实验原理

逸出功

电子从金属中逸出，需要能量．增加电子能量有多种方法，如用光照、利用光电效应使电子逸出，或用加热的方法使金属中的电子热运动加剧，也能使电子逸出．本实验用加热金属，使热电子发射的方法来测量金属的逸出功．

图1

如图1所示，若真空二极管的阴极(用被测金属钨丝做成)通以电流加热，并在阳极上加以正电压，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过．这种电子从加热金属线发射出来的现象，称为热电子发射．

研究热电子发射的目的之一，是选择合适的阴极材料．诚然，可以在相同加热温度下测量不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择．但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，是带有根本性的工作，因而更为重要．

在通常温度下由于金属表面与外界(真空)之间存在一个势垒Wa，所以电子要从金属中逸出必须至少具有能量Wa，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为

W0=Wa-Wf=eΦ

W0称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特(eV)，它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量，Wf为费米能级．Φ称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功．热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中一部分电子的能量大于Wa，使电子能够从金属中发射出来．因此，逸出功的大小对热电子发射的强弱具有决定性作用．

1 热电子发射公式

根据费米–狄拉克能量分布公式，可以导出热电子发射的里查逊—杜什曼(Richar-dson-Dushman)公式：

(1)

式中 I为热电子发射的电流强度，单位为A；A为和阴极表面化学纯度有关的系数，单位为A/cm2·C2；S为阴极的有效发射面积，单位为cm2；k为玻尔兹曼常数(k=1.38×10-23J/K)．

原则上我们只要测定I，A，S和T，就可以根据式(11.1)计算出阴极材料的逸出功，但困难在于A和S这两个量是难以直接测定的，所以在实际测量中常用下述的里查逊直线法，以设法避开A和S的测量．

2 里查逊直线法

将式(1)两边除以T2，再取对数得到

(2

从式(11.2)可以看出, 与1/T成线性关系．如果以 作纵坐标，以1/T为横坐标作图，从所得直线的斜率即可求出电子的逸出电位Φ，从而求出电子的逸出功eΦ．这个方法叫做里查逊直线法，它的好处是可以不必求出A和S的具体数值，直接从I和T就可以得出Φ的值，A和S的影响只是使 直线平行移动．这种实验方法在实验、科研和生产上都有广泛应用．

3 从加速场外延求零场电流