүүнийг орхих, өөрөөр хэлбэл боломжит саадыг даван туулах хангалттай энергитэй хэсгүүд үргэлж байх болно.

Термион ялгаруулалтын нөлөөллийн температур

Металл холбоосын улмаас аливаа металлын гадаргуугийн ойролцоо гарах боломжит саадыг даван туулах хангалттай хүч чадал бүхий электронууд байдаг. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний ижил тархалтаас болж нэг бөөмс болор бүтцээс бараг салж, нөгөө хэсэг нь нисч, тодорхой зайг даван туулж, эргэн тойрон дахь орчинг ионжуулдаг. Мэдээжийн хэрэг, орчин дахь Келвин их байх тусам электронууд металлын эзэлхүүнийг орхих чадварыг олж авдаг. Тиймээс термионы ялгаралтын температур ямар байх вэ гэсэн асуулт гарч ирнэ. Хариулт нь энгийн биш бөгөөд бид энэ нөлөөний доод ба дээд хязгаарыг авч үзэх болно.

Термионы ялгаралтын температурын хязгаар

Металлын эерэг ба сөрөг хэсгүүдийн хоорондын хамаарал нь энергийн маш нягт хуваарилалт зэрэг олон шинж чанартай байдаг. Фермион болох электронууд тус бүр өөрийн энергийн орон зайг эзэлдэг (бүгд ижил төлөвт байх чадвартай бозонуудаас ялгаатай). Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн хоорондын ялгаа нь маш бага тул спектрийг салангид биш харин тасралтгүй гэж үзэж болно.

Энэ нь эргээд металл дахь электрон төлөвийн өндөр нягтралд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо маш бага температурт ч гэсэн (санаж байна уу, энэ нь тэг келвин буюу ойролцоогоор хасах хоёр зуун далан гурван градус Цельсийн байна) бүгд өндөр, бага энергитэй электронууд байх болно. нэгэн зэрэг хамгийн доод төлөв. Энэ нь тодорхой нөхцөлд (нимгэн тугалган цаас) маш бага температурт ч гэсэн электрон металлаас зугтах болно гэсэн үг юм. Тиймээс үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо утгыг термионы ялгаралтын температурын доод хязгаар гэж үзэж болно.

Температурын хэмжүүрийн нөгөө тал нь метал хайлах явдал юм. Физик-химийн мэдээллээс үзэхэд энэ шинж чанар нь энэ ангийн бүх материалын хувьд ялгаатай байна. Өөрөөр хэлбэл, ижил хайлах цэгтэй металл байдаггүй. Мөнгөн ус эсвэл шингэн нь хэвийн нөхцөлд цельсийн хасах гучин есөн хэмд талст хэлбэрээс дамждаг бол вольфрам гурван ба хагас мянгад хүрдэг.

Гэсэн хэдий ч эдгээр бүх хязгаарлалтууд нь нэг нийтлэг зүйлтэй байдаг - метал нь хатуу бие байхаа больсон. Энэ нь хууль тогтоомж, үр нөлөө өөрчлөгддөг гэсэн үг юм. Мөн хайлмал дахь термионы ялгаралт байдаг гэж хэлэх шаардлагагүй. Тиймээс металлын хайлах температур нь энэ нөлөөний дээд хязгаар болдог.

Вакуум нөхцөлд термионы ялгаралт

Дээр авч үзсэн бүх зүйл нь орчин дахь (жишээлбэл, агаар эсвэл инертийн хий) үзэгдлийг хэлнэ. Одоо вакуум дахь термионы ялгаралт гэж юу вэ гэсэн асуулт руу орцгооё. Үүнийг хийхийн тулд бид хамгийн энгийн төхөөрөмжийг тайлбарлах болно. Нимгэн төмөр савааг колбонд хийж, тэндээс агаарыг зайлуулж, гүйдлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлыг холбосон байна. Туршилтын явцад болор бүтцийг алдахгүйн тулд материалыг хангалттай өндөр температурт хайлуулах ёстой гэдгийг анхаарна уу. Ийнхүү олж авсан катод нь өөр металлын цилиндрээр хүрээлэгдсэн бөгөөд эерэг туйл нь түүнтэй холбогддог. Мэдээжийн хэрэг, анод нь вакуумаар дүүргэсэн саванд байдаг. Хэлхээ хаагдах үед бид термионы ялгаралтын гүйдлийг олж авдаг.

Эдгээр нөхцөлд катодын тогтмол температурт гүйдлийн хүчдэлээс хамаарах хамаарал нь Ом-ын хуульд бус, харин гурван секундын хуульд захирагддаг нь анхаарал татаж байна. Үүнийг мөн Хүүхдийн нэрээр нэрлэсэн (бусад хувилбаруудад Child-Langmuir, тэр ч байтугай Child-Langmuir-Boguslavsky), Герман хэл дээрх шинжлэх ухааны уран зохиолд - Шотткийн тэгшитгэл гэж нэрлэдэг. Ийм систем дэх хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр тодорхой мөчид катодоос зугтаж буй бүх электронууд анод руу хүрдэг. Үүнийг ханалтын гүйдэл гэж нэрлэдэг. Гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар дээр энэ нь муруй нь өндөрлөгт хүрч, хүчдэлийн цаашдын өсөлт нь үр дүнтэй биш гэдгийг илэрхийлдэг.

Термионы ялгаруулалтын томъёо

Эдгээр нь термионы ялгаруулалтыг эзэмшдэг шинж чанарууд юм. Томъёо нь нэлээд төвөгтэй тул бид энд танилцуулахгүй. Үүнээс гадна, ямар ч лавлах номноос олоход хялбар байдаг. Ерөнхийдөө термионы ялгаруулалтын томъёо байхгүй бөгөөд зөвхөн ханалтын гүйдлийн нягтыг авч үздэг. Энэ утга нь материал (ажлын функцийг тодорхойлдог) болон термодинамик температураас хамаарна. Томъёоны бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсэг нь тогтмол байна.

Олон төхөөрөмжүүд нь термионы ялгарлын үндсэн дээр ажилладаг. Жишээлбэл, хуучин том зурагт, мониторууд үндсэндээ ийм нөлөө үзүүлдэг.

Дамжуулагч ба вакуум хоорондын интерфейсийг гатлах үед цахилгаан талбайн хүч ба индукц огцом өөрчлөгддөг болохыг аль хэдийн тэмдэглэсэн. Үүнтэй холбоотой тодорхой үзэгдлүүд байдаг. Электрон зөвхөн металлын хязгаарт чөлөөтэй байдаг. "Метал-вакуум"-ын хилийг давах гэж оролдсон даруйд электрон болон гадаргуу дээр үүссэн илүүдэл эерэг цэнэгийн хооронд Кулоны татах хүч үүсдэг (Зураг 6.1).

Гадаргуугийн ойролцоо электрон үүл үүсч, интерфэйс дээр потенциалын зөрүүтэй () давхар цахилгаан давхарга үүсдэг. Металлын хил дээрх боломжит үсрэлтүүдийг Зураг 6.2-т үзүүлэв.

Металл эзэлдэг эзэлхүүн дээр потенциал энергийн худаг үүсдэг, учир нь метал дотор электронууд чөлөөтэй байдаг бөгөөд тэдгээрийн торны хэсгүүдтэй харилцах энерги нь тэг юм. Металаас гадна электрон энерги олж авдаг В 0 . Энэ нь таталцлын энерги юм.Металлаас гарахын тулд электрон боломжит саадыг даван туулж, ажил хийх ёстой.

(6.1.1)

Энэ ажлыг гэж нэрлэдэг металлаас электроны ажлын функц . Үүнийг дуусгахын тулд электроныг хангалттай эрчим хүчээр хангах ёстой

Термионы ялгаралт

Ажлын функцийн утга нь бодисын химийн шинж чанар, түүний термодинамик төлөв, интерфейсийн төлөв байдлаас хамаарна. Хэрэв ажлын функцийг гүйцэтгэхэд хангалттай энергийг халаах замаар электронуудад өгдөг бол Металлаас электронууд зугтах үйл явцыг гэнэ термионы ялгаралт .

Сонгодог термодинамикийн хувьд металыг электрон хий агуулсан ионы тор хэлбэрээр илэрхийлдэг. Чөлөөт электронуудын нийгэмлэг нь идеал хийн хуулийг дагаж мөрддөг гэж үздэг. Иймээс 0 К-ээс өөр температурт Максвеллийн тархалтын дагуу металлд тодорхой тооны электронууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн дулааны энерги нь ажлын функцээс их байдаг. Эдгээр электронууд металаас гардаг. Хэрэв температур нэмэгдсэн бол ийм электронуудын тоо нэмэгддэг.

Вакуум болон бусад орчинд халсан биетүүд (ялгаруулагчид) электрон ялгаруулах үзэгдлийг гэнэ. термионы ялгаралт . Халаалт нь зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд ингэснээр электроны дулааны хөдөлгөөний энерги нь гадаргуугаас зайлуулах үед сөрөг цэнэгтэй электрон ба түүнээс үүдэн металл гадаргуу дээр өдөөгдсөн эерэг цэнэгийн хоорондох Кулоны таталцлын хүчийг даван туулахад хангалттай байх болно (Зураг 6.1). Нэмж дурдахад хангалттай өндөр температурт металлын гадаргуу дээр сөрөг цэнэгтэй электрон үүл үүсдэг бөгөөд энэ нь электроныг металлын гадаргуугаас вакуум руу гаргахаас сэргийлдэг. Эдгээр хоёр болон магадгүй бусад хүчин зүйлүүд нь металаас электроны ажлын функцийг тодорхойлдог.

Термион ялгаралтын үзэгдлийг Америкийн нэрт зохион бүтээгч Эдисон 1883 онд нээжээ. Энэ үзэгдлийг тэрээр эерэг потенциалтай анод ба сөрөг потенциалтай катод гэсэн хоёр электрод бүхий вакуум чийдэн дээр ажигласан. Дэнлүүний катод нь цахилгаан гүйдэлээр халсан галд тэсвэртэй металл (волфрам, молибден, тантал гэх мэт) -ээр хийсэн утас байж болно (Зураг 6.3). Ийм чийдэнг вакуум диод гэж нэрлэдэг. Хэрэв катод хүйтэн байвал катод-анодын хэлхээнд бараг гүйдэл байхгүй болно. Катод-анодын хэлхээнд катодын температур нэмэгдэх тусам цахилгаан гүйдэл гарч ирдэг бөгөөд энэ нь их байх тусам катодын температур өндөр байх болно. Тогтмол катодын температурт катод-анодын хэлхээний гүйдэл нь потенциалын зөрүү нэмэгдэх тусам нэмэгддэг Укатод болон анодын хооронд ямар нэгэн хөдөлгөөнгүй утга руу явдаг, гэж нэрлэдэг ханалтын гүйдэл I n. Хаана катодоос ялгарах бүх термоэлектронууд анод руу хүрдэг. Анодын гүйдэл нь пропорциональ биш юм У, Тиймээс Вакуум диодын хувьд Ом-ын хууль үйлчилдэггүй.

Зураг 6.3-т вакуум диодын хэлхээ ба гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг (CV) харуулав. би а(У а). Энд У h - удаашруулах хүчдэл ямар үед I = 0.

Хүйтэн ба тэсрэх бодис ялгаруулдаг

Метал дахь чөлөөт электронуудад цахилгаан талбайн хүчний үйлчлэлээс үүдэлтэй электрон ялгаралтыг гэнэ хүйтэн ялгаруулалт эсвэл автоэлектроник . Үүний тулд талбайн хүч хангалттай байх ёстой бөгөөд нөхцөл хангагдсан байх ёстой

(6.1.2)

энд гнь медиа интерфейс дэх цахилгаан давхар давхаргын зузаан юм. Ихэвчлэн цэвэр металл болон Гэвч практикт хүйтний ялгаралт нь эрэмбийн хэмжээгээр ажиглагддаг.Энэ зөрүү нь микро түвшний үйл явцыг дүрслэх сонгодог ойлголтуудын нийцэхгүй байгаатай холбоотой юм.

Талбайн ялгаруулалтыг сайн нүүлгэн шилжүүлсэн вакуум хоолойд ажиглаж болно, катод нь үзүүр, анод нь хавтгай эсвэл бага зэрэг муруй гадаргуутай ердийн электрод юм. Муруйн радиустай үзүүрийн гадаргуу дээрх цахилгаан талбайн хүч rба боломж Уанодтой харьцуулахад

At болон , энэ нь катодын гадаргуугаас хээрийн ялгаралтаас болж сул гүйдэл үүсэхэд хүргэдэг. Боломжит зөрүү нэмэгдэхийн хэрээр ялгаралтын гүйдлийн хүч хурдан нэмэгддэг У. Энэ тохиолдолд катодыг тусгайлан халаадаггүй тул ялгаралтыг хүйтэн гэж нэрлэдэг.

Талбайн ялгарлын тусламжтайгаар одоогийн нягтыг олж авах боломжтой гэхдээ энэ нь хэлбэр дүрстэй ижил олон тооны үзүүр бүхий ялгаруулагчийг шаарддаг (Зураг 6.4), энэ нь бараг боломжгүй зүйл бөгөөд үүнээс гадна гүйдэл 10 8 А / см 2 хүртэл нэмэгдэх нь тэсрэх бодис үүсгэдэг. зөвлөмжүүд болон бүх ялгаруулагчийг устгах.

Сансрын цэнэгийн нөлөөн дэх AEE-ийн одоогийн нягт нь (Чайлд-Лангмюрийн хууль)

хаана катодын геометр ба материалаар тодорхойлогддог пропорционалын коэффициент юм.

Энгийнээр хэлэхэд, Чилде-Лангмюрийн хууль нь одоогийн нягт нь пропорциональ (гурван секундын хууль) гэдгийг харуулж байна.

Катодын микро эзэлхүүн дэх энергийн концентраци 10 4 J×m–1 ба түүнээс дээш (нийт энерги нь 10 -8 Ж) талбайн ялгаралтын гүйдэл нь чанарын хувьд өөр төрлийн ялгаралтыг эхлүүлж болно. катод дээрх микро цэгүүдийн дэлбэрэлт (Зураг 6.4).

Энэ тохиолдолд электрон гүйдэл гарч ирдэг бөгөөд энэ нь анхны гүйдлийн дарааллаар давсан байна. ажиглагдсан тэсрэх электрон ялгаруулалт (WEE). EEE-ийг 1966 онд Томскийн Политехникийн дээд сургуульд Г.А тэргүүтэй ажилчдын баг нээж, судалжээ. Сарууд.

EEE нь 10 9 А/см 2 хүртэлх гүйдлийн нягттай 10 13 Вт хүртэл чадалтай электрон урсгалыг олж авах боломжийг олгодог электрон ялгаралтын цорын ганц төрөл юм.

	Цагаан будаа. 6.4	Цагаан будаа. 6.5

EEE гүйдэл нь бүтцийн хувьд ер бусын юм. Энэ нь электрон нуранги шинж чанартай 10 11 ¸ 10 12 ширхэг электронуудын салангид хэсгүүдээс бүрддэг. эктонууд(эхний үсэг" тэсрэх бөмбөгийн төв”) (Зураг 6.5). Цасан нуранги үүсэх хугацаа 10 -9 ¸ 10 -8 сек.

Эктон дахь электронуудын харагдах байдал нь катодын бичил хэсгүүдийн хэт халалтаас үүдэлтэй бөгөөд мөн чанартаа нэг төрлийн термионы ялгарал юм. Эктон байгаа нь катодын гадаргуу дээр тогоо үүсэх замаар илэрдэг. Эктон дахь электрон ялгаруулалтыг зогсоох нь дулаан дамжуулалт, гүйдлийн нягтын бууралт, атомын ууршилтаас шалтгаалан ялгаралтын бүсийг хөргөхтэй холбоотой юм.

Тэсрэх электрон ялгаруулалт ба эктонууд нь вакуум оч ба нум, нам даралтын цэнэг, шахсан болон өндөр бат бэх хий, микро цоорхойд үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг. катодын гадаргуу дээр өндөр цахилгаан орон байгаа газар.

Тэсрэх электрон ялгаралтын үзэгдэл нь өндөр гүйдлийн электрон хурдасгуур, хүчирхэг импульсийн болон рентген төхөөрөмж, хүчирхэг харьцангуй богино долгионы генератор гэх мэт импульсийн электрофизик суурилуулалтыг бий болгох үндэс суурь болсон. Жишээлбэл, импульсийн электрон хурдасгуурууд нь импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь 10 -10 ¸ 10 -6 секунд, электрон гүйдэл 10 6 А, электрон энерги нь 10 4 ¸ 10 7 эВ, 10 13 Вт ба түүнээс дээш чадалтай. Ийм цацрагийг плазмын физик, цацрагийн физик, химийн чиглэлээр судалгаа хийх, хийн лазер шахах гэх мэт өргөн хэрэглэгддэг.

Фотоэлектроник ялгаруулалт

Фотоэлектроник ялгаруулалт (фотоэлектрик эффект) Энэ нь цахилгаан соронзон цацрагийн нөлөөн дор металаас электронуудыг "цохих" -оос бүрдэнэ.

Фотоэлектрик эффект ба CVC-ийг судлах суурилуулалтын зохион байгуулалт нь зурагт үзүүлсэнтэй төстэй юм. 6.3. Энд катодыг халаахын оронд фотон буюу γ-квантуудын урсгал түүн рүү чиглэнэ (Зураг 6.6).

Фотоэлектрик эффектийн хуулиуд нь хүйтэн ялгаралтаас илүү сонгодог онолтой илүү нийцэхгүй байна. Энэ шалтгааны улмаас бид оптик дахь квант ухагдахууны тухай ярихдаа фотоэлектрик эффектийн онолыг авч үзэх болно.

γ - цацрагийг бүртгэдэг физик төхөөрөмжид тэд ашигладаг фото үржүүлэгч (PMT). Төхөөрөмжийн схемийг Зураг 6.7-д үзүүлэв.

Энэ нь хоёр ялгаруулалтын нөлөөг ашигладаг: фотоэлектрик эффектболон хоёрдогч электрон ялгаруулалт, энэ нь металыг бусад электронуудаар бөмбөгдөх үед электроныг устгахаас бүрддэг. Фотокатодын гэрлийн нөлөөгөөр электронууд унадаг ( FC). хооронд хурдасгаж байна FCба анхны ялгаруулагч ( KS 1), тэд дараагийн ялгаруулагчаас илүү олон электроныг устгах хангалттай энергийг олж авдаг. Тиймээс хөрш зэргэлдээ ялгаруулагчдын хоорондох боломжит зөрүүг дараалан дамжих явцад тэдгээрийн тоо нэмэгдэж байгаатай холбоотойгоор электронуудын үржилт үүсдэг. Сүүлийн электродыг коллектор гэж нэрлэдэг. Сүүлийн ялгаруулагч ба коллекторын хоорондох гүйдлийг тэмдэглэ. Энэ замаар, PMTгүйдлийн өсгөгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд сүүлийнх нь цацраг идэвхт байдлыг үнэлэхэд ашигладаг фотокатодын цацраг туяатай пропорциональ байна.

Термионы ялгаралт

Термионы ялгаралт (Ричардсон эффект, Эдисоны нөлөө) - халсан биетүүдээс электрон ялгаруулах үзэгдэл. Метал дахь чөлөөт электронуудын концентраци нэлээд өндөр байдаг тул дундаж температурт ч гэсэн хурдны хувьд (энергийн хувьд) электронуудын тархалтаас шалтгаалан зарим электронууд металлын хил дээрх боломжит саадыг даван туулах хангалттай энергитэй байдаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр дулааны хөдөлгөөний кинетик энерги нь ажлын функцээс их электронуудын тоо нэмэгдэж, термионы ялгарлын үзэгдэл мэдэгдэхүйц болдог.

Термионы ялгаруулалтын хэв маягийн судалгааг хамгийн энгийн хоёр электродын чийдэн - вакуум диод, катод К ба анод А гэсэн хоёр электрод агуулсан нүүлгэн шилжүүлсэн бөмбөлөг ашиглан хийж болно. Хамгийн энгийн тохиолдолд катод нь хийсэн судал юм. цахилгаан гүйдлээр халаадаг галд тэсвэртэй металл (жишээлбэл, вольфрам). Анод нь ихэвчлэн катодыг тойрсон металл цилиндр хэлбэртэй байдаг. Хэрэв диодыг хэлхээнд оруулсан бол катодыг халааж, эерэг хүчдэлийг анод руу (катодтой харьцуулахад) хэрэглэх үед диодын анодын хэлхээнд гүйдэл гарч ирдэг. Батерейны туйлшралыг өөрчилсөн тохиолдолд катодыг хичнээн хүчтэй халааснаас үл хамааран гүйдэл зогсдог. Үүний үр дүнд катод нь сөрөг тоосонцор - электронуудыг ялгаруулдаг.

Хэрэв халсан катодын температурыг тогтмол байлгаж, анодын гүйдлийн анодын хүчдэлээс хамаарах хамаарлыг арилгавал - гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар нь шугаман биш, өөрөөр хэлбэл Ом-ын хууль биелэгдээгүй болно. вакуум диод. Термионы гүйдлийн бага эерэг утгын бүс дэх анодын хүчдэлээс хамаарах хамаарлыг гурван секундын хуулиар (Оросын физикч С.А. Богуславский (1883-1923), Америкийн физикч И.Лангмюр (1881) нар бий болгосон) тодорхойлдог. -1957)): , энд B нь электродын хэлбэр, хэмжээ, түүнчлэн тэдгээрийн харьцангуй байрлалаас хамаарах коэффициент юм.

Анодын хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр гүйдэл нь ханалтын гүйдэл гэж нэрлэгддэг тодорхой хамгийн их утга хүртэл нэмэгддэг. Энэ нь катодоос гарч буй бараг бүх электронууд анод руу хүрдэг тул талбайн хүчийг цаашид нэмэгдүүлэх нь термионы гүйдлийг нэмэгдүүлэхэд хүргэж чадахгүй гэсэн үг юм. Тиймээс ханалтын гүйдлийн нягт нь катодын материалын ялгаралтыг тодорхойлдог. Ханалтын гүйдлийн нягтыг квант статистикийн үндсэн дээр онолын хувьд гаргаж авсан Ричардсон - Дешманы томъёогоор тодорхойлно: гадаргуугийн нөлөөллөөс үүдэлтэй). Ажлын функц буурах нь ханалтын гүйдлийн нягтын огцом өсөлтөд хүргэдэг. Тиймээс оксидын катодыг ашигладаг (жишээлбэл, шүлтлэг металлын ислээр бүрсэн никель), ажлын функц нь 1-1.5 эВ байна.

Олон тооны вакуум электрон төхөөрөмжүүдийн ажиллагаа нь термионы ялгарлын үзэгдэл дээр суурилдаг.

Уран зохиол

• Физик курс Трофимова Т.И.

Викимедиа сан. 2010 он.

• Куриа Муриа
• түрлэгийн цахилгаан станц

Бусад толь бичгүүдээс "Термионы ялгаралт" гэж юу болохыг хараарай.

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- халсан биетүүд (ялгаруулагчид) электроныг вакуум эсвэл бусад орчинд ялгаруулах. Зөвхөн тэдгээр электронууд энерги нь ялгаруулагчийн гадна байрлах электроны энергиээс их биеийг орхиж чадна (Ажлын функцийг үзнэ үү). Ийм электронуудын тоо (ихэвчлэн эдгээр нь электронууд ... Физик нэвтэрхий толь бичиг

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- халсан биетүүд (ялгаруулагчид) электроныг вакуум эсвэл бусад орчинд ялгаруулах. Зөвхөн тэдгээр электронууд биеэс гарч чаддаг бөгөөд түүний энерги нь биеийн гадна байрлах электроны энергиээс их байдаг (ГАРЦАХ АЖЛЫГ үзнэ үү). Термодинамик нөхцөлд ийм электронуудын тоо. тэнцэл, ...... Физик нэвтэрхий толь бичиг

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- халсан хатуу эсвэл шингэнээр электрон ялгаруулах (ялгаруулагч). Термионы ялгаралтыг ялгаруулагчаас электронуудын ууршилт гэж үзэж болно. Ихэнх тохиолдолд термионы ялгаралт нь температурт ажиглагддаг ... ... Том нэвтэрхий толь бичиг

термионы ялгаралт- термионы ялгаралт; аж үйлдвэр thermionic emission Электрон ялгаруулдаг хатуу эсвэл шингэн биетийн дулааны төлөвөөс (температураас) шалтгаалсан электрон ялгарал ... Политехникийн нэр томъёоны тайлбар толь бичиг

термионы ялгаралт- Зөвхөн электродын температураас үүдэлтэй электрон ялгаралт. [ГОСТ 13820 77] Сэдэв цахилгаан вакуум төхөөрөмж ... Техникийн орчуулагчийн гарын авлага

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- ТЕРМОЭЛЕКТРОН ЯЛГАРЛАГА, бодисыг халах үед гадаргуугаас ЭЛЕКТРОН "уурших" ... Шинжлэх ухаан, техникийн нэвтэрхий толь бичиг

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- халсан биетүүд (ялгаруулагчид) электроныг вакуум эсвэл бусад орчинд ялгаруулах. Энэ үзэгдэл нь өрөөний температураас хамаагүй өндөр температурт ажиглагддаг; Энэ тохиолдолд биеийн электронуудын нэг хэсэг нь ажлын функцээс илүү (сая тэнцүү) энергийг олж авдаг ... ... Их Политехник нэвтэрхий толь бичиг

термионы ялгаралт- халсан хатуу эсвэл шингэнээр электрон ялгаруулах (ялгаруулагч). Термионы ялгаруулалтыг электронуудын дулааны өдөөх үед ууршилт гэж үзэж болно. Ихэнх тохиолдолд термионы ялгаралт нь ...... үед ажиглагддаг. нэвтэрхий толь бичиг

Термионы ялгаралт- Ричардсон эффект, халсан биетүүд (хатуу, ихэвчлэн шингэн) электроныг вакуум эсвэл янз бүрийн орчинд ялгаруулдаг. Анх 1900 онд О.В.Ричардсон судалсан 1901. T. e. ...... дахь электронуудын ууршилтын процесс гэж үзэж болно. Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичиг

ТЕРМОЭЛЕКТРОНИК ЯЛГАРЛАГА- халсан гадаргуугаас электрон ялгаруулах. 1750 оноос өмнө ч гэсэн халсан хатуу биетүүдийн ойролцоо агаар нь цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадваргүй болох ердийн шинж чанараа алддаг нь мэдэгдэж байсан. Гэсэн хэдий ч энэ үзэгдлийн шалтгаан 1880-аад он хүртэл тодорхойгүй хэвээр байв. Тоогоор нь…… Коллиер нэвтэрхий толь бичиг

термионы ялгаралт- termoelektroninė emisija statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektronų spinduliavimas iš įkaitusių kietųjų kūnų arba skysčių. attikmenys: англи хэл. термоэлектроник ялгаралт. термионы ялгаралт ... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

тестийн асуултууд .. 18

9. Лабораторийн ажил No2. Бага ялгаралтын гүйдлийн нягттай үед термионы ялгаралтыг судлах . 18

Ажлын захиалга .. 19

Тайлангийн шаардлага . 19

тестийн асуултууд .. 19

Оршил

Эмиссийн электроник нь конденсацлагдсан орчноос электрон ялгарах (ялгарах) холбоотой үзэгдлийг судалдаг. Биеийн электронуудын нэг хэсэг нь гадны нөлөөллийн үр дүнд түүний хил дээрх боломжит саадыг даван туулахад хангалттай энергийг олж авах эсвэл гадны цахилгаан орон нь электронуудын нэг хэсгийг "тунгалаг" болгох үед электрон ялгарал үүсдэг. Гадны нөлөөллийн шинж чанараас хамааран дараахь зүйлүүд байдаг.

• термионы ялгаралт (биеийн халаалт);
• хоёрдогч электрон ялгаруулалт (гадаргуугийн электрон бөмбөгдөлт);
• ион-электроны ялгаралт (гадаргууг ионоор бөмбөгдөх);
• фотоэлектроник ялгаралт (цахилгаан соронзон цацраг);
• экзоэлектроникялгаруулалт (механик, дулааны болон бусад төрлийн гадаргуугийн боловсруулалт);
• талбайн ялгаралт (гадаад цахилгаан орон) гэх мэт.

Болороос электроныг хүрээлэн буй орон зайд гаргах, эсвэл нэг талстаас нөгөөд шилжихийг харгалзан үзэх шаардлагатай бүх үзэгдлийн хувьд "Ажлын функц" гэж нэрлэгддэг шинж чанар нь шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Ажлын функц нь электроныг хатуу биетээс гаргаж аваад түүний боломжит энергийг тэг гэж үздэг цэгт байрлуулахад шаардагдах хамгийн бага энерги гэж тодорхойлогддог. Ажлын функцын тухай ойлголт нь янз бүрийн ялгарлын үзэгдлүүдийг дүрслэхээс гадна хоёр металл, хагас дамжуулагчтай металл, хоёр хагас дамжуулагч, түүнчлэн гальваник үзэгдлийн контактын потенциалын зөрүү үүсэхийг тайлбарлахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Удирдамж нь хоёр хэсгээс бүрдэнэ. Эхний хэсэг нь хатуу биет дэх ялгаралтын үзэгдлийн талаархи онолын үндсэн мэдээллийг агуулдаг. Термионы ялгарлын үзэгдэлд гол анхаарал хандуулдаг. Хоёрдахь хэсэгт термионы ялгаралтыг туршилтаар судлах, контактын потенциалын зөрүүг судлах, дээжийн гадаргуу дээрх ажлын функцийг хуваарилах лабораторийн ажлын тодорхойлолтыг багтаасан болно.

1-р хэсэг. Онолын үндсэн мэдээлэл

1. Электроны ажлын функц. Гадаргуугийн төлөв байдлын ажлын үр дүнд үзүүлэх нөлөө

Электронуудыг хатуу дотор байлгаж байгаа нь хатуу биетийн гадаргуугийн давхаргад электронууд түүнийг хүрээлэн буй вакуум руу орхихоос сэргийлдэг удаашруулагч талбар үүсч байгааг харуулж байна. Хатуу биеийн хил дээрх боломжит саадыг бүдүүвч зурагт үзүүлэв. 1. Кристалыг орхихын тулд электрон ажлын функцтэй тэнцэх ажил хийх ёстой. Ялгах термодинамикболон гаднаажлаас гарах.

Термодинамик ажлын функц нь вакуум тэг түвшний энерги ба хатуу биетийн Ферми энергийн ялгаа юм.

Гадны ажлын функц (эсвэл электроны хамаарал) нь тэг вакуум түвшний энерги ба дамжуулах зурвасын доод хэсгийн энергийн хоорондох ялгаа юм (Зураг 1).

Цагаан будаа. 1. Кристал потенциалын хэлбэрУ талст дахь ионуудын байршлын шугамын дагуу болон талстын гадаргуугийн ойролцоох бүсэд: ионуудын байрлалыг хэвтээ шугам дээр цэгээр тэмдэглэсэн; φ=-У /e нь ажлын функцийн потенциал; ЭФ Ферми энерги (сөрөг); Э Cдамжуулалтын зурвасын ёроолын энерги;В.О термодинамик ажлын функц;Ва гадаад ажлын функц; сүүдэртэй хэсэг нь дүүргэсэн электрон төлөвийг ердийн байдлаар дүрсэлдэг

Хатуу бие ба вакуум хоорондын зааг дээр боломжит саад тотгор үүсэх хоёр үндсэн шалтгааныг зааж өгч болно. Тэдний нэг нь болороос ялгарах электрон түүний гадаргуу дээр эерэг цахилгаан цэнэгийг өдөөдөгтэй холбоотой юм. Электрон ба болорын гадаргуугийн хооронд татах хүч үүсдэг (цахилгаан дүрсний хүч, 5-р хэсэг, 12-р зургийг үз) нь электроныг дахин болор руу буцаах хандлагатай байдаг. Өөр нэг шалтгаан нь дулааны хөдөлгөөний улмаас электронууд металлын гадаргууг гаталж, түүнээс бага зайд (атомын дарааллаар) холдож чаддагтай холбоотой юм. Тэд гадаргуугаас дээш сөрөг цэнэгтэй давхарга үүсгэдэг. Энэ тохиолдолд электронууд гарсны дараа болор гадаргуу дээр эерэг цэнэгтэй ионы давхарга үүсдэг. Үүний үр дүнд цахилгаан давхар давхарга үүсдэг. Энэ нь сансар огторгуйд талбар үүсгэдэггүй, харин давхар давхаргын доторх цахилгаан талбарыг даван туулах ажлыг бас шаарддаг.

Ихэнх металл ба хагас дамжуулагчийн ажлын функцын утга нь хэдхэн электрон вольт юм. Жишээлбэл, литийн хувьд ажлын функц нь 2.38 эВ, төмөр - 4.31 эВ, германий - 4.76 эВ, цахиур - 4.8 эВ. Ихэнх тохиолдолд ажлын функцын утгыг электрон ялгаралт үүсэх нэг талст нүүрний талстографийн чиг баримжаагаар тодорхойлдог. Гянтболдын (110) хавтгайд ажлын функц нь 5.3 эВ, (111) ба (100) хавтгайн хувьд эдгээр утгууд нь 4.4 эВ ба 4.6 эВ байна.

Ажлын функц нь болор гадаргуу дээр хуримтлагдсан нимгэн давхаргад ихээхэн нөлөөлдөг. Кристалын гадаргуу дээр тогтсон атом эсвэл молекулууд ихэвчлэн түүнд электрон хандивлах эсвэл түүнээс электрон авч ион болдог. Зураг дээр. Металлаас электроны термодинамикийн ажлын функцийг гүйцэтгэх тохиолдолд металл ба тусгаарлагдсан атомын энергийн диаграммыг 2-т үзүүлэв. W0иончлолын энергиэс илүү E ионатомын гадаргуу дээр хуримтлагдсан, Энэ нөхцөлд атомын электрон энергийн хувьд таатай байдаг хонгилметалл руу орж, түүний дотор Ферми түвшинд бууна. Ийм атомаар бүрхэгдсэн металлын гадаргуу нь сөрөг цэнэгтэй бөгөөд эерэг ионуудтай давхар цахилгаан давхарга үүсгэдэг бөгөөд энэ талбар нь металлын ажлын функцийг бууруулдаг. Зураг дээр. 3a зурагт цезийн нэг давхаргаар бүрсэн вольфрамын талстыг харуулав. Энд дээр дурдсан нөхцөл байдал, эрчим хүчний оноос хойш хэрэгжсэн байна E ионцезий (3.9 эВ) нь вольфрамын (4.5 эВ) ажлын функцээс бага байна. Туршилтанд ажлын функц 3 дахин багасдаг. Хэрэв вольфрам хүчилтөрөгчийн атомаар бүрхэгдсэн бол эсрэг нөхцөл байдал ажиглагдаж байна (Зураг 3б). Хүчилтөрөгч дэх валентийн электронуудын холбоо нь вольфрамынхаас илүү хүчтэй байдаг тул хүчилтөрөгчийг вольфрамын гадаргуу дээр шингээх үед давхар цахилгаан давхарга үүсдэг бөгөөд энэ нь металлын ажлын функцийг нэмэгдүүлдэг. Хамгийн түгээмэл тохиолдол бол гадаргуу дээр тогтсон атом электроноо металлд бүрэн өгөхгүй эсвэл нэмэлт электрон хүлээн авах боловч электрон бүрхүүлээ деформацид оруулснаар гадаргуу дээр шингэсэн атомууд туйлширч цахилгаан диполь болдог ( Зураг 3c). Диполын чиглэлээс хамааран металлын ажлын функц буурч (диполын чиглэл нь 3в-р зурагт тохирч байна) эсвэл нэмэгддэг.

2. Термионы ялгаралтын үзэгдэл

Термионы ялгарал нь хатуу гадаргуугаас электрон ялгаруулдаг нэг хэлбэр юм. Термионы ялгарлын хувьд гадны үйлдэл нь хатуу биеийг халаахтай холбоотой байдаг.

Термионы ялгарлын үзэгдэл нь халсан биетүүд (ялгаруулагч) электроныг вакуум эсвэл бусад орчинд ялгаруулах явдал юм.

Термодинамикийн тэнцвэрийн нөхцөлд электронуудын тоо n(E)хүртэлх зайд энергитэй байх Эөмнө Э+г Э, нь Ферми-Дирак статистикаар тодорхойлогддог.

,(1)

хаана g(E)энергид харгалзах квант төлөвийн тоо Э; Э Ф Ферми энерги; кБольцманы тогтмол; Түнэмлэхүй температур юм.

Зураг дээр. 4-т металлын энергийн схем ба электронуудын энергийн тархалтын муруйг харуулав Т\u003d 0 К, бага температурт Т 1ба өндөр температурт Т 2. 0 К үед бүх электронуудын энерги Фермигийн энергиэс бага байна. Электронуудын аль нь ч талстыг орхиж чадахгүй бөгөөд термионы ялгаралт ажиглагддаггүй. Температур нэмэгдэхийн хэрээр металыг орхиж болох дулааны өдөөгдсөн электронуудын тоо нэмэгдэж, энэ нь термионы ялгарлын үзэгдлийг үүсгэдэг. Зураг дээр. 4 Энэ нь дараах байдалтай харагдаж байна T=T 2Тархалтын муруйны "сүүл" нь боломжит худгийн тэг түвшингээс давж гардаг. Энэ нь боломжит саадын өндрөөс давсан энергитэй электронуудын харагдах байдлыг илтгэнэ.

Металлын хувьд ажлын функц нь хэдхэн электрон вольт юм. Эрчим хүч к Тхэдэн мянган Келвин температурт ч гэсэн энэ нь электрон вольтын багахан хэсэг юм. Цэвэр металлын хувьд 2000 К-ийн температурт электронуудын ихээхэн ялгаралтыг олж авч болно. Жишээлбэл, цэвэр вольфрамд мэдэгдэхүйц ялгаралтыг 2500 К-ийн температурт авч болно.

Термионы ялгаралтыг судлахын тулд халсан биеийн (катод) гадаргуугийн ойролцоо цахилгаан орон үүсгэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь электроныг ялгаруулагч гадаргуугаас зайлуулах (сорох) хурдасгадаг. Цахилгаан орны нөлөөн дор ялгарсан электронууд хөдөлж, цахилгаан гүйдэл үүсдэг бөгөөд үүнийг цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг. термионик. Термионы гүйдлийг ажиглахын тулд вакуум диодыг ихэвчлэн ашигладаг - хоёр электродтой электрон чийдэн. Дэнлүүний катод нь цахилгаан гүйдэлээр халаадаг галд тэсвэртэй металл (волфрам, молибден гэх мэт) -ээр хийсэн утас юм. Анод нь ихэвчлэн улайсдаг катодыг тойрсон металл цилиндр хэлбэртэй байдаг. Термионы гүйдлийг ажиглахын тулд диодыг Зураг дээр үзүүлсэн хэлхээнд холбоно. 5. Потенциалын зөрүү ихсэх тусам термионы гүйдлийн хүч нэмэгдэх нь ойлгомжтой Ванод ба катодын хооронд. Гэхдээ энэ өсөлт нь пропорциональ биш юм В(Зураг 6). Тодорхой хүчдэлд хүрэхэд термионы гүйдлийн өсөлт бараг зогсдог. Өгөгдсөн катодын температур дахь термионы гүйдлийн хязгаарын утгыг ханалтын гүйдэл гэж нэрлэдэг. Ханалтын гүйдлийн утгыг нэгж хугацаанд катодын гадаргуугаас гарах чадвартай термоэлектронуудын тоогоор тодорхойлно. Энэ тохиолдолд катодоос термионы ялгаралтын үр дүнд нийлүүлсэн бүх электронууд нь цахилгаан гүйдэл үүсгэхэд ашиглагддаг.

3. Термионы гүйдлийн температураас хамаарах хамаарал. Томъёо Ричардсон-Дешман

Термионы гүйдлийн нягтыг тооцоолохдоо бид электрон хийн загварыг ашиглаж, хэрэглэх болнотүүнд Ферми-Дирак статистик. Мэдээжийн хэрэг, термионы гүйдлийн нягтыг (1) томъёогоор тодорхойлсон болор гадаргуугийн ойролцоох электрон үүлний нягтаар тодорхойлно. Энэ томьёогоор электрон энергийн тархалтаас электронуудын импульсийн тархалт хүртэл авч үзье. Үүний зэрэгцээ бид электрон долгионы векторын зөвшөөрөгдсөн утгыг анхаарч үздэг к in к -орон зайг жигд хуваарилж, утга тус бүрт к дансны хэмжээ 8 х 3 (нэгдэлтэй тэнцүү болор эзэлхүүний хувьд). Үүнийг харгалзан үзвэл электроны импульс p =ћ к Бид импульсийн орон зайн эзлэхүүний элемент дэх квант төлөвүүдийн тоог олж авна dp xdpydpzтэнцүү байх болно

(2)

Томъёоны (2) тоологч дахь хоёр нь электрон эргэлтийн хоёр боломжит утгыг харгалзан үздэг.

Тэнхлэгээ чиглүүлье zкатодын гадаргуугийн хэвийн тэгш өнцөгт координатын систем (Зураг 7). Кристалын гадаргуу дээр нэгж талбайн талбайг хуваарилж, түүн дээр хажуу ирмэгтэй тэгш өнцөгт параллелепипед байгуулъя. vz =p z /м н(м нүр дүнтэй электрон масс). Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ханалтын гүйдлийн нягтралд электронууд хувь нэмэр оруулдаг vzтэнхлэгийн хурд z. Нэг электроноос одоогийн нягтралд оруулах хувь нэмэр

(3)

хаана днь электроны цэнэг юм.

Харгалзан үзэж буй интервалд хурд нь багтсан параллелепипед дэх электронуудын тоо:

Электрон ялгаруулах явцад болор торыг устгахгүйн тулд электронуудын өчүүхэн хэсэг нь талстаас гарах ёстой. Үүний тулд (4) томъёоноос харахад нөхцөл байдал ТЭРФ>> кТ. Ийм электронуудын хувьд (4) томъёоны хуваагч дахь нэгжийг үл тоомсорлож болно. Дараа нь энэ томъёог хэлбэрт шилжүүлнэ

(5)

Одоо электронуудын тоог олоорой dNавч үзэж буй эзлэхүүнд z- хооронд нь бэхлэгдсэн импульсийн бүрэлдэхүүн хэсэг Р zболон Р z +dpz. Үүнийг хийхийн тулд өмнөх илэрхийлэл дээр нэгтгэгдсэн байх ёстой Р x болон Р y–∞-аас +∞ хүртэл. Үүнийг нэгтгэхдээ үүнийг анхаарч үзэх хэрэгтэй

,

мөн хүснэгтийн интегралыг ашиглана

,.

Үүний үр дүнд бид авдаг

.(6)

Одоо (3) -ийг харгалзан бид параллелепипедийн бүх электронуудын үүсгэсэн термионы гүйдлийн нягтыг олно. Үүнийг хийхийн тулд кинетик энерги нь Ферми түвшинд байгаа бүх электронуудын хувьд (6) илэрхийллийг нэгтгэх шаардлагатай. E≥E F+W0.Зөвхөн ийм электронууд болорыг орхиж чадах ба зөвхөн тэдгээр нь дулааны гүйдлийг тооцоолоход үүрэг гүйцэтгэдэг. Ийм электронуудын тэнхлэгийн дагуух импульсийн бүрэлдэхүүн хэсэг Знөхцөлийг хангасан байх ёстой

.

Тиймээс ханалтын гүйдлийн нягт

-ийн бүх утгын хувьд интеграци хийгддэг. Бид шинэ интеграцийн хувьсагчийг танилцуулж байна

Дараа нь p z dp z =м н дуболон

.(8)

Үүний үр дүнд бид авдаг

,(9)

,(10)

тогтмол хаана байна

.

Тэгш байдлыг (10) томъёо гэж нэрлэдэг Ричардсон-Дешман. Термионы ханалтын гүйдлийн нягтыг хэмжих замаар А тогтмол ба W 0 ажлын функцийг тооцоолохдоо энэ томъёог ашиглаж болно. Туршилтын тооцооллын хувьд томъёо Ричардсон-Дешманхэлбэрээр илэрхийлэхэд тохиромжтой

Энэ тохиолдолд график дээр хамаарал ln (js /T2) 1-ээс /Тшулуун шугамаар илэрхийлнэ. Шугамын y тэнхлэгтэй огтлолцол нь ln-ийг тооцоолно ГЭХДЭЭ , ба ажлын функцийг шулуун шугамын налуугаас тодорхойлно (Зураг 8).

4. Холбоо барих боломжит зөрүү

Хоёр электрон дамжуулагч, жишээлбэл, өөр өөр ажлын функцтэй хоёр металл ойртож, холбогдох үед тохиолддог процессуудыг авч үзье. Эдгээр металлын эрчим хүчний схемийг Зураг дээр үзүүлэв. 9. Болъё ЭF1болон ЭF2нь эхний болон хоёр дахь металлын хувьд Ферми энерги бөгөөд W01болон W02нь тэдний ажлын функц юм. Тусгаарлагдсан төлөвт металууд ижил вакуум түвшинтэй байдаг тул өөр өөр Ферми түвшинтэй байдаг. Үүнийг тодорхой гэж бодъё W01< W02, тэгвэл эхний металлын Ферми түвшин хоёр дахь металлынхаас өндөр байх болно (Зураг 9a). Эдгээр металлууд 1-р метал дахь эзлэгдсэн электрон төлөвт хүрэхэд чөлөөтэй байдаг эрчим хүчний түвшинметалл 2. Иймээс эдгээр дамжуулагчид хүрэлцэх үед 1-р дамжуулагчаас 2-р дамжуулагч руу электронуудын урсгал үүсдэг. Энэ нь электроноо алдаж буй эхний дамжуулагч эерэг цэнэгтэй болж, хоёр дахь дамжуулагчийг олж авахад хүргэдэг. нэмэлт сөрөгцэнэг нь сөрөг цэнэгтэй байна. Цэнэглэсний улмаас 1-р металлын бүх энергийн түвшин доош, 2-р метал дээш шилждэг. Түвшин шилжих үйл явц ба электрон дамжуулагч 1-ээс дамжуулагч 2 руу шилжих үйл явц нь хоёр дамжуулагчийн Ферми түвшин зэрэгцэх хүртэл үргэлжилнэ (Зураг 9б). Энэ зургаас харахад тэнцвэрийн төлөв нь 0 1 ба 0 2 дамжуулагчийн тэг түвшний потенциалын зөрүүтэй тохирч байна.

.(11)

Боломжит ялгаа V K.R.Pдуудсан холбоо барих боломжит зөрүү. Тиймээс контактын потенциалын зөрүүг контакт дамжуулагчаас электронуудын ажлын функцүүдийн зөрүүгээр тодорхойлно. Хүлээн авсан үр дүн нь хоёр материалын хоорондох электрон солилцооны аливаа аргад, түүний дотор вакуум дахь термионы ялгаралт, гадаад хэлхээгээр дамжин өнгөрөх гэх мэт хүчинтэй байна. Металл хагас дамжуулагчтай холбогдох үед ижил төстэй үр дүн гардаг. Металл ба хагас дамжуулагчийн хооронд контактын потенциалын зөрүү үүсдэг бөгөөд энэ нь хоёр металлын хооронд (ойролцоогоор 1 В) хүрэхтэй ижил хэмжээний дараалалтай байна. Цорын ганц ялгаа нь хэрэв дамжуулагчийн бүх контактын потенциалын зөрүү нь бараг металлын хоорондох завсар дээр унадаг бол метал хагас дамжуулагчтай холбогдох үед контактын потенциалын зөрүү бүхэлдээ хангалттай том давхарга үүсч баяжуулсан хагас дамжуулагч дээр унадаг. эсвэл электроны хомсдолтой. Хэрэв энэ давхарга электроноор шавхагдсан бол (n төрлийн хагас дамжуулагчийн ажлын функц нь металлын ажлын функцээс бага тохиолдолд) ийм давхарга блоклох ба ийм шилжилт гэж нэрлэдэгшулуун болгох шинж чанартай байх болно. Хагас дамжуулагчтай металлын шулуутгагч контактын үед үүсэх боломжит саадыг нэрлэдэг Шоттки саад, мөн түүний үндсэн дээр ажилладаг диодууд - Шоттки диодууд.

Вольт-амперялгаралтын гүйдлийн нягтрал багатай халуун катодын шинж чанар. Шоттки эффект

Хэрэв дулааны катод ба диодын анод (Зураг 5) хооронд боломжит зөрүүг үүсгэнэ. В, энэ нь электронуудын анод руу шилжихээс сэргийлдэг бол зөвхөн анод ба катодын хоорондох электростатик талбайн энергиэс багагүй кинетик энергийн нөөцтэй катодоос ниссэн электронууд л анод руу орж болно. –e В(В< 0). Үүнийг хийхийн тулд тэдний халуун катод дахь энерги нь дор хаяж байх ёстой W 0 -eВ. Дараа нь томъёогоор солино Ричардсон-Дешман (10) W0дээр W 0 -eВ, бид дулааны ялгаруулалтын гүйдлийн нягтын дараах илэрхийллийг олж авна.

,(12)

энд j Снь ханалтын гүйдлийн нягт юм. Бид энэ илэрхийллийг логарифм болгоно

.(13)

Анод дахь эерэг потенциалтай бол халуун катодоос гарсан бүх электронууд анод руу очдог. Тиймээс хэлхээний гүйдэл нь ханалтын гүйдэлтэй тэнцүү хэвээр үлдэж өөрчлөгдөх ёсгүй. Энэ замаар, вольт-амперДулааны катодын шинж чанар (CVC) нь зурагт үзүүлсэн хэлбэртэй байна. 10 (муруй a).

Үүнтэй төстэй I-V шинж чанар нь ялгаруулах гадаргуугийн ойролцоо электронуудын орон зайн чухал цэнэг байхгүй үед л анод дахь харьцангуй бага ялгаралтын гүйдлийн нягт, өндөр эерэг потенциалтай үед ажиглагддаг. Сансрын цэнэгийг харгалзан халуун катодын вольт-ампер шинж чанарыг Sec-д авч үзнэ. 6.

Бага ялгаралтын гүйдлийн нягттай үед CVC-ийн өөр нэг чухал шинж чанарыг тэмдэглэе. Дулааны гүйдэл нь ханалтанд хүрдэг гэсэн дүгнэлт В=0 нь зөвхөн катод ба анодын материал ижил термодинамикийн ажлын функцтэй байх тохиолдолд л хүчинтэй. Хэрэв катод ба анодын ажлын функцүүд хоорондоо тэнцүү биш бол анод ба катодын хооронд контактын потенциалын зөрүү гарч ирнэ. Энэ тохиолдолд гаднах цахилгаан орон байхгүй байсан ч гэсэн ( В=0) анод ба катодын хооронд контактын потенциалын ялгаанаас болж цахилгаан орон үүснэ. Жишээлбэл, хэрэв W 0k< W 0а анод нь катодтой харьцуулахад сөрөг цэнэгтэй байх болно. Контакт потенциалын зөрүүг устгахын тулд анод дээр эерэг хэвийлт хийх хэрэгтэй. Тийм ч учраас вольт-амперхалуун катодын шинж чанар нь контактын потенциалын зөрүүний утгаар эерэг потенциал руу шилждэг (Зураг 10, муруй b). хооронд урвуу хамааралтай W 0kболон W 0а CVC шилжилтийн чиглэл нь эсрэг байна (10-р зураг дээрх c муруй).

Ханалтын гүйдлийн нягтын бие даасан байдлын талаархи дүгнэлт В>0 нь маш оновчтой. Термионы ялгаралтын бодит I-V шинж чанарт термионы ялгаралтын гүйдэл бага зэрэг нэмэгдэж байгаа нь ихсэх тусам ажиглагддаг. В-тэй холбоотой ханалтын горимд Шоттки эффект(Зураг 11).

Шоттки эффект нь гадны хурдатгалтай цахилгаан орны нөлөөн дор хатуу биетээс электронуудын ажлын функцийг бууруулах явдал юм.

Шотткийн эффектийг тайлбарлахын тулд болор гадаргуугийн ойролцоох электрон дээр үйлчлэх хүчийг авч үзье. Электростатик индукцийн хуулийн дагуу болорын гадаргуу дээр эсрэг тэмдэгтэй гадаргуугийн цэнэгүүд үүсдэг бөгөөд энэ нь болорын гадаргуутай электроны харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог. Цахилгаан дүрсний аргын дагуу электрон дээрх бодит гадаргуугийн цэнэгийн үйлчлэл нь зохиомол үйлдлээр солигддог. эерэг онооцэнэглэх +eболор гадаргуугаас электронтой ижил зайд байрладаг боловч гадаргуугийн эсрэг талд (Зураг 12). Дараа нь Кулоны хуулийн дагуу хоёр цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч

,(14)

энд ε о- цахилгаан тогтмол: Xнь электрон ба болор гадаргуугийн хоорондох зай юм.

Цахилгаан дүрсний хүчний талбар дахь электроны потенциал энерги нь тэг вакуум түвшнээс эхлэн тоолоход тэнцүү байна.

.(15)

Гадны хурдатгалтай цахилгаан орон дахь электроны потенциал энерги Э

Электроны нийт потенциал энерги

.(17)

Кристалын гадаргуугийн ойролцоо байрлах электроны нийт энергийн график олдворыг Зураг дээр үзүүлэв. 13, энэ нь болороос электроны ажлын функц буурч байгааг тодорхой харуулж байна. Электроны потенциал энергийн нийт муруй (13-р зураг дээрх хатуу муруй) цэг дээр хамгийн ихдээ хүрдэг. х м:

.(18)

Энэ цэг нь гадаргуугаас 10Å зайд гаднах талбайн хүч чадалтай байдаг » 3× 10 6 В/см.

Яг цэг дээр X м боломжит саад бэрхшээлийн бууралттай тэнцүү нийт боломжит энерги (мөн ажлын функцын бууралт),

.(19)

Schottky эффектийн үр дүнд анод дахь эерэг хүчдэлийн дулааны диодын гүйдэл нь анодын хүчдэл нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Энэ нөлөө нь зөвхөн вакуум руу электрон ялгарах үед төдийгүй металл-хагас дамжуулагч эсвэл металл-диэлектрик контактуудаар дамжих үед илэрдэг.

6. Сансрын цэнэгээр хязгаарлагдсан вакуум дахь гүйдэл. Гурван секундын хууль

Термионы ялгарлын өндөр гүйдлийн нягтын үед гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарт катод ба анодын хооронд үүсэх сөрөг цэнэгийн хэмжээ ихээхэн нөлөөлдөг. Энэ эзэлхүүний сөрөг цэнэг нь катодоос ялгарах электронуудыг анод хүрэхээс сэргийлдэг. Тиймээс анодын гүйдэл нь катодоос электрон ялгаруулах гүйдлээс бага байна. Анод дээр эерэг потенциал өгөхөд орон зайн цэнэгээс үүссэн катод дахь нэмэлт потенциалын саад багасч, анодын гүйдэл нэмэгддэг. Энэ бол дулааны диодын одоогийн хүчдэлийн шинж чанарт сансрын цэнэгийн нөлөөллийн чанарын зураг юм. Онолын хувьд энэ асуултыг 1913 онд Лангмуйр судалжээ.

Хэд хэдэн хялбаршуулсан таамаглалын дагуу бид дулааны диодын гүйдлийн анод ба катодын хооронд хэрэглэж буй гадаад потенциалын ялгаанаас хамаарах хамаарлыг тооцоолж, анод ба катодын хоорондох талбар, потенциал, электрон концентрацийн тархалтыг олдог. зайны цэнэг.

Цагаан будаа. 14. "Гурван секунд"-ын хуулийн дүгнэлтэд

Диодын электродууд хавтгай байна гэж үзье. Анод ба катодын хооронд бага зайтай гтэдгээрийг хязгааргүй том гэж үзэж болно. Бид координатын гарал үүслийг катодын гадаргуу, тэнхлэг дээр байрлуулна Xэнэ гадаргуутай перпендикуляраар анод руу чиглүүлнэ (Зураг 14). Катодын температур тогтмол бөгөөд тэнцүү байх болно Т. Цахилгаан статик талбайн боломж j Анод ба катодын хоорондох зайд байгаа нь зөвхөн нэг координатын функц байх болно. X. Тэр сэтгэл хангалуун байх ёстой Пуассоны тэгшитгэл

,(20)

энд r их хэмжээний цэнэгийн нягт; nэлектрон концентраци; j , r болон nнь координатын функцууд юм X.

Катод ба анодын хоорондох одоогийн нягтыг харгалзан үзвэл

ба электроны хурд vтэгшитгэлээс тодорхойлж болно

хаана мнь электроны масс бөгөөд (20) тэгшитгэлийг хэлбэрт шилжүүлж болно

, .(21)

Энэ тэгшитгэлийг хилийн нөхцлөөр нэмэх шаардлагатай

Эдгээр хилийн нөхцлүүд нь катодын гадаргуу дээрх потенциал ба цахилгаан талбайн хүч алга болох ёстойгоос үүдэлтэй. (21) тэгшитгэлийн хоёр талыг үржүүлэх гj /dx, бид авдаг

.(23)

Үүнийг харгалзан үзвэл

(24а)

болон ,(24б)

бид (23) гэж бичнэ

.(25)

Одоо бид (25) тэгшитгэлийн хоёр талыг нэгтгэж болно X 0-ээс тухайн утга хүртэл байна x, боломж байгаа үед j . Дараа нь хилийн нөхцөлийг (22) харгалзан бид олж авна

Дотор нь (27) хоёр хэсгийг нэгтгэх X=0, j =0 хүртэл X=1, j= Ва, бид авдаг

.(28)

Тэгш байдлын хоёр талыг квадрат болгох (28) ба одоогийн нягтыг илэрхийлэх j-аас а(21) дагуу бид авна

.(30)

Формула (29) нь Лангмюрийн "гурван секундын хууль" гэж нэрлэгддэг.

Энэ хууль нь дурын хэлбэртэй электродуудад хүчинтэй. Тоон коэффициентийн илэрхийлэл нь электродын хэлбэрээс хамаарна. Дээр олж авсан томьёо нь катод ба анодын хоорондох зай дахь потенциал, цахилгаан талбайн хүч, электрон нягтын хуваарилалтыг тооцоолох боломжтой болгодог. (26)-ын хүрээнд илэрхийллийн интеграцчилал XПотенциал байх үеийн утга хүртэл =0 j , харилцаанд хүргэдэг

тэдгээр. боломжит өөрчлөлт нь катодын зайтай пропорциональ X 4/3-ийн хүчин чадалтай. Дериватив гj/ dxэлектродуудын хоорондох цахилгаан орны хүчийг тодорхойлдог. (26) дагуу цахилгаан орны хүч чадлын хэмжээ Э ~X 19 . Эцэст нь электроны концентраци

(32)

ба (31) дагуу n(x)~ (1/x) 2/9 .

Хамаарал j (X ), Э(X) ба n(X) зурагт үзүүлэв. 15. Хэрэв X→0, дараа нь концентраци нь хязгааргүй байх хандлагатай байдаг. Энэ нь катодын ойролцоох электронуудын дулааны хурдыг үл тоомсорлосны үр дагавар юм. Термионы ялгаралттай бодит нөхцөлд электронууд катодыг тэг хурдтайгаар биш, харин тодорхой хэмжээгээр хязгаарлагдмал ялгаралтын хурдтайгаар орхидог. Энэ тохиолдолд катодын ойролцоо жижиг урвуу цахилгаан орон байсан ч анодын гүйдэл байх болно. Үүний үр дүнд эзэлхүүний цэнэгийн нягт нь катодын ойролцоох потенциал сөрөг утгатай болж буурдаг утгууд руу өөрчлөгдөж болно (Зураг 16). Анодын хүчдэл нэмэгдэхийн хэрээр боломжит минимум буурч, катод руу ойртоно (16-р зурагт 1 ба 2-р муруй). Анод дахь хангалттай өндөр хүчдэлийн үед боломжит минимум нь катодтой нэгдэж, катодын талбайн хүч тэгтэй тэнцүү болж, хамаарал j (X) хандлага (29), электроны анхны хурдыг харгалзахгүйгээр тооцоолсон (16-р зурагт 3-р муруй). Анодын өндөр хүчдэлийн үед зайны цэнэгийг бараг бүрэн шингээж авдаг бөгөөд катод ба анодын хоорондох потенциал нь шугаман байдлаар өөрчлөгддөг (муруй 4, Зураг 16).

Тиймээс электроны анхны хурдыг харгалзан электрод хоорондын зай дахь боломжит хуваарилалт нь "гурван секунд" хуулийг гаргахдаа идеалжуулсан загварын үндэс болсоноос эрс ялгаатай байна. Энэ нь анодын гүйдлийн нягтын өөрчлөлт, хамааралд хүргэдэг. Зурагт үзүүлсэн боломжит тархалтын тохиолдолд электроны анхны хурдыг харгалзан үзсэн тооцоо. 17, цилиндр электродын хувьд термионы ялгаралтын нийт гүйдлийн дараах хамаарлыг өгнө. I (I=jS, хаана Сдулааны гүйдлийн хөндлөн огтлолын талбай):

.(33)

Сонголтууд х мболон Vmхамаарлын төрлөөр тодорхойлогддог j (X), тэдгээрийн утга нь Зураг дээр тодорхой харагдаж байна. 17. Параметр X м потенциал хамгийн бага утгадаа хүрэх катодын зайтай тэнцүү = Vm. Хүчин зүйл C(х м), Түүнээс гадна х м, катод ба анодын радиусаас хамаарна. Тэгшитгэл (33) нь анодын хүчдэлийн бага зэргийн өөрчлөлтөд хүчинтэй, учир нь болон X м болон Vm, дээр дурдсанчлан анодын хүчдэлээс хамаарна.

Тиймээс "гурван секундын" хууль нь бүх нийтийнх биш, зөвхөн хүчдэл, гүйдлийн харьцангуй нарийн хязгаарт хүчинтэй байдаг. Гэхдээ энэ нь электрон төхөөрөмжийн гүйдэл ба хүчдэлийн шугаман бус хамаарлын тод жишээ юм. Одоогийн хүчдэлийн шинж чанарын шугаман бус байдал нь радио болон цахилгаан хэлхээний олон элемент, түүний дотор хатуу төлөвт электроникийн элементүүдийн хамгийн чухал шинж чанар юм.

2-р хэсэг. Лабораторийн ажил

7. Термионы ялгаралтыг судлах туршилтын төхөөрөмж

1 ба 2-р лабораторийн ажлыг бүх нийтийн лабораторийн стенд дээр үндэслэн хийсэн ижил лабораторийн төхөөрөмж дээр гүйцэтгэдэг. Суулгах диаграммыг зурагт үзүүлэв. 18. Хэмжилтийн хэсэгт шууд болон шууд бус халаалтын катодтой вакуум диод EL байна. "Улайсгасан" утас, анод "Анод" ба катодын "Катодын" контактуудыг хэмжих хэсгийн урд талын самбарт авчирдаг. Дулааны эх үүсвэр нь B5-44A төрлийн тогтворжсон шууд гүйдлийн эх үүсвэр юм. Диаграм дээрх I дүрс нь эх үүсвэр нь одоогийн тогтворжуулах горимд ажиллаж байгааг харуулж байна. Тогтмол гүйдлийн эх үүсвэртэй ажиллах журмыг энэ төхөөрөмжийн техникийн тодорхойлолт, ашиглалтын заавраас олж болно. Лабораторийн ажилд ашигладаг бүх цахилгаан хэмжих хэрэгслийн ижил төстэй тодорхойлолтууд байдаг. Анодын хэлхээнд дулааны диодын анодын гүйдлийг хэмжихэд тогтмол гүйдлийн хэмжилтийн горимд ашигладаг тогтворжуулсан тогтмол гүйдлийн эх үүсвэр B5-45A ба бүх нийтийн дижитал вольтметр V7-21A орно. Анодын хүчдэл ба катодын судлын гүйдлийг хэмжихийн тулд та тэжээлийн эх үүсвэрт суурилуулсан төхөөрөмжийг ашиглаж болно, эсвэл катодын хүчдэлийг илүү нарийвчлалтай хэмжихийн тулд нэмэлт RV7-32 вольтметрийг холбож болно.

Хэмжих хэсэг нь янз бүрийн ажлын катодын утас бүхий вакуум диодуудыг агуулж болно. Нэрлэсэн судалтай гүйдлийн үед диод нь зайны цэнэгээр анодын гүйдлийг хязгаарлах горимд ажилладаг. №1 лабораторийг дуусгахад энэ горим шаардлагатай. Лабораторийн ажил №2 нь судлын багассан гүйдлээр, зайны цэнэгийн нөлөөлөл багатай үед хийгддэг. Судасны гүйдлийг тохируулахдаа ялангуяа болгоомжтой байх хэрэгтэй, учир нь. өгөгдсөн электрон хоолойн нэрлэсэн утгаас хэтэрсэн судалтай гүйдэл нь катодын судал шатаахад хүргэдэг бөгөөд диод ажиллахгүй болно. Тиймээс ажилдаа бэлдэхдээ тухайн ажилд ашигласан диодын гэрэлтүүлгийн ажлын гүйдлийн утгыг багш эсвэл инженерээс шалгаж, ажлын дэвтэрт өгөгдлийг бичиж, тайлан гаргахдаа ашиглахаа мартуузай. лабораторийн ажил дээр.

8. Лабораторийн ажил No1. Сансрын цэнэгийн нөлөөллийн судалгаа вольт-ампердулааны гүйдлийн шинж чанар

Ажлын зорилго: термионы ялгаралтын гүйдлийн анодын хүчдэлээс хамаарлыг туршилтаар судлах, "гурван секундын" хуулийн экспонентыг тодорхойлох.

Вольт-амперТермионы ялгаралтын гүйдлийн шинж чанарыг "гурван секунд" хуулиар тодорхойлсон (6-р хэсгийг үз). Диодын энэ горим нь катодын судлын хангалттай өндөр гүйдэлтэй үед тохиолддог. Ихэвчлэн судлын нэрлэсэн гүйдлийн үед вакуум диодын гүйдэл нь зайны цэнэгээр хязгаарлагддаг.

Энэхүү лабораторийн ажлыг гүйцэтгэх туршилтын тохиргоог сек-д тайлбарласан болно. 7. Ажилд диодын гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг судлын нэрлэсэн гүйдлээр авах шаардлагатай. Ашигласан вакуум хоолойн масштабын ажлын гүйдлийн утгыг багш, инженерээс авч, ажлын дэвтэрт бичнэ.

Ажлын захиалга

1. Туршилтын төхөөрөмжийг ажиллуулахад шаардлагатай төхөөрөмжтэй ажиллах тайлбар, журамтай танилцах. 18-р зургийн дагуу хэлхээг угсарна. Угсарсан хэлхээний зөв эсэхийг инженер, багш шалгасны дараа л угсрах ажлыг сүлжээнд холбож болно.

2. Катодын судлын гүйдлийн тэжээлийн эх үүсвэрийг асааж, шаардлагатай судлын гүйдлийг тохируулна. Судасны гүйдэл өөрчлөгдөхөд судлын температур ба эсэргүүцэл өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь судалтай гүйдлийн өөрчлөлтөд хүргэдэг тул тохируулгыг дараалсан ойролцоо аргаар хийх ёстой. Тохируулга дууссаны дараа судлын гүйдэл ба катодын температур тогтворжих хүртэл ойролцоогоор 5 минут хүлээх шаардлагатай.

3. Тогтмол хүчдэлийн эх үүсвэрийг анодын хэлхээнд холбож, анод дахь хүчдэлийг өөрчилснөөр одоогийн хүчдлийн шинж чанарыг цэгээр авна. Одоогийн хүчдэлийн шинж чанарыг 0 ... 25 В, 0.5 ... 1 В тутамд авна.

би а(Ва), хаана би а- анодын гүйдэл, Вань анодын хүчдэл юм.

5. Хэрэв анодын хүчдэлийн өөрчлөлтийн мужийг бага гэж үзвэл утгууд х м, C(x, n) ба Vm, (33) томъёонд орсон , тогтмол авч болно.Томоор нь Вахэмжээ Vmүл тоомсорлож болно. Үүний үр дүнд (33) томъёог (дулааны гүйдлийн нягтралаас гарсны дараа) хэлбэрт шилжүүлнэ. jтүүнд бүрэн утга I)

6. Томъёогоор (34) утгыг тодорхойлно FROMодоогийн хүчдэлийн шинж чанар дээрх анодын хүчдэлийн гурван дээд утгын хувьд. Олж авсан утгуудын арифметик дундажийг тооцоол. Энэ утгыг томъёонд (33) орлуулан утгыг тодорхойлно Vmгурван хамгийн бага анодын хүчдэл ба арифметик дундажийг тооцоолно Vm.

7. Хүлээн авсан утгыг ашиглах Vm, plot ln би а ln-аас Ва+|Vm|). Энэ графикийн өнцгийн шүргэгчээр хамаарлын зэргийг тодорхойл би а(V a + Vm). Энэ нь 1.5-тай ойролцоо байх ёстой.

8. Ажлын тайлан гаргах.

Тайлангийн шаардлага

5. Ажлын талаархи дүгнэлт.

тестийн асуултууд

1. Термионы ялгаралт үүсэх үзэгдлийг юу гэж нэрлэдэг вэ? Электроны ажлын функцийг тодорхойлно уу. Термодинамик ба гадаад ажлын функцийн хооронд ямар ялгаа байдаг вэ?

2. Хатуу-вакуум интерфэйс дээр боломжит хаалт үүссэн шалтгааныг тайлбарла.

3. Металлын энергийн схем ба электрон энергийн тархалтын муруй дээр үндэслэн металаас электрон ялгарах дулааны ялгаруулалтыг тайлбарла.

4. Термионы гүйдэл ямар нөхцөлд ажиглагддаг вэ? Термионы гүйдлийг хэрхэн ажиглах вэ? Дулааны диодын гүйдэл нь хэрэглэсэн цахилгаан талбайгаас хэрхэн хамаардаг вэ?

5. Хуулиа тодорхойл Ричардсон-Дешман

6. Дулааны диодын одоогийн хүчдэлийн шинж чанарт эзлэхүүний сөрөг цэнэгийн нөлөөллийн чанарын зургийг тайлбарла. Лангмюрын гурван секундын хуулийг томъёол.

7. Сансрын цэнэгээр хязгаарлагдсан гүйдлийн үед катод ба анодын хоорондох зай дахь потенциал, цахилгаан орны хүч ба электрон нягтын хуваарилалт юу вэ?

8. Сансрын цэнэг болон электроны анхны хурдыг харгалзан анод ба катодын хоорондох хүчдэлээс дулаан ялгаруулах гүйдэл ямар хамааралтай вэ? Энэ хамаарлыг тодорхойлсон параметрүүдийн утгыг тайлбарлах;

9. Термионы ялгаруулалтыг судлах туршилтын төхөөрөмжийн зохион байгуулалтыг тайлбарлана уу. Тусдаа хэлхээний элементүүдийн зорилгыг тайлбарла.

10. "Гурван секунд"-ын хуулиар илтгэгчийг туршилтаар тодорхойлох аргыг тайлбарла.

9. Лабораторийн ажил No2. Бага ялгаралтын гүйдлийн нягттай үед термионы ялгаралтыг судлах

Ажлын зорилго: бага катодын халаалтын гүйдлийн үед дулааны диодын гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг судлах. Туршилтын үр дүнгээс катод ба анодын контактын потенциалын зөрүү, катодын температурыг тодорхойлох.

Дулааны гүйдлийн нягтрал багатай үед вольт-ампершинж чанар нь катод ба анодын хоорондох контактын потенциалын зөрүүний модульд тохирсон гулзайлтын цэг бүхий онцлог хэлбэртэй байна (Зураг 10). Катодын температурыг дараах байдлаар тодорхойлж болно. Дулааны гүйдлийн нягтралаас эхлээд бага гүйдлийн нягтын үед термионы ялгаралтын гүйдлийн хүчдлийн шинж чанарыг тодорхойлсон тэгшитгэл (12)-ыг авч үзье. jбүрэн үнэ цэнээр нь I(j=би /С, хаана Сдулааны гүйдлийн хөндлөн огтлолын талбай). Дараа нь бид авна

хаана Би Сханалтын гүйдэл юм.

Логарифмчилбал (35), бид байна

.(36)

Тэгшитгэл (36) нь гулзайлтын цэгийн зүүн талд байгаа хэсгийн гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарыг тодорхойлсон тул катодын температурыг тодорхойлохын тулд энэ хэсэгт анодын гүйдэл бүхий дурын хоёр цэгийг авах шаардлагатай. би 1, би 2ба анодын хүчдэл Та 1, Та 2тус тус. Дараа нь тэгшитгэлийн дагуу (36)

Тиймээс катодын температурын хувьд бид ажлын томъёог олж авдаг

.(37)

Ажлын захиалга

Лабораторийн ажлыг гүйцэтгэхийн тулд та дараахь зүйлийг хийх ёстой.

1. Туршилтын төхөөрөмжийг ажиллуулахад шаардлагатай төхөөрөмжтэй ажиллах тайлбар, журамтай танилцах. Зурагт заасны дагуу хэлхээг угсарна. 18. Угсарсан хэлхээний зөв эсэхийг инженер, багш шалгасны дараа л угсралтыг сүлжээнд холбож болно.

2. Катодын судалтай гүйдлийн тэжээлийн хангамжийг асааж, шаардлагатай судалтай гүйдлийг тохируулна. Гүйдлийг тохируулсны дараа судлын гүйдэл ба катодын температур тогтворжих хүртэл ойролцоогоор 5 минут хүлээх шаардлагатай.

3. Тогтмол хүчдэлийн эх үүсвэрийг анодын хэлхээнд холбож, анод дахь хүчдэлийг өөрчилснөөр одоогийн хүчдлийн шинж чанарыг цэгээр авна. Вольт-ампер 0.05 ... 0.2 В тутамд 0 ... 5 В-ийн хүрээнд шинж чанарыг авна.

4. Хэмжилтийн үр дүнг ln координатаар график дээр үзүүл би а(Ва), хаана би а- анодын гүйдэл, Вань анодын хүчдэл юм. Энэ ажилд контактын потенциалын зөрүүг график аргаар тодорхойлдог тул хэвтээ тэнхлэгийн дагуух хуваарийг зөв тодорхойлохын тулд сонгох хэрэгтэй. V K.R.P 0.1 В-оос багагүй байна.

5. Гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанарын гулзайлтын цэг дээр үндэслэн анод ба катодын хоорондох контактын потенциалын зөрүүг тодорхойлно.

6. Гулзайлтын цэгийн зүүн талд байгаа гүйдлийн хүчдлийн шинж чанарын налуу шугаман огтлолын гурван хос цэгийн катодын температурыг тодорхойлно. Катодын температурыг (37) томъёогоор тооцоолно. Энэ өгөгдлөөс дундаж температурын утгыг тооцоол.

7. Ажлын тайланг бэлтгэх.

Тайлангийн шаардлага

Тайлан нь стандарт А4 цаасан дээр хийгдсэн бөгөөд дараахь зүйлийг агуулсан байх ёстой.

1. Онолын үндсэн мэдээлэл.

2. Туршилтын зохион байгуулалтын схем ба түүний товч тайлбар.

3. Хэмжилт, тооцооллын үр дүн.

4. Туршилтын олж авсан үр дүнгийн шинжилгээ.

5. Ажлын талаархи дүгнэлт.

тестийн асуултууд

1. Электрон ялгаралтын төрлүүдийг жагсаа. Электрон ялгаралтын төрөл бүрт электрон ялгарах шалтгаан юу вэ?

2. Термионы ялгаралтын үзэгдлийг тайлбарла. Хатуу биетээс электроны ажлын функцийг тодорхойлно уу. Хатуу вакуум интерфэйс дээр болзошгүй саад тотгор байгааг хэрхэн тайлбарлах вэ?

3. Металлын энергийн схем ба электрон энергийн тархалтын муруй дээр үндэслэн металаас электрон ялгарах дулааны ялгаруулалтыг тайлбарла.

4. Хуулиа тодорхойл Ричардсон-Дешман. Энэ хуульд орсон хэмжигдэхүүнүүдийн физик утгыг тайлбарлана уу.

5. Бага ялгаралтын гүйдлийн нягтын үед термион катодын гүйдлийн хүчдлийн шинж чанар нь юу вэ? Катод ба анодын хоорондох контактын потенциалын зөрүү түүнд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

6. Шотткигийн эффект гэж юу вэ? Энэ нөлөөг хэрхэн тайлбарлаж байна вэ?

7. Цахилгаан орны нөлөөгөөр электронуудын потенциал саад багасаж байгааг тайлбарла.

8. Энэ лабораторид катодын температурыг хэрхэн тодорхойлох вэ?

9. Энэ ажилд контактын потенциалын зөрүүг тодорхойлох аргыг тайлбарла.

10. Лабораторийн байгууламжийн бие даасан элементүүдийн схем, зорилгыг тайлбарла.