WikiSort.ru - Не сортированное

Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление выхода электронов из металла при высокой температуре. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растёт, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Исследование закономерностей термоэлектронной эмиссии можно провести с помощью простейшей двухэлектродной лампы — вакуумного диода, представляющего собой откачанный баллон, содержащий два электрода: катод К и анод А. В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током. Анод чаще всего имеет форму металлического цилиндра, окружающего катод. Если диод включить в цепь, то при накаливании катода и подаче на анод положительного напряжения (относительно катода) в анодной цепи диода возникает ток. Если поменять полярность батареи, то ток прекращается, как бы сильно катод ни накаливали. Следовательно, катод испускает отрицательные частицы — электроны.

Если поддерживать температуру накаленного катода постоянной и снять зависимость анодного тока от анодного напряжения — вольт-амперную характеристику, то оказывается, что она не является линейной, то есть для вакуумного диода закон Ома не выполняется. Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области малых положительных значений описывается законом трёх вторых (установлен русским физиком С. А. Богуславским и американским физиком И. Ленгмюром):

${\displaystyle I=BU^{3/2}}$ ,

где В — коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, а также их взаимного расположения.

При увеличении анодного напряжения ток возрастает до некоторого максимального значения, называемого током насыщения. Это означает, что почти все электроны, покидающие катод, достигают анода, поэтому дальнейшее увеличение напряжённости поля не может привести к увеличению термоэлектронного тока. Следовательно, плотность тока насыщения характеризует эмиссионную способность материала катода.

Формула, первоначально полученная Ричардсоном на основе классической электронной теории металлов, а затем уточнённая русско-американским учёным С. Дэшманом (англ.) на основе квантовой теории, называется уравнением Ричардсона — Дешмана.

Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики^[1]:

${\displaystyle j=(1-{\mathcal {h}}R{\mathcal {i}})A\cdot T^{2}\cdot e^{-e\varphi /kT}}$ ,

где

• ${\displaystyle {\mathcal {h}}R{\mathcal {i}}}$  — усреднённое по спектру термоэлектронов значение коэффициента отражения электронов от потенциального порога;
• ${\displaystyle A}$  — термоэлектрическая постоянная, равная ${\displaystyle 120,4{\Big [}{\cfrac {A}{K^{2}cm^{2}}}{\Big ]};}$ в модели свободных электронов по А. Зоммерфельду:${\displaystyle A_{0}={4\pi mk^{2}e \over h^{3}}=1,20173\times 10^{6}\,\mathrm {A\,m^{-2}\,K^{-2}} ;}$
• ${\displaystyle e\varphi }$  — работа выхода электронов из катода;
• ${\displaystyle k}$  — постоянная Больцмана;
• ${\displaystyle e}$ и ${\displaystyle m}$  — заряд и масса электрона;
• ${\displaystyle h}$  — постоянная Планка;
• ${\displaystyle T}$  — термодинамическая температура.

Для практического удобства эту формулу также записывают как^[2]:

${\displaystyle j=a\cdot T^{2}\cdot e^{-b/kT}}$ ,

где ${\displaystyle a,b}$ - постоянные для данного материала величины, определяемые на опыте.

Уменьшение работы выхода приводит к резкому увеличению плотности тока насыщения. Поэтому применяются оксидные катоды (например, никель, покрытый оксидом щелочноземельного металла), работа выхода которых равна 1-1,5 эВ.

На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа многих вакуумных электронных приборов и термоэмиссионных преобразователей энергии.

Примечания

Литература

• Курс физики Трофимова Т. И.
• Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. — М.: Наука, 1966. — 564 с.

• К. Херинг, М. Никольс. Термоэлектронная эмиссия. — М.: Издательство иностранной литературы, 1950. — 196 с.

Ссылки

• Термоэлектронная эмиссия — статья из Большой советской энциклопедии. 
• Кинофрагмент "Термоэлектронная эмиссия" - Раскрывается влияние температуры на выход электронов из металла^{[уточнить]}

Для улучшения этой статьи по физике желательно: Проставив сноски, внести более точные указания на источники. Добавить иллюстрации.