Методика определения работы выхода электрона из металла (метод прямых Ричардсона)

Логарифмируя уравнение термоэлектронной эмиссии (3), получаем

. (5)

Если построить график зависимости получится прямая линия, угловой коэффициент которой a = A/k (рис.6). Определив его, можно рассчитать работу выхода А :

; (6)

. (7)

Этот метод определения работы выхода называется методом прямых Ричардсона. Т.к. (где S - площадь катода) и S всегда остается постоянной, то в уравнении (5) величину плотности тока насыщения j_HAC можно заменить величиной тока I_HAC. Эта замена изменяет только величину const, но не меняет угол наклона прямой на рис.6.

Для построения графика зависимости от 1/Т необходимо знать температуру катода. Для вольфрама были экспериментально проведены определения температуры в зависимости от мощности нагрева, приходящейся на единицу площади поверхности катода. Не рекомендуется проводить измерения при температурах ниже 2000 К, т.к. при этом становится значимой доля потерь энергии из-за теплопроводности держателей катода. Мощность нагрева катода P_HAК определяется как произведение тока накала J_HAК на напряжение накалаU_HAК:

, (8)

Зависимость температуры накала катода Т от мощности накала представлена на графике (прилагается к установке)

Схема и описание лабораторной установки

На рис.7 представлена электрическая схема установки. Для создания напряжения (0 ¸ 250 В) между анодом и катодом и разогрева катода лампы ГУ-4 используется блок питания ВУП-2. Для изменения анодного тока используется миллиамперметр (mA), анодного напряжения - вольтметр (V₁). Для изменения тока накала амперметр (А), напряжения накала - вольтметр (V). Напряжение накала регулируется потенциометром R, напряжение в анодной цепи - потенциометром R₁.

Порядок выполнения работы

Исследование зависимости анодного тока от напряжения между анодом и катодом при различных температурах катода (снятие вольт-амперных характеристик)

1. Устанавливая различные значения напряжения накала U_HAK катода, определить соответствующие им значения тока накала J_HAK

2. Для каждого значения напряжения накала U_HAK снять зависимость анодного тока от анодного напряжения (рекомендуемые значения напряжений смотри в приложении к установке). Результаты измерений записать в таблицу 1.

Примечание. Для определения работы выхода необходимо снять не менее шести вольтамперных характеристик.

3. На миллиметровой бумаге построить семейство вольт-амперных характеристик исследуемой лампы (6 графиков).

Таблица 1