Явления испускания электронов из металла при высокой температуре называется

Что такое термоэлектронная эмиссия? Мне нужно определение и кто открыл.. . 🙁

При повышении температуры металла увеличивается кинетическая энергия теплового движения электронов вблизи границы Ферми. Здесь она может стать настолько большой, что некоторые из электронов могут преодолевать задерживающий электрический потенциал на границе металла и выходить наружу. Если в окружающем вакууме существует электрическое поле,направленное к поверхности металла, то оно будет увлекать вышедшие электроны, и через вакуум потечёт электрический ток.Ток называется термоэлектронным, а явление — термоэлектронная эммисия. Оно было открыто Эдисоном (1847-1931) в 1883 году.

Источник: Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учеб. пособие: Для вузов. В 5 т. Т.III. Электричество. 🙂
Остальные ответы

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, испускание электронов нагретой поверхностью. Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880-х годов. В ряде опытов, проведенных в период 1882–1889, Ю. Эльстер и Г. Гейтель установили, что при пониженном давлении окружающего воздуха раскаленная добела металлическая поверхность приобретает положительный заряд. Об аналогичных наблюдениях упоминалось в патентной заявке Т. Эдисоном (1883); он ввел электрод в одну из своих первых ламп накаливания и обнаружил, что между ее нитью и электродом происходит перенос электрического заряда. Этот «эффект Эдисона» , как его иногда называют, лег в основу британского патента (1905) Дж. Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» – первую электронную лампу, открывшую век электроники. То, что данное явление связано с испусканием электронов (отрицательно заряженных частиц) , продемонстрировал в 1890 Дж. Томсон.
Теорию термоэлектронной эмиссии разработал в 1902 О. Ричардсон; в более позднем ее варианте ток с единицы поверхности нагретого металла, находящейся при однородной абсолютной температуре Т, определяется формулой

где А – постоянный множитель, k – постоянная Больцмана, а W – работа выхода, характерная для данного металла, но зависящая от состояния его поверхности; она равна минимальной энергии, необходимой для удаления электрона с поверхности металла. В 1927 С. Дэшман вывел формулу Ричардсона на основе квантовой механики и установил, что множитель A имеет вид

где m и e – масса и заряд электрона, а h – постоянная Планка. На практике величина А может заметно отличаться от даваемой этой формулой, если не обеспечено строгое выполнение условий, при которых выведена последняя. Так, если испускающая электроны поверхность не идеально однородна, на ней будут «пятна» с температурой, превышающей среднюю. Эмиссия электронов из этих «пятен» более интенсивна, и полный ток может оказаться гораздо больше теоретического для идеального случая.

Эмиссия электронов остается незначительной, пока Т не достигнет значения W/k. Поэтому в целях снижения потерь тепла и расхода энергии большие усилия были направлены на создание поверхностей с возможно более низкой работой выхода. В современных электронных лампах почти всегда применяются оксидные катоды, в которых достигается оптимальный компромисс между низкой работой выхода, стоимостью, долговечностью и механической прочностью

Источник: http://www.krugosvet.ru/articles/23/1002322/1002322a1.htm

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ испускание электронов нагретыми твердыми телами или жидкостями (эмиттерами). Термоэлектронную эмиссию можно рассматривать как испарение электронов из эмиттера. В большинстве случаев термоэлектронная эмиссия наблюдается при температурах значительно выше комнатной. Используется в электровакуумных приборах (катоды) и термоэлектронных генераторах.
При нагревании металла скорости движения электронов, их кинетическая энергия и число электронов, покидающих поверхность металла, увеличиваются.
Используется главным образом в электровакуумных приборах.

История (ссылка в источнике):
Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880-х годов. В ряде опытов, проведенных в период 1882–1889, Ю.Эльстер и Г.Гейтель установили, что при пониженном давлении окружающего воздуха раскаленная добела металлическая поверхность приобретает положительный заряд. Об аналогичных наблюдениях упоминалось в патентной заявке Т.Эдисоном (1883); он ввел электрод в одну из своих первых ламп накаливания и обнаружил, что между ее нитью и электродом происходит перенос электрического заряда. Этот «эффект Эдисона», как его иногда называют, лег в основу британского патента (1905) Дж.Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» – первую электронную лампу, открывшую век электроники. То, что данное явление связано с испусканием электронов (отрицательно заряженных частиц), продемонстрировал в 1890 Дж.Томсон.
Теорию термоэлектронной эмиссии разработал в 1902 О.Ричардсон; в более позднем ее варианте ток с единицы поверхности нагретого металла, находящейся при однородной абсолютной температуре.

Продолжение по ссылке в источнике.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ
испускание электронов нагретой поверхностью. Еще до 1750 было известно, что вблизи нагретых твердых тел воздух теряет свое обычное свойство плохого проводника электричества. Однако причина этого явления оставалась неясной до 1880-х годов. В ряде опытов, проведенных в период 1882-1889, Ю.Эльстер и Г. Гейтель установили, что при пониженном давлении окружающего воздуха раскаленная добела металлическая поверхность приобретает положительный заряд. Об аналогичных наблюдениях упоминалось в патентной заявке Т. Эдисоном (1883); он ввел электрод в одну из своих первых ламп накаливания и обнаружил, что между ее нитью и электродом происходит перенос электрического заряда. Этот «эффект Эдисона», как его иногда называют, лег в основу британского патента (1905) Дж.Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» — первую электронную лампу, открывшую век электроники. То, что данное явление связано с испусканием электронов (отрицательно заряженных частиц), продемонстрировал в 1890 Дж. Томсон. Теорию термоэлектронной эмиссии разработал в 1902 О.Ричардсон; в более позднем ее варианте ток с единицы поверхности нагретого металла, находящейся при однородной абсолютной температуре Т, определяется формулой

где А — постоянный множитель, k — постоянная Больцмана, а W — работа выхода, характерная для данного металла, но зависящая от состояния его поверхности; она равна минимальной энергии, необходимой для удаления электрона с поверхности металла. В 1927 С.Дэшман вывел формулу Ричардсона на основе квантовой механики и установил, что множитель A имеет вид

где m и e — масса и заряд электрона, а h — постоянная Планка. На практике величина А может заметно отличаться от даваемой этой формулой, если не обеспечено строгое выполнение условий, при которых выведена последняя. Так, если испускающая электроны поверхность не идеально однородна, на ней будут «пятна» с температурой, превышающей среднюю. Эмиссия электронов из этих «пятен» более интенсивна, и полный ток может оказаться гораздо больше теоретического для идеального случая. Эмиссия электронов остается незначительной, пока Т не достигнет значения W/k. Поэтому в целях снижения потерь тепла и расхода энергии большие усилия были направлены на создание поверхностей с возможно более низкой работой выхода. В современных электронных лампах почти всегда применяются оксидные катоды, в которых достигается оптимальный компромисс между низкой работой выхода, стоимостью, долговечностью и механической прочностью.
См. также
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ.
ЛИТЕРАТУРА
Херинг К., Никольс М. Термоэлектронная эмиссия. М., 1950 Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов. Киев, 1970

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество . 2000 .

Электрический ток в различных средах. 10 класс

Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.

Будьте внимательны! У Вас есть 15 минут на прохождение теста. Система оценивания — 5 балльная. Порядок заданий и вариантов ответов в тесте случайный.

Система оценки: 5 балльная

Список вопросов теста

Вопрос 1

Как меняется Как меняется электрическое сопротивление металлов и полупроводников при повышении температуры?

Варианты ответов

• Увеличивается у металлов и полупроводников.
• Увеличивается у металлов и уменьшается у полупроводников.
• Уменьшается у металлов и полупроводников.
• Уменьшается у металлов и увеличивается у полупроводников.

Вопрос 2

В каком из перечисленных ниже случаев наблюдается явление термоэлектронной эмиссии?

Варианты ответов

• Ионизация атомов под действием света.
• Испускание электронов с поверхности нагретого катода в телевизионной трубке.
• Ионизация атомов в результате столкновений при высокой температуре.
• При прохождении электрического тока через раствор электролита.

Вопрос 3

Какими типами проводимости в основном обладают полупроводниковые материалы:
1) без примесей; 2) с донорными примесями.

Варианты ответов

• 1– электронной, 2 – дырочной
• 1 – электронной, 2 – электронной
• 1 – дырочной, 2 – электронной
• 1 – электронной и дырочной, 2 – электронной.

Вопрос 4

Электрический ток осуществляется посредством ионной проводимости в

Варианты ответов

• только А
• только Б
• и А, и Б
• ни А, ни Б

Вопрос 5

Вакуумный электронный прибор, преобразующий электрические сигналы в видимое изображение:

Варианты ответов

• диод
• электронно-лучевая трубка
• иконоскоп
• триод

Вопрос 6

Какими носителями эл. заряда создается электрический ток при электрическом разряде в газах?

Варианты ответов

• Электронами и положительными ионами
• Положительными и отрицательными ионами.
• Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.
• Только электронами.
• Электронами и дырками.

Вопрос 7

Явление испускания электронов из металла при высокой температуре:

Варианты ответов

• электронная эмиссия
• диссоциация
• термоэлектронная эмиссия
• термоэлектронный эффект

Вопрос 8

Какое из перечисленных явлений называется электролизом?

Варианты ответов

• Прохождение электрического тока через электролит
• Выделение вещества на электродах при прохождении тока через электролит
• Диссоциация кислот, солей и щелочей.
• Растворение солей, кислот, и щелочей в воде

Вопрос 9

Варианты ответов

• объединение ионов и электронов в нейтральные молекулы.
• процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита.
• образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости.

Вопрос 10

Прохождение электрического тока через газы называют…

Варианты ответов

• ионизацией
• рекомбинацией
• газовым разрядом
• электронным пучком

Вопрос 11

К какому типу разрядов в газе относится искра?

Варианты ответов

• к самостоятельному
• к несамостоятельному

Вопрос 12

Варианты ответов

• отрицательно
• положительно

Вопрос 13

Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока увеличится в 2 раза, а время его прохождения уменьшится в 2 раза?

Варианты ответов

• Увеличится в 2 раза.
• Уменьшится в 4 раза.
• Не изменится.
• Уменьшится в 2 раза
• Увеличится в 4 раза.

Вопрос 14

В каких средах при прохождении электрического тока не происходит переноса вещества?

Варианты ответов

• металлах и полупроводниках
• растворах электролитов и газах
• полупроводниках и газах
• растворах электролитов и металлах

Вопрос 15

Основным свойством p—n-перехода является

Варианты ответов

• уменьшение сопротивления при нагревании
• уменьшение сопротивления при освещении
• увеличение сопротивления при нагревании
• односторонняя проводимость

1. Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия это явление испускания электронов нагретыми проводниками. Для изучения термоэлектронной эмиссии можно воспользоваться двухэлектродной лампой диодом. Диод представляет собой стеклянный баллон, откаченный до глубокого вакуума, в котором находятся два электрода. Один из электродов (катод) нагревается до высокой температуры, а на второй электрод (анод) относительно катода подается положительный потенциал (подробнее см. раб. № 8).

Термоэлектронная эмиссия с катода наблюдается при достаточно высоких температурах 1 . При более низких температурах свободные электроны удерживаются внутри металла. Это означает, что в поверхностном слое металла возникает задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов в вакуум. Чтобы покинуть металл, электрон должен совершить некоторую работа А, называемую работой выхода. Существует несколько причин возникновения работы выхода. Одна из них состоит в том, что электроны, участвуя в тепловом движении, пересекают поверхность металла и удаляются от нее на расстояния порядка межатомных. Вблизи поверхности металла возникает электронная атмосфера. При этом внутри металла образуется избыточный положительный заряд. В результате появляется двойной заряженный слой, напоминающий конденсатор, который и создает электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла. Другая причина, влияющая на работу выхода, состоит в том, что вылетающий из металла электрон индуцирует на поверхности последнего заряд противоположного знака. Возникает сила притяжения между электроном и поверхностью металла. На преодоление этой силы затрачивается определенная работа 2 .

С повышением температуры металла увеличивается энергия теплового движения электронов. Она может стать настолько большой, что некоторые электроны преодолевают двойной заряженный слой вблизи поверхности металла и выходят наружу. Между катодом и анодом вакуумной трубки прилагают электрическое поле, которое увлекает вылетающие из металла электроны, образуя электрический ток. Этот ток называется термоэлектронным, а само явление — термоэлектронной эмиссией 3 . Для наблюдения термоэлектронной эмиссии можно использовать схему, изображенную на рис. 7.1.

Если, поддерживая температуру накаленного катода постоянной, изменять напряжение U между катодом и анодом, то термоэлектронный ток сначала будет возрастать. Однако это возрастание не пропорционально U, следовательно, закон Ома не выполняется 4 . После достижения определенного напряжения дальнейшее нарастание термоэмиссионного тока прекращается. Он достигает предельного значения I_н называемого током насыщения (рис. 7.2). Сила тока насыщения пропорциональна количеству электронов, покидающих поверхность катода в единицу времени при данной температуре. Если при данном напряжении между катодом и анодом все электроны достигают анода, то дальнейший рост напряжения не ведет к увеличению силы тока 5 . Плотность термоэлектронного тока насыщения j_э определяет эмиссионную способность материала катода. Величина j_э зависит от материала катода и увеличивается с увеличением его температуры 6 .

1.1. Расчет тока эмиссии

Вычислим j_э, воспользовавшись моделью идеального электронного газа и квантовой статистикой Ферми — Дирака. Изнутри металл можно представить как кристаллическую решетку, составленную из ионизированных атомов пространство, между которыми заполнено электронным газом. Подобно классическому газу, состоящему из атомов, совокупность электронов в твердом теле описывается статистической функцией распределения, выражающей вероятность различных состояний. Отличие от классического идеального газа, состоит в том, что электронные состояния подчиняются квантовым законам и образуют систему уровней и зон (см. лаб. № 6). Поэтому распределение электронов по уровням энергии описывается не статистикой Максвелла — Больцмана а статистикой Ферми – Дирака. Вероятность заполнения уровней электронами в энергетической зоне, согласно статистике Ферми — Дирака, описывается функцией

(7.1)

где kT—энергия, W_F—энергетический уровень, называемый уровнем Ферми. Эта функция определяет вероятность нахождения электрона на уровне с энергией W при температуре Т. При Т = 0 К все электроны имеют энергии меньшие уровня W_F (уровень Ферми). С повышением температуры у электронов появляется возможность занять уровни энергии выше уровня Ферми. Вероятность этого описывает выражение (7.1). В металле уровень Ферми находится внутри зоны возможных энергетических уровней.

С точки зрения зонной теории эмиссия электронов означает переход электрона с уровня Ферми на выше расположенный уровень энергии, соответствующий вакууму 7 . Эта разность энергетических уровней составляет работу выхода А. Для выхода из металла электрон должен обладать энергией 8

W ≥ W_F + A (7.2)

Только эти электроны дают вклад в силу тока насыщения.

Рассмотрим пространство скоростей v_x, v_y, v_z или пространство импульсов р_x, р_у, р_z электронов. В элемент объема dp_xdp_ydp_z около точки р_х, р_у, р_z попадает число квантовых состояний dZ = (2/h 3 )dp_xdp_ydp_z 9 (h — постоянная Планка). С учетом вероятности заполнения этих квантовых состояний электронами [см. (7.1)] число электронов, попавших в указанный элемент пространства импульсов,

. (7.3)

Чтобы при эмиссии металл не разрушался, из него должна испускаться ничтожная часть электронов. Для этого, как следует из (7.3), необходимо выполнение условия W – W_F >> kT или, учитывая (7.2), условия A >> kT. Для таких электронов в знаменателе (7.3) можно пренебречь единицей. Тогда (7.3) принимает вид

. (7.4)

Проинтегрируем выражение (7.4) по переменным р_х, р_у в пределах от —∞ до +∞ При этом получим долю электронов dn_z (z — составляющая импульса, которая заключена в интервале между p_z и р_z+dp_z):

. (7.5)

При выводе (7.5) учтено соотношение .

Число электронов, падающих на единицу площади за единицу времени, определяется выражением

. (7.6)

Интегрирование в (7.6) ведется по всем электронам, для которых [см. (7.2)]. Умножая (7.6) на заряде электрона, найдем плотность термоэлектронного тока:

, (7.7)

(формула Ричардсона—Дешмана) 10 , где постоянная

A/(cм 2 К 2 ) = 1.2 10 6 А м -2 К -2

В сокращенном виде (7.7) часто записывают так

j_э = BT 2 exp[-A/(kT)], (7.7а)

где В – константа, А – работа выхода электронов из металла.

При выводе (7.7) предполагалось, что все падающие на грань металла электроны пересекают ее и образуют ток эмиссии. В действительности часть электронов отражается, поэтому коэффициент В в реальных условиях может быть другим.

1.2. Экспериментальное определение работы выхода

Для экспериментального определения работы выхода электро­нов из металла используется закон Ричардсона — Дешмана. Логарифмируя уравнение (7.7а), получаем

(7.8)

Переходя к десятичным логарифмам, находим

(7.9)

Подставляя lg e = 0,43 в (7.15), имеем

(7.10)

Такой вид уравнения (7.7а) удобен для его экспериментальной проверки.

График зависимости lg (j_э/Т 2 ) от (1/Т) является прямой линией с угловым коэффициентом 0.43A/k. Определив тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, рассчитывают работу выхода:

(7.11)

Для построения графика необходимо знать плотность анодного тока насыщения j_э и температуру катода. Расчет темпера­туры производится следующим образом. Подводимая к катоду мощность расходуется в вакуумной лампе в основном на тепло­вое излучение. Для вольфрама была экспериментально опреде­лена зависимость температуры катода от расходуемой на его нагрев мощности, приходящейся на единицу площади поверх­ности катода. На графике, который прилагается к работе, при­ведены результаты этих измерений. По графику, зная мощность, подводимую к катоду, можно определить его температуру.