Жұмыстың мақсаты
жүктеу/скачать 179,84 Kb.
|
№9 1
- Бұл бет үшін навигация:
- Қысқаша теориялық мәліметтер
№9. ЭЛЕКТРОНДАРДЫҢ МЕТАЛДАН ШЫҒУ ЖҰМЫСЫН АНЫҚТАУЖұмыстың мақсаты. Вакуумды диодтың вольтамперлік сипаттамасын алу. Жылу энергиясының, қанығу тогы тығыздығының катод температурасына тәуелділігін зерттеу. Электронның вольфрамнан шығу жұмысын Ричардсондық түзулер әдісімен анықтау. Қысқаша теориялық мәліметтерМеталдардың қасиеттері көп жағдайда өткізгіш, яғни металда орын ауыстыруға қабілетті электрондардың күйімен анықталады. Шектелген метал үшін электронның энергиясының үлестірілуі 1– суреттегі энергетикалық диаграммада бейнеленген. Нөлдік энергия үшін мұнда кинетикалық энергиясы нольге тең болатын метал сыртындағы еркін электронның энергиясы алынады.
Үзік сызықтармен Т=0K болғандағы бос энергетикалық деңгейлер бейнеленген. Электрондардың энергетикалық деңгейлері нәзік көлденен сызықтармен бейнеленген: олар потенциалдық шұңқырдың түбінен бастап EF энергияға дейін энергиялар аралығын құрайды. EF – Ферми энергиясы, ол Т=0K болғандағы электрон ие болатын максимал кинетикалық энергия. Потенциалдық шұңқырдағы әртүрлі энергиялық деңгейлерде болатын электрондардың металдың сыртына шығуы үшін әртүрлі энергия берілуі қажет. Электронды металдан шығуға қажетті минимал кинетикалық энергия, вакуумда Т = 0 К болғандағы электронның металдан шығу жұмысы деп аталынады. Aшыf W0 EF. Т = 0 К температурада электрондар жылулық тепе-теңдікте болады, сондықтан Ферми энергиясына тағы да қайсыбір жылу энергиясы қосылады. Шығу жұмысының шамасы метал бетінің күйіне байланысты. Ферми деңгейінің орны металдың балқығанға дейін қыздырғанда өзгермейді, бірақта бұл жағдайда қайсыбір жылдам электрондар пайда болады, олар шығу жұмысын игеріп металдан сыртқа шығып өтуге қабілетті болады. Металдан электрондардың сыртқа шығуына кедергі жасайтын және Aшыf шығу жұмысын түзейтін күштердің табиғатын қарастыралық. Жеке өткізгіш электрондар металдың ішінде үлкен жылдамдықтармен қозғала отырып металдың бетін қиып өтуі мүмкін. Электрон тастап кеткен орында пайда болған артық оң заряды бар кулондық өзара әсерлесу оны қайтаруға мәжбүр еткенге дейін металдан ұшып шыққан электрон беттік қабаттан (беттен) алшақтай береді. Тұрақты түрде кейбір электрондар метал бетінен «балқып» ұшады, басқалары қайтып келеді. Сондықтан да метал электрондар бұлтымен қапталған болады, ол бұлт сыртқы оң иондар қабатымен бірге қос электрлік қабат түзейді. Осылайша қос қсбатты өріс кейінгі электрондардың металдан шығуына кедергі жасайды. Электронның металдан шығуына кедергі болатын тағы да бір күш: ол – оның индукцияланған оң зарядтың куондық күші (2 - сурет). Бұл күш – «электрлік кескіндеу күші» деп аталады, өйткені өткізгіш беті бойынша таралған зарядтың әсері шамасы жағынан тең xx жазықтықтағы электронның айналық кескіні болып табылатын оң зарядтың әсеріне эквивалентті. Осы екі физикалық процесс шамасын анықтайды. Бөлме температурасындағы практика жүзінде барлық еркін электрондар өткізгіш көлемінде қамалған, бірақ потенциалдық тосқауылдан өтіп және металдан шығып кететіндей энергиясы болатын аздаған электрондар болады. Дегенмен электрондfрға әртүрлі тәсілдермен қосымша энергия беруге болады. Бұл жағдайда электрондардың қайсыбір бөлігі металды тастап кетуіне мүмкіндік алады және электрондардың шығуы, яғни электрондық эмиссия байқалады. Электрондарға энергияның берілуі тәсілдеріне байланысты электрондық эмиссия типтері де әртүрлі болады. Егер электрондар энергияны температураны жоғарлатқандығы дененің жылу энергиясының есебінен алатын болса онда ол термоэлектрондық эмиссия, ал егер энергия жарық арқылы берілсе – фотоэмиссия құбылысы байқалады. Егер энергия электрондарға қайсыбір басқа бөлшектремен атқылау арқылы берілсе онда екінші ретті эмиссия құбылысы бақыланады.
Термоэлектрондық эмиссияны бақылау үшін вакуумды лампаны пайдалануға болады, ол токпен қыздырылатын катод және термоэлектрондарды жинайтын суық анод деп аталатын екі электродтан тұрады. Мұндай лампалар вакуумды диодтар деп аталынады. 3 - суретте осындай диодты электр тізбегіне жалғау әдісі көрсетілген. Мұндай тізбекте ток батареяның оң полюсін анодпен, ал терісін – катодпен қосқанда ғана пайда болады. Бұл жағдай катод теріс бөлшектерді - электрондарды шығаратындығын дәлелдейді. Диодтағы термоэлектрондық токтың күші катодқа қатысты анод потенциалының шамасына тәуелді. Диодтағы ток күшінің анодтың кернеуіне тәуелділігін бейнелейтін қисықты вольтамперлік сипаттама (ВАС) деп атайды. 4– суретте катодтың әртүрлі температурасындағы диодтың ВАC– ы көрсетілген. Анодтың потенциалы нөлге тең болғанда, ток күші аз болып ол тек анодқа жетуіне қабілетті өте тез термоэлектрондармен анықталады. Анодтың оң потенциалы өскенде ток күші өседі және қанығуға жетеді, яғни анодтың кернеуіне тәуелсіз болып қалады. Ал катодтың температурасын өсіргенде қанығу тогының мәні де ұлғаяды, ол катодтан қосымша шығатын термоэлектрондармен анықталады. Сонымен диодтың ВАС-сы сызықтық емес. Анодтық токтың анодтық кернеуден тәуелділігін, теория жүзінде Ленгмюр мен Богусловский алған. Оны «екіден үш заңы» деп те атайды. Ia=k мұндағы k - электрод формасы мен өлшеміне тәуелді тұрақты (температурадан тәуелсіз). Мұндай тәуелділікті келесі түрде түсіндіруге болады, термоэлектрондық эмиссия кезінде катодтың бетінде электрондардың өте үлкен концентрациясы пайда болып теріс зарядты кеңістіктік бұлт түзейді және катодтан жылулық жылдамдықпен ұшып шыққан электрондар оны тесіп өте алмайды. Алайда анодтық кернеу шамасының ұлғаюымен байланысты кеңістік зарядты бұлттағы электрондардың концентрациясы сирейді. Сондықтан кеңістік зарядтың тежейтін әсері азаяды да анодтық ток, анодтық кернеуден тікелей тәуелді болуына қарамастан, тезірек өседі. Ua-ның белгілі мәніндегі уақыт бірлігінің ішінде катодтан ұшып шыққан электрондар толықтай анодқа жетеді. Яғни, катодтан шыққан электрондар әпсәтте анодқа жұтылып отырады. Демек, анодтық кернеудің ары қарай өсуі анодтық ток күшін өсіре алмайды, өйткені қанығу болады. Осылайша катодтың қалыпты температурасында мүмкін болатын максимал термоэлектрондық токты қанығу тогы деп атайды. Температура жоғарлағанда металдағы электрондардың хаосты қозғалысының жылдамдығы өседі. Бұл жағдайда металды тастап кетуге қабілетті электрондардың саны кілт өседі. Қанығу тогының тығыздығы, яғни катодтың әрбір бірлік S бетіне келетін қанығу тогының күші Ричардсон – Дешман формуласы бойынша есептелінеді:j BT 2e Aшыf / kT Мұндағы B 6,02 105 А/ м2К (эмиссия тұрақтысы), k 1,38 1023 Дж/ К (Больцман тұрақтысы). Қанығу тогының тығыздығы катодтың эмиссиялық қабілеттілігін сипаттайды, ол катодтың табиғаты мен оның температурасына тәуелді. жүктеу/скачать 179,84 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|