Изучение распределения термоэлектронов по скоростям. Распределение Максвелла – Часть 1

Физика      Постоянная ссылка | Все категории

Физический практикум : учебное пособие для вузов / В. В. Ларионов, В. И. Веретельник, Ю. И. Тюрин, И. П. Чернов. — Томск : Изд-во Томского ун-та, 2004.

Ч. 2: Электричество и магнетизм. Колебания и волны. — 2004. — 254 с. : ил. — Библиогр.: с. 252.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-13

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОНОВ ПО СКОРОСТЯМ. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСВЕЛЛА.

Цель работы: экспериментальное исследование распределения электронов, по­лученных в процессе термоэлектронной эмиссии с нагретого катода электрон­ной лампы по энергиям и скоростям.

Приборы и принадлежности: вакуумный диод 6Х2П с системой управления, стабилизированный блок питания для накала лампы, стабилизированный блок питания для измерения вольтамперной характеристики лампы, настольный мультиметр для измерения анодного тока.

КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Известно, что свободные электроны внутри металла описываются квантовой статистикой Ферми-Дирака, согласно которой распределение электронов по скоростям имеет вид:

, (1)

где dn – число свободных электронов в единице объема металла с компонентами скоростей в интервалах от , от , от . m – масса электрона, h – постоянная Планка, E – энергия электрона, – постоянная Больцмана, Т – температура, EF – энергия Ферми ( такое значение энергии электрона, ниже которой все состояния системы частиц, подчиняющихся статистике Ферми-Дирака при абсолютном нуле температуры заняты ). Величина энергии Ферми пропорциональна концентрации свободных электронов в степени две трети.

На границе металл – вакуум существует электрическое поле, созданное электронами, вылетевшими из металла при своем тепловом движении. Это поле препятствует выходу электрона в вакуум, поэтому за пределы металла при термоэлектронной эмиссии выходят наиболее быстрые электроны и их концентрация

в 1010 – 1012 раз меньше концентрации свободных электронов внутри металла. Если принять энергию электрона E0, покоящегося внутри металла за нуль, то энергия электрона, покоящегося в вакууме, будет измеряться высотой потенциального барьера Еa (рис.1), который необходимо преодолеть электрону, чтобы покинуть металл. При таком выборе начала отсчета энергии полная энергия E свободного электрона в металле равна его кинетической энергии Ек.

Рис.1 E = Ек = .

Если ось х направить вдоль нормали к поверхности металла, то условие эмиссии электрона из металла имеет вид:

, или

, где (2)

есть работа выхода электрона из металла.

Работа выхода электрона из металла Aвых, как известно, составляет несколько электрон-вольт и является величиной значительно больше kT ( для термоэлектронной эмиссии при температуре металла Т=2000K, kT составляет всего 0,17 эВ). Следовательно, .Тогда формула (1), в которой единицей в знаменателе можно пренебречь, преобразуется к виду:

Физика      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника