Vario darbo funkcija. Elektrono iš metalo darbo funkcijos nustatymas Ričardsono tiesiosios linijos metodu

Kaip rodo patirtis, laisvieji elektronai įprastoje temperatūroje praktiškai nepalieka metalo. Vadinasi, metalo paviršiniame sluoksnyje turi būti lėtinantis elektrinis laukas, neleidžiantis elektronams iš metalo ištrūkti į aplinkinį vakuumą. Darbas, reikalingas elektronui pašalinti iš metalo į vakuumą, vadinamas darbo funkcija. Pažymėkime du tikėtinos priežastys darbo funkcijos išvaizda:

1. Jeigu elektronas dėl kokių nors priežasčių pašalinamas iš metalo, tai toje vietoje, kur elektronas pasitraukė, atsiranda perteklinis teigiamas krūvis ir elektroną traukia savaime sukeltas teigiamas krūvis.

2. Atskiri elektronai, palikdami metalą, nutolsta nuo jo atominiais atstumais ir taip virš metalo paviršiaus sukuria „elektronų debesį“, kurio tankis greitai mažėja didėjant atstumui. Šis debesis kartu su išoriniu gardelės teigiamų jonų sluoksniu susidaro elektrinis dvigubas sluoksnis, kurio laukas panašus į lygiagrečiojo plokštės kondensatoriaus lauką. Šio sluoksnio storis lygus keliems tarpatominiams atstumams (10 -10 - 10 -9 m). Išorinėje erdvėje jis nesukuria elektrinio lauko, bet neleidžia laisviesiems elektronams ištrūkti iš metalo.

Taigi, kai elektronas palieka metalą, jis turi įveikti dvigubo sluoksnio elektrinį lauką, kuris jį lėtina. Potencialų skirtumas  šiame sluoksnyje, vadinamas paviršiaus potencialo šuolis, lemia darbo funkcija (A) elektronas iš metalo:

Kur e- elektronų krūvis. Kadangi už dvigubo sluoksnio nėra elektrinio lauko, terpės potencialas lygus nuliui, o metalo viduje potencialas yra teigiamas ir lygus . Metalo viduje esančio laisvojo elektrono potencinė energija yra lygi - e ir yra neigiama vakuumo atžvilgiu. Remdamiesi tuo galite

Darbo funkcija išreiškiama elektronų voltų(eV): 1 eV lygus darbui, pasiekiamas lauko jėgomis judant elementarųjį elektros krūvį (krūvį, lygų elektrono krūviui), kai jis praeina per 1 V potencialų skirtumą. Kadangi elektrono krūvis yra 1,6 l0 -19 C, tai 1 eV = 1,6 10 -1 9 J .

Darbo funkcija priklauso nuo cheminė prigimtis metalų ir jų paviršiaus grynumo ir svyruoja kelių elektronų voltų ribose (pavyzdžiui, kaliui A = 2,2 eV, platinai A = 6,3 eV). Tam tikru būdu pasirinkę paviršiaus dangą, galite žymiai sumažinti darbo našumą. Pavyzdžiui, jei ant paviršiaus užtepsite volframo (A=4,5 eV) šarminių žemių metalų oksido (Ca, Sr, Ba) sluoksnį, tada darbo funkcija sumažinama iki 2 eV.

§ 105. Emisijos reiškiniai ir jų taikymas

Jei metaluose esantiems elektronams suteikiame energijos, reikalingos darbo funkcijai įveikti, dalis elektronų gali palikti metalą, dėl to atsiranda elektronų emisijos reiškinys arba elektroninė emisija. Priklausomai nuo energijos perdavimo elektronams būdo, išskiriama terminė, fotoelektroninė, antrinė elektronų ir lauko emisija.

1. Terminė emisija – Tai įkaitintų metalų elektronų emisija. Laisvųjų elektronų koncentracija metaluose yra gana didelė, todėl net esant vidutinei temperatūrai dėl elektronų greičių (energijos) pasiskirstymo kai kurie elektronai turi pakankamai energijos, kad įveiktų potencialų barjerą ties metalo riba. Kylant temperatūrai, didėja elektronų, kurių šiluminio judėjimo kinetinė energija yra didesnė už darbo funkciją, skaičius ir tampa pastebimas terminės emisijos reiškinys.

Termioninės emisijos dėsnių tyrimas gali būti atliekamas naudojant paprasčiausią dviejų elektrodų lempą - vakuuminis diodas, kuris yra vakuuminis cilindras, kuriame yra du elektrodai: katodas KAM ir anodas A. Paprasčiausiu atveju katodas yra siūlas, pagamintas iš ugniai atsparaus metalo (pavyzdžiui, volframo), šildomas elektros srove. Anodas dažniausiai būna metalinio cilindro, supančio katodą, pavidalu. Jei diodas yra prijungtas prie grandinės, kaip parodyta Fig. 152, tada, kai katodas yra šildomas ir anodui įvedama teigiama įtampa (katodo atžvilgiu), diodo anodo grandinėje atsiranda srovė. Jei pakeisite akumuliatoriaus B a poliškumą, srovė sustos, nesvarbu, kaip karštas katodas. Todėl katodas spinduliuoja neigiamos dalelės- elektronai.

Jei palaikysime pastovią įkaitusio katodo temperatūrą ir pašalinsime anodo srovės priklausomybę aš o nuo anodo įtampos U a- srovės-įtampos charakteristika(153 pav.), pasirodo, kad jis nėra tiesinis, tai yra, vakuuminiam diodui Ohmo dėsnis netenkinamas. Termioninės srovės priklausomybė aš nuo anodo įtampos mažų srityje

teigiamas vertes U aprašyta trijų sekundžių dėsnis(įsteigė rusų fizikas S. A. Boguslavskis (1883-1923) ir Amerikos fizikas I. Langmuiras (1881 - 1957)):

aš=B.U. 3/2 ,

Kur IN – koeficientas, priklausantis nuo elektrodų formos ir dydžio, taip pat nuo jų santykinės padėties.

Didėjant anodo įtampai, srovė didėja iki tam tikros didžiausios vertės Ius, vadinamos soties srovė. Tai reiškia, kad beveik visi elektronai, išeinantys iš katodo, pasiekia anodą, todėl tolesnis lauko stiprumo padidėjimas negali sukelti termojoninės srovės padidėjimo. Vadinasi, soties srovės tankis apibūdina katodo medžiagos spinduliuotę.

Nustatomas soties srovės tankis Richardson-Deshman formulė, teoriškai gauta remiantis kvantine statistika:

j us =CT 2 e -A/(kT) .

Kur A - elektronų, paliekančių katodą, darbo funkcija, T - termodinaminė temperatūra, SU- pastovus, teoriškai vienodas visiems metalams (to nepatvirtina eksperimentas, o tai, matyt, paaiškinama paviršiaus efektais). Sumažėjus darbo funkcijai, smarkiai padidėja soties srovės tankis. Todėl naudojami oksidiniai katodai (pavyzdžiui, nikelis, padengtas šarminių žemių metalų oksidu), kurių darbinė funkcija yra 1 -1,5 eV.

Fig. 153 parodytos srovės įtampos charakteristikos dviem katodų temperatūroms: T 1 Ir T 2 , ir T 2 > T 1 . Didėjant katodo temperatūrai, elektronų emisija iš katodo tampa intensyvesnė, taip pat didėja soties srovė. At U a =0, stebima anodo srovė, ty kai kurie katodo skleidžiami elektronai turi pakankamai energijos, kad įveiktų darbo funkciją ir pasiektų anodą netaikydami elektrinio lauko.

Termioninės emisijos reiškinys naudojamas įrenginiuose, kuriuose būtina gauti elektronų srautą vakuume, pavyzdžiui, vakuuminiuose vamzdeliuose, rentgeno vamzdeliuose, elektroniniuose mikroskopuose ir kt. Elektroniniai vamzdžiai plačiai naudojami elektros ir radijo inžinerijoje , automatika ir telemechanika kintamosioms srovėms ištaisyti, elektros signalams ir kintamosioms srovėms stiprinti, elektromagnetiniams virpesiams generuoti ir kt. Priklausomai nuo paskirties, lempose naudojami papildomi valdymo elektrodai.

2. Fotoelektronų emisija – yra elektronų emisija iš metalo veikiant šviesai, taip pat trumpojo bangos ilgiui elektromagnetinė spinduliuotė(pavyzdžiui, rentgeno spinduliai). Pagrindiniai šio reiškinio principai bus aptarti svarstant fotoelektrinį efektą.

3. Antrinė elektronų emisija – Tai elektronų emisija nuo metalų, puslaidininkių ar dielektrikų paviršiaus, kai jie bombarduojami elektronų pluoštu. Antrinis elektronų srautas susideda iš paviršiaus atspindėtų elektronų (elastingai ir neelastingai atspindėtų elektronų) ir „tikrųjų“ antrinių elektronų - elektronų, kuriuos iš metalo, puslaidininkio ar dielektriko išmuša pirminiai elektronai.

Antrinis elektronų skaičiaus santykis n 2 iki pirminio skaičiaus n 1 , sukeliantis emisiją vadinamas antrinis elektronų emisijos koeficientas:

=n 2 / n 1 .

Koeficientas b priklauso nuo paviršiaus medžiagos pobūdžio, bombarduojančių dalelių energijos ir jų kritimo į paviršių kampo. Puslaidininkiai ir dielektrikai turi daugiau b nei metalai. Tai paaiškinama tuo, kad metaluose, kuriuose laidumo elektronų koncentracija didelė, antriniai elektronai, dažnai su jais susidūrę, praranda energiją ir negali palikti metalo. Puslaidininkiuose ir dielektrikuose dėl mažos laidumo elektronų koncentracijos antrinių elektronų susidūrimai su jais vyksta daug rečiau ir antrinių elektronų pasitraukimo iš emiterio tikimybė padidėja kelis kartus.

Pavyzdžiui, pav. 154 parodyta antrinio elektronų emisijos koeficiento b kokybinė priklausomybė nuo energijos E krintantys elektronai KCl. Didėjant elektronų energijai, b didėja, nes pirminiai elektronai prasiskverbia giliau į kristalinę gardelę ir todėl išmuša daugiau antrinių elektronų. Tačiau esant tam tikrai pirminių elektronų 6 energijai pradeda mažėti. Taip yra dėl to, kad didėjant pirminių elektronų įsiskverbimo gyliui, antriniams elektronams darosi vis sunkiau ištrūkti į paviršių. KCl max reikšmė siekia 12 (gryniems metalams neviršija 2).

Antrinės elektronų emisijos reiškinys naudojamas fotodauginimo vamzdžiai(PMT), naudojamas stiprinti silpnas elektros sroves. Fotodaugiklis yra vakuuminis vamzdis su fotokatodu K ir anodu A, tarp kurių yra keli elektrodai - skleidėjai(155 pav.). Elektronai, išstumti iš fotokatodo, veikiami šviesos, patenka į emiterį E 1, eidami per greitėjimo potencialų skirtumą tarp K ir E 1.  elektronai išmušami iš emiterio E 1. Sustiprėjo tokiu būdu

elektronų srautas nukreipiamas į emiterį E2, o daugybos procesas kartojamas visuose tolesniuose emiteriuose. Jei PMT yra n emiteriai, tada prie anodo A, vadinami kolekcininkas, Rezultatas – fotoelektronų srovė, sustiprinta 6 kartus.

4. Autoelektroninės emisijos – Tai elektronų emisija nuo metalų paviršiaus, veikiant stipriam išoriniam elektriniam laukui. Šiuos reiškinius galima stebėti vakuuminiame vamzdyje, kurio elektrodų konfigūracija (katodas - antgalis, anodas - vidinis vamzdžio paviršius) leidžia, esant maždaug 10 3 V įtampai, gauti maždaug 10 stiprio elektrinius laukus. 7 V / m. Palaipsniui didėjant įtampai, jau esant maždaug 10 5 -10 6 V/m lauko stipriui katodo paviršiuje, dėl katodo skleidžiamų elektronų atsiranda silpna srovė. Šios srovės stiprumas didėja didėjant įtampai vamzdyje. Kai katodas šaltas, atsiranda srovės, todėl aprašytas reiškinys dar vadinamas šalčio emisija.Šio reiškinio mechanizmo paaiškinimas įmanomas tik remiantis kvantine teorija.

Kaip rodo patirtis, laisvieji elektronai įprastoje temperatūroje praktiškai nepalieka metalo. Vadinasi, metalo paviršiniame sluoksnyje turi būti lėtinantis elektrinis laukas, neleidžiantis elektronams iš metalo ištrūkti į aplinkinį vakuumą. Darbas, reikalingas elektronui pašalinti iš metalo į vakuumą, vadinamas darbo funkcija. Nurodykime dvi galimas darbo funkcijos atsiradimo priežastis:

Kur e- elektronų krūvis. Kadangi už dvigubo sluoksnio nėra elektrinio lauko, terpės potencialas lygus nuliui, o metalo viduje teigiamas ir lygus . Metalo viduje esančio laisvojo elektrono potencinė energija yra lygi - e ir yra neigiama vakuumo atžvilgiu. Remdamiesi tuo galite

Darbo funkcija išreiškiama elektronų voltų(eV): 1 eV yra lygus darbui, kurį atlieka lauko jėgos, judinant elementarųjį elektros krūvį (krūvis, lygus elektrono krūviui), kai jis praeina per 1 V potencialų skirtumą. Kadangi elektrono krūvis yra 1,6 l0 -19 C, tada 1 eV = 1,6 10 -1 9 J.

Darbo funkcija priklauso nuo metalų cheminės prigimties ir jų paviršiaus švarumo ir svyruoja kelių elektronvoltų ribose (pavyzdžiui, kalio A = 2,2 eV, platinos A = 6,3 eV). Tam tikru būdu pasirinkę paviršiaus dangą, galite žymiai sumažinti darbo našumą. Pavyzdžiui, jei ant paviršiaus užtepsite volframo (A=4,5 eV) šarminių žemių metalų oksido (Ca, Sr, Ba) sluoksnį, tada darbo funkcija sumažinama iki 2 eV.

§ 105. Emisijos reiškiniai ir jų taikymas

Termioninės emisijos dėsnių tyrimas gali būti atliekamas naudojant paprasčiausią dviejų elektrodų lempą - vakuuminis diodas, kuris yra vakuuminis cilindras, kuriame yra du elektrodai: katodas KAM ir anodas A. Paprasčiausiu atveju katodas yra siūlas, pagamintas iš ugniai atsparaus metalo (pavyzdžiui, volframo), šildomas elektros srove. Anodas dažniausiai būna metalinio cilindro, supančio katodą, pavidalu. Jei diodas yra prijungtas prie grandinės, kaip parodyta Fig. 152, tada, kai katodas yra šildomas ir anodui įvedama teigiama įtampa (katodo atžvilgiu), diodo anodo grandinėje atsiranda srovė. Jei pakeisite akumuliatoriaus B a poliškumą, srovė sustos, nesvarbu, kaip karštas katodas. Vadinasi, katodas skleidžia neigiamas daleles – elektronus.

teigiamas vertes U aprašyta trijų sekundžių dėsnis(įsteigė rusų fizikas S. A. Boguslavskis (1883-1923) ir amerikiečių fizikas I. Langmuiras (1881 - 1957)):

aš=B.U. 3/2 ,

Kur IN – koeficientas, priklausantis nuo elektrodų formos ir dydžio, taip pat nuo jų santykinės padėties.

Nustatomas soties srovės tankis Richardson-Deshman formulė, teoriškai gauta remiantis kvantine statistika:

j us =CT 2 e -A/(kT) .

2. Fotoelektronų emisija – Tai elektronų emisija iš metalo veikiant šviesai, taip pat trumpųjų bangų elektromagnetinė spinduliuotė (pavyzdžiui, rentgeno spinduliai). Pagrindiniai šio reiškinio principai bus aptarti svarstant fotoelektrinį efektą.

Antrinis elektronų skaičiaus santykis n 2 iki pirminio skaičiaus n 1 , sukeliantis emisiją vadinamas antrinis elektronų emisijos koeficientas:

=n 2 / n 1 .

1) Elektronų darbo funkcijos formulė

Metaluose yra laidumo elektronų, kurie susidaro elektronų dujos ir dalyvaujant šiluminiame judėjime. Kadangi laidumo elektronai yra laikomi metalo viduje, todėl šalia paviršiaus yra jėgos, veikiančios elektronus ir nukreiptos į metalą. Kad elektronas paliktų metalą už savo ribų, prieš šias jėgas turi būti atliktas tam tikras darbas A, kuris vadinamas elektronų darbo funkcija pagamintas iš metalo. Šis darbas, žinoma, skiriasi skirtingiems metalams.

Elektrono potencinė energija metalo viduje yra pastovi ir lygi:

W p = -eφ , čia j – elektrinio lauko potencialas metalo viduje.

Kai elektronas praeina per paviršių elektronų sluoksnis potenciali energija greitai sumažėja dėl darbo funkcijos ir tampa nuliu už metalo ribų. Elektronų energijos pasiskirstymas metalo viduje gali būti pavaizduotas kaip potencialo šulinys.

Aukščiau aptartame aiškinime elektronų darbo funkcija lygi potencialo šulinio gyliui, t.y.

Šis rezultatas atitinka klasikinį elektronų teorija metalai, kuriuose daroma prielaida, kad elektronų greitis metale paklūsta Maksvelo pasiskirstymo dėsniui ir yra lygus nuliui esant absoliutaus nulio temperatūrai. Tačiau iš tikrųjų laidumo elektronai paklūsta Fermi-Dirac kvantinei statistikai, pagal kurią absoliutus nulis elektronų greitis ir atitinkamai jų energija skiriasi nuo nulio.

Didžiausia energijos vertė, kurią elektronai turi esant absoliučiam nuliui, vadinama Fermio energija E F . Kvantinė teorija metalų laidumas, remiantis šia statistika, skirtingai interpretuoja darbo funkciją. Elektronų darbo funkcija iš metalo yra lygus skirtumui tarp potencialo barjero aukščio eφ ir Fermio energijos.

A out = eφ" - E F

čia φ" yra vidutinė elektrinio lauko potencialo vertė metalo viduje.

2) Iš metalo išeinančių elektronų darbo funkcija- darbas, kurį reikia atlikti norint pašalinti elektroną iš metalo į vakuumą. Darbo funkcija priklauso nuo metalų cheminės prigimties ir jų paviršiaus švarumo. Tam tikru būdu pasirinkę paviršiaus dangą, galite gerokai pakeisti darbo funkciją.

Darbo funkcija išreiškiama elektronvoltais (eV) : 1eV yra lygus darbui, kurį atlieka lauko jėgos, perkeldamos elementarųjį elektros krūvį tarp taškų, kurių potencialų skirtumas yra 1 V. Nes e1,610–19 C, tada 1eV=1,610–19 J.

Elektroninė emisija - elektronų emisijos iš metalų reiškinys, kai elektronams suteikiama energija, lygi arba didesnė už darbo funkciją.

1. Termioninė emisija- įkaitintų metalų elektronų emisija. Naudojimo pavyzdys yra vakuuminiai vamzdžiai.

2. Fotoelektronų emisija- elektronų emisija iš metalo veikiant elektromagnetinei spinduliuotei. Naudojimo pavyzdys yra foto jutikliai.

3. Antrinė elektronų emisija- elektronų spinduliavimas metalų, puslaidininkių ar dielektrikų paviršiumi, kai jie bombarduojami elektronų pluoštu. Antrinis elektronų skaičiaus santykis n 2 iki pirminio skaičiaus n 1, kuris sukėlė emisiją, vadinamas antrinis elektronų emisijos koeficientas: n 2 n 1. Naudojimo pavyzdys yra fotodauginimo vamzdžiai.

4. Transporto priemonės emisija- elektronų emisija nuo metalų paviršiaus, veikiant stipriam išoriniam elektriniam laukui.

5 Klausimas. Elektros srovė vakuume (vakuuminio diodo srovės įtampos charakteristikų paaiškinimas).

Kas yra vakuumas?
- tai yra dujų retėjimo laipsnis, kai praktiškai nėra molekulių susidūrimų;

Elektros srovė negalima, nes galimas kiekis jonizuotos molekulės negali užtikrinti elektros laidumo;
- galima sukurti elektros srovę vakuume, jei naudojate įkrautų dalelių šaltinį;
- įkrautų dalelių šaltinio veikimas gali būti pagrįstas terminės emisijos reiškiniu.

Termioninė emisija
- yra kietų arba skystų kūnų elektronų emisija, kai kaitinami iki atitinkamos temperatūros matomas švytėjimas karštas metalas.
Įkaitęs metalinis elektrodas nuolat skleidžia elektronus, sudarydamas aplink save elektronų debesį.
IN pusiausvyros būsena elektronų, palikusių elektrodą, skaičius lygus į jį sugrįžusių elektronų skaičiui (kadangi elektrodas įkraunamas teigiamai, kai prarandami elektronai).
Kuo aukštesnė metalo temperatūra, tuo didesnis elektronų debesies tankis.

Vakuuminis diodas
Vakuuminiuose vamzdeliuose galima elektros srovė vakuume.
Vakuuminis vamzdis yra prietaisas, kuriame naudojamas terminės emisijos reiškinys.

Vakuuminis diodas yra dviejų elektrodų (A – anodas ir K – katodas) elektronų vamzdis.
Stiklinio indo viduje susidaro labai žemas slėgis

H - kaitinimo siūlas, įdėtas į katodo vidų. Įkaitinto katodo paviršius skleidžia elektronus. Jei anodas yra prijungtas prie srovės šaltinio +, o katodas yra prijungtas prie -, grandinė teka
nuolatinė terminė srovė. Vakuuminis diodas turi vienpusį laidumą.
Tie. srovė anode yra įmanoma, jei anodo potencialas yra didesnis už katodo potencialą. Šiuo atveju elektronai iš elektronų debesies pritraukiami prie anodo, sukuriant elektros srovę vakuume.

Vakuuminio diodo srovės-įtampos charakteristika.

Esant žemai anodo įtampai, ne visi katodo skleidžiami elektronai pasiekia anodą, o elektros srovė maža. Esant aukštai įtampai, srovė pasiekia prisotinimą, t.y. maksimali vertė.
Ištaisymui naudojamas vakuuminis diodas AC.
Srovė diodo lygintuvo įėjime:

Lygintuvo išėjimo srovė:

Elektronų pluoštai
yra greitai skraidančių elektronų srautas vakuuminiuose vamzdeliuose ir dujų išlydžio įrenginiuose.
Elektronų pluošto savybės:
- nukrypti elektriniuose laukuose;
- nukrypti magnetiniai laukai veikiamas Lorenco jėgos;
- kai į medžiagą krentantis pluoštas sulėtėja, a rentgeno spinduliuotė;
- sukelia kai kurių kietųjų ir skysčių (liuminoforų) švytėjimą (liuminescenciją);
- pašildykite medžiagą kontaktuodami.

Katodinių spindulių vamzdis (CRT)
- naudojami termioninės emisijos reiškiniai ir elektronų pluoštų savybės.

CRT susideda iš elektronų pistoleto, horizontalių ir vertikalių deflektorių
elektrodų plokštės ir ekranas.
Elektronų pistolete įkaitinto katodo skleidžiami elektronai praeina per valdymo tinklelio elektrodą ir yra pagreitinami anodų. Elektronų pistoletas sufokusuoja elektronų spindulį į tašką ir keičia ekrane esančios šviesos ryškumą. Nukreiptos horizontalios ir vertikalios plokštės leidžia perkelti elektronų spindulį ekrane į bet kurį ekrano tašką. Vamzdžio ekranas yra padengtas fosforu, kuris pradeda švytėti, kai yra bombarduojamas elektronais.
Yra dviejų tipų vamzdžiai:
1) su elektrostatiniu elektronų pluošto valdymu (elektros pluošto nukreipimas tik elektriniu lauku);
2) su elektromagnetiniu valdymu (pridedamos magnetinio nukreipimo ritės).
Pagrindinės CRT taikymo sritys:
televizijos įrangos vaizdo kineskopai;
kompiuterių ekranai;
elektroniniai osciloskopai matavimo technologijoje.

6 Klausimas. Elektros srovė dujose (dujų išlydžio įtampos-įtampos charakteristikos). Nepriklausoma ir nepriklausoma kategorija.

Įprastomis sąlygomis dujos yra dielektrikas, t.y. jis susideda iš neutralių atomų ir molekulių ir neturi nemokama žiniasklaida elektros srovė
Laidininko dujos yra jonizuotos dujos. Jonizuotos dujos turi elektronų jonų laidumą.

Oras yra elektros linijų, oro kondensatorių ir kontaktinių jungiklių dielektrikas.

Žaibo metu oras yra laidininkas, elektros kibirkštis, kai susidaro suvirinimo lankas.

Dujų jonizacija

yra neutralių atomų ar molekulių skaidymas į teigiamus jonus ir elektronus, pašalinant elektronus iš atomų. Jonizacija įvyksta, kai dujos yra kaitinamos arba veikiamos spinduliuotės (UV, rentgeno, radioaktyvios) ir paaiškinama atomų ir molekulių suirimu susidūrimo dideliu greičiu metu.

Dujų išleidimas
- tai elektros srovė jonizuotose dujose.
Krūvininkai yra teigiami jonai ir elektronai. Dujų išlydis stebimas dujų išlydžio vamzdeliuose (lempose), kai juos veikia elektrinis arba magnetinis laukas.

Įkrautų dalelių rekombinacija

- dujos nustoja būti laidininku, jei jonizacija sustoja, tai įvyksta dėl rekombinacijos (priešingai įkrautų dalelių susijungimo).

Yra nepriklausomas ir priklausomas dujų išleidimas.

Nesavarankiškas dujų išleidimas
- sustabdžius jonizatoriaus veikimą, sustos ir iškrova.

Kai iškrova pasiekia prisotinimą, grafikas tampa horizontalus. Čia dujų elektrinį laidumą lemia tik jonizatoriaus veikimas.

Savarankiškas dujų išleidimas
- šiuo atveju dujų išlydis tęsiasi net ir pasibaigus išoriniam jonizatoriui dėl jonų ir elektronų, atsirandančių dėl smūginės jonizacijos (= elektros smūgio jonizacija); atsiranda padidėjus potencialų skirtumui tarp elektrodų (įvyksta elektronų lavina).
Nesavaiminis dujų išleidimas gali virsti savaiminiu dujų išlydžiu, kai Ua = užsidegimas.

7 Klausimas. Nepriklausomo dujų išleidimo mechanizmas.

Kad išlydis taptų nepriklausomas, kiekvienas elektronas, išmestas iš katodo dėl sąveikos grandinės, turi išstumti iš katodo dar bent 1 elektroną. Prisiminkime, kad atomą jonizuojant elektronui, be laisvojo elektrono atsiranda ir jonas, kuris veikiant laukui juda priešinga elektronams kryptimi – katodo link. Dėl jono susidūrimo su katodu iš pastarojo gali išsiskirti elektronas (šis procesas vadinamas antrinė elektronų emisija ). Pats mechanizmas atitinka tamsus savaiminis išsikrovimas. Tai reiškia, kad tokiomis sąlygomis spinduliuotė negeneruoja. Šios sekcijos krintantis pobūdis paaiškinamas tuo, kad esant didelėms srovėms, norint išlaikyti iškrovos nepriklausomybę ir, atitinkamai, mažesnius greitėjimo laukus, reikia mažesnės elektronų energijos.

Tipai savaiminis išsikrovimas. Techninis pritaikymas
1. Švytėjimo iškrova. Naudojamas dujų lempose, neoninėse lempose, skaitmeniniuose indikatoriuose, fluorescencinėse lempose, žemo slėgio gyvsidabrio lempose.
a. Nešviečianti dalis, esanti šalia katodo, vadinama. tamsaus katodo erdvė, b. Šviečianti dujų kolonėlė, kuri užpildo likusią dalį, vadinama. anodo teigiama kolonėlė.
2. Esant tam tikram slėgiui, anodo kolonėlė skyla į atskirus sluoksnius, atskirtus tamsiomis erdvėmis (sluoksniais). Dujų jonizacijos švytėjimo išlydžio metu priežastis yra smūginė jonizacija ir elektronų išmušimas iš katodo teigiamais jonais. Lanko iškrova. Naudojamas gyvsidabrio lempose
aukšto slėgio
, šviesos šaltiniai, suvirinant metalus, elektrinėse lydymo krosnyse, lydalo elektrolizės metu, elektrinėse krosnyse. 3. Korona išlydis Aukšta įtampa. Naudojamas elektriniuose nusodintuvuose dujoms valyti nuo kietųjų dalelių priemaišų. Naudojamas Geigerio-Muller įkrautų dalelių skaitikliuose. Žaibolaidis. Neigiamas reiškinys: sukelia energijos nutekėjimą aukštos įtampos linijose. 4. Kibirkštinis išlydis

Aukšta įtampa . Naudojamas metalo apdirbime.Žaibas: U=10 8 V, I=10 5 A, trukmė 10 -6 s, kanalo skersmuo 10 - 20 cm. Didelis metalų elektrinis laidumas yra dėl jų buvimo didelis skaičius nuo atomų atsiskyrę laisvieji elektronai. Šie elektronai – laidumo elektronai – metale sudaro vadinamąsias elektronų dujas. Laisvieji elektronai atlieka šiluminį judėjimą ir turi kinetinę energiją, tačiau dėl jų išlieka metalo viduje Kulono sąveika su teigiamai įkrautu kristalinė gardelė

. Kad elektronas paliktų metalą, prieš šias jėgas reikia dirbti, o tai vadinama darbo funkcija pagrindinė darbo funkcijos dalis. Ši dalis Darbo funkcija panaši į atomų ar molekulių jonizacijos energiją.

Be to, tai prisideda prie darbo funkcijos, susijusios su dvigubo elektrinio sluoksnio buvimu bet kurio kūno paviršiaus srityje (2 pav.). Jis atsiranda net ant visiškai taisyklingo ir švaraus kristalo paviršiaus. Atskiri elektronai nuolat palieka metalo paviršių, nutolsta nuo jo keliais tarpatominiais atstumais, o tada sustoja veikiami nekompensuoto teigiamai įkrautų jonų krūvio ir pasisuka atgal. Dėl to metalas atsiduria plono elektronų debesies apsuptyje (2 pav.).

Dvigubo sluoksnio storis yra kelių tarpatominių atstumų eilės tvarka (10 -10 h10 -9 m). Dėl dvigubo sluoksnio elektrinio lauko į kristalą nukreiptus elektronus veikia jėga. Darbas įveikti jėgą, veikiančią dėl dvigubo sluoksnio elektrinio lauko ties kūno riba, yra antrasis darbo funkcijos komponentas. Už kristalo ribų esančios dvigubo sluoksnio srities elektronus veikia tik Kulono jėga, kuris buvo paminėtas aukščiau.

Per paviršių patenkant į vakuumą, elektronų potencialas tam tikru dydžiu padidėja, palyginti su potencialu metalo viduje. ts, kuris vadinamas paviršiaus potencialų skirtumu. Su darbo funkcija jis susijęs taip:

Kur e - elektronų krūvio modulis. Darbo funkcija paprastai išreiškiama elektronvoltais (eV):

1 eV = 1,6·10-19 džaulių.

Norint pašalinti elektroną iš metalo tūrio už jo ribų, elektrono kinetinė energija turi viršyti darbo funkciją.

Kur m- elektronų masė, v- jo greitis. Įvykdžius sąlygą (2), stebimas elektronų emisijos reiškinys, t.y. elektronų emisija nuo metalinio paviršiaus. Norint stebėti elektronų emisiją, būtina elektronams perduoti energiją.

Priklausomai nuo energijos perdavimo būdo, išskiriami keturi emisijų tipai:

1. Termioninė emisija- įkaitintų metalų elektronų emisija. Kylant temperatūrai, staigiai didėja elektronų skaičius, kurių šiluminio judėjimo kinetinė energija daugiau darbo našumas ir termioninės emisijos reiškinys tampa labiau pastebimas.
2. Fotoelektronų emisija. Elektronų emisija iš metalo veikiant spinduliuotei. Šiuo atveju elektronas gauna papildomos energijos dėl fotono energijos:

Kur h, - Planko konstanta, n- krintančios spinduliuotės dažnis.

3, Antrinė elektronų emisija – elektronų emisija, kai paviršius iš išorės bombarduojamas elektronų ar kitų dalelių pluoštu.
4. Lauko emisija – elektronų emisija nuo metalo paviršiaus, veikiant stipriam išoriniam elektriniam laukui.

Įvairiose elektroniniai prietaisai Naudojamos visos emisijos rūšys, tačiau dažniausiai naudojama labiausiai kontroliuojama termoelektrinė emisija.

Darbo funkcija yra kūno paviršiaus charakteristika. To paties kristalo briaunos, suformuotos skirtingomis kristalografinėmis plokštumomis arba padengtos įvairių medžiagų, turi įvairių darbų išeiti. Pavyzdžiui, siekiant sumažinti darbo funkciją, volframo paviršius padengiamas plonu sluoksniu toris, cezis, baris arba tam tikrų metalų oksidai (aktyvuoti katodai). Sluoksnio storis yra kelios dešimtys tūkstančių tarpatominių atstumų.

Laidumo elektronai spontaniškai nepalieka metalo pastebimais kiekiais. Tai paaiškinama tuo, kad metalas jiems yra potenciali skylė. Iš metalo gali išeiti tik tie elektronai, kurių energijos pakanka paviršiuje esančiam potencialo barjerui įveikti. Jėgos, sukeliančios šį barjerą, turi tokią kilmę. Atsitiktinis elektrono pašalinimas iš išorinio sluoksnio teigiami jonai gardelė veda prie to, kad toje vietoje, kur paliko elektronas, atsiranda perteklius teigiamas krūvis.

Kulono sąveika su šiuo krūviu verčia elektroną, kurio greitis nėra labai didelis, grįžti atgal. Taigi atskiri elektronai nuolat palieka metalo paviršių, nutolsta nuo jo keliais tarpatominiais atstumais ir tada pasisuka atgal. Dėl to metalą supa plonas elektronų debesis. Šis debesis kartu su išoriniu jonų sluoksniu sudaro elektrinį dvigubą sluoksnį (60.1 pav.; apskritimai - jonai, juodi taškai - elektronai). Jėgos, veikiančios elektroną tokiame sluoksnyje, nukreiptos į metalą.

Darbas, atliktas prieš šias jėgas perkeliant elektroną iš metalo į išorę, padidina elektrono potencialią energiją

Taigi potenciali energija valentiniai elektronai metalo viduje yra mažesnis nei metalo išorėje kiekiu, lygiu potencialo šulinio gyliui (60.2 pav.). Energijos pokytis vyksta kelių tarpatominių atstumų eilės ilgiu, todėl šulinio sienelės gali būti laikomos vertikaliomis.

Turi elektrono potencinę energiją ir taško, kuriame yra elektronas, potencialą priešingi ženklai. Iš to išplaukia, kad potencialas metalo viduje yra didesnis už potencialą šalia jo paviršiaus (trumpai pasakysime tiesiog „ant paviršiaus“)

Suteikus metalui perteklinį teigiamą krūvį, padidėja potencialas tiek metalo paviršiuje, tiek viduje. Atitinkamai mažėja elektrono potencinė energija (60.3 pav., a).

Prisiminkime, kad atskaitos tašku laikomos potencialios ir potencialios energijos vertės begalybėje. Pranešimas neigiamas krūvis sumažina potencialą metalo viduje ir išorėje. Atitinkamai didėja elektrono potencinė energija (60.3 pav., b).

Bendra elektrono energija metale susideda iš potencinės ir kinetinės energijos. 51 straipsnyje nustatyta, kad prie absoliutaus nulio vertės kinetinė energija laidumo elektronai svyruoja nuo nulio iki energijos Emax, sutampančios su Fermio lygiu. Fig. 60.4 energijos lygiai laidumo zonos yra įrašytos į potencialų šulinį (punktyrinė linija rodo neužimtus lygius). Norint pašalinti iš metalo, skirtingi elektronai turi turėti skirtingą energiją.

Taigi būtina perduoti energiją elektronui, esančiam žemiausiame laidumo juostos lygyje, elektronui, esančiam Fermio lygyje, pakankamai energijos

Minimali energija, kurią reikia perduoti elektronui, kad jis būtų pašalintas iš kieto arba skystas kūnas patekimas į vakuumą vadinamas darbo funkcija. Darbo funkcija paprastai žymima kur Ф yra dydis, vadinamas išėjimo potencialu.

Remiantis tuo, kas išdėstyta aukščiau, elektrono iš metalo darbo funkcija nustatoma pagal išraišką

Šią išraišką gavome darydami prielaidą, kad metalo temperatūra yra 0 K. Esant kitoms temperatūroms, darbo funkcija taip pat nustatoma kaip skirtumas tarp potencialo šulinio gylio ir Fermio lygio, ty apibrėžimas (60.1) išplečiamas iki bet kurio temperatūros. Tas pats apibrėžimas galioja ir puslaidininkiams.

Fermio lygis priklauso nuo temperatūros (žr. formulę (52.10)). Be to, pasikeitus vidutiniams atstumams tarp atomų dėl šiluminio plėtimosi, šiek tiek pasikeičia potencialo šulinio gylis. Tai lemia tai, kad darbo funkcija šiek tiek priklauso nuo temperatūros.

Darbo funkcija yra labai jautri metalo paviršiaus būklei, ypač jo švarai. Pasirinkus tinkamą paviršiaus dangą, galima gerokai sumažinti darbo funkciją. Pavyzdžiui, volframo paviršių padengiant oksido sluoksniu šarminių žemių metalas(Ca, Sr, Ba) sumažina darbo funkciją nuo 4,5 eV (grynajam W) iki 1,5-2.