金属电子逸出功的测量与分析
实验5金属逸出功
实验5.4 金属电子逸出功的测量【实验目的】（1） 了解热电子发射的基本原理（2） 学习用里查逊直线法测量钨的逸出功[1] （3） 学习外延测量法和补偿测量法等基本实验方法 （4） 进一步学习实验处理的方法【实验仪器】WF —3型逸出功测定仪，包括：主机、理想二极管及座驾、WF —3型组合数字电表【仪器介绍】1. 理想（标准）二极管2. WF —3型金属电子逸出功测定仪【实验原理】（1）热电子发射公式实验中,给金属通电加热，提高其温度，使电子的动能增加，从而使电子金属中逸出，形成热电子发射。
热电子发射公式I=AST 2exp （-e∅K T）A--------------与阴极材料表面化学纯度有关的系数 T--------------阴极的绝对温度I---------------热电子发射的电流K--------------玻尔兹曼常数， S--------------阴极的有效发射面积原则上只要测出I 、A 、S 、T ，即可计算出阴极材料的逸出功。
但由于A ，S 这两个量难以直接测定以及肖特基效应[2]，还不能求出逸出功。
在实际测量中，常用以下测量和数据处理的方法： （3）用里查逊直线法测逸出功 将热电子发射公式两边除以T 2，再取对数得2311.3810J k k --=⨯⋅lg IT 2=lg （AS ）-5.039X 103∅T可见，lg IT 2与1T 成线性关系。
由直线的斜率可得出金属的逸出电位。
这种方法称为里查逊直线法。
（5） 零场电流的测量加速电场为零时阴极的发射电流称为零场电流I 。
为了使阴极发射的热电子连续不断地飞向阳极，必须在阴极与阳极之间加一个加速电场，但加速电场的存在导致阴极表面的势垒[3]E b 降低，逸出功减少，助长阴极的电子发射。
可以证明，阴极热电子发射电流与加速电场的关系为I a =Iexp （0.439 E aT）式中E a ----------阴极表面加速电场的电场强度 I a -----------阴极加速场强为E a 时的阴极发射电流 I ------------零场电流（6） 灯丝温度的测定理想二极管的灯丝（纯钨丝）电流已经标定，只要准确测定灯丝电流，查表就能得到阴极温度。
金属电子逸出功的测定实验报告
金属电子逸出功的测定实验报告金属电子逸出功的测定实验报告引言：金属电子逸出功是指金属表面的电子脱离金属表面所需的最小能量。
测定金属电子逸出功对于理解金属的电子结构以及应用于光电子学等领域具有重要意义。
本实验旨在通过测定金属电子逸出功的实验方法，探究金属电子的逸出行为，并分析其与金属表面性质的关系。
实验材料与仪器：本实验使用的材料为常见的金属样品，如铜、铝等。
实验所需仪器包括电子能谱仪、真空系统、光源等。
实验步骤：1. 准备金属样品：选择适当的金属样品，并将其表面清洗干净，以确保实验结果的准确性。
2. 搭建实验装置：将金属样品放置于真空系统中，确保系统处于良好的真空状态。
调整光源的位置和强度，以保证实验的可靠性。
3. 测定电子能谱：通过电子能谱仪测定金属样品的电子能谱曲线。
在实验过程中，可以调整光源的波长和强度，以获得不同能量下的电子能谱数据。
4. 分析数据：根据电子能谱曲线，确定金属电子的逸出功。
通过计算能量差值，可以得到电子逸出所需的最小能量。
结果与讨论：根据实验数据，我们可以得到不同金属样品的电子逸出功数值。
通过对比不同金属的逸出功，我们可以发现金属的电子逸出功与其物理性质之间存在一定的关系。
首先，金属的电子逸出功与其导电性能有关。
一般来说，导电性能较好的金属具有较低的电子逸出功，因为其电子更容易脱离金属表面。
相反，导电性能较差的金属则具有较高的电子逸出功，因为其电子与金属原子之间的束缚力较强。
其次，金属的电子逸出功与其晶格结构有关。
晶格结构较紧密的金属通常具有较高的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较大。
相反，晶格结构较疏松的金属则具有较低的电子逸出功，因为其表面原子对电子的束缚力较小。
此外，金属的电子逸出功还与其表面的化学性质有关。
金属表面的氧化物、硫化物等化学物质会影响金属电子的逸出行为。
一般来说，金属表面存在氧化物等化学物质时，电子逸出功会增加，因为这些化学物质会增加电子与金属原子之间的相互作用力。
金属电子逸出功实验报告
金属电子逸出功实验报告篇一：《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求1 《金属电子逸出功的测定》实验指导与报告要求一、电子发射 1、电子发射的分类：⑴、光电发射：靠光照射金属表面引起电子发射。
⑵、热电子发射：加热金属使其中大量电子克服表面势垒而逸出。
⑶、二次电子发射：靠电子流或离子流轰击金属表面产生电子发射⑷、场效应发射：靠外加强电场引起电子发射 2、热电子发射⑴、无线电电子学的基础⑵、真空管中从通电加热的金属丝阴极表面逸出电子的现象二、实验目的和要求1、了解热2、掌握逸出功的测量方法。
2、学习一种数据处理方法。
V三、金属电子逸出功的测定原理简述 1、真空二极管的结构a) 阴极K 通以电流 If 加热b) 阳极A上加以正电压，在连接这两个电极的外电路中将有电流 Ia 通过2、金属电子逸出功⑴金属中电子能量分布根据固体物理学中金属电子理论，金属中传导电子的能量分布按费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布，即：dN＝dW314π223(2m)WeW－WFkT＋1式中WF称费米能级。
c) 金属-真空界面表面势垒曲线 (x为电子距离金属表面的距离) d) 逸出功定义：E0?Eb?EF?eV⑵、根据费米-狄拉克能量分布公式，可以推导出热电子发射公式，称里查逊-杜什曼(Richardson-Dushman)公式。
I＝ASTe式中：I-热电子发射的电流强度(A) S-阴极金属的有效发射面积(cm2) k-玻尔兹曼常数 T-绝对温度eV-金属的逸出功A-与阴极化学纯度有关的系数2－eVkT3、肖脱基效应I＝AST2eeΦkT式中的I是不存在外电场时的阴极热发射电流。
无外场时，电子不断地从阴极发射出来，在飞向阳极的途中，必然形成空间电荷，空间电荷在阴极附近形成的电场，正好阻止热电子的发射，这就严重地影响发射电流的测量。
为了消除空间电荷的影响，在阳极加一正电压，于是阳极和阴极之间形成一加速电场Ea，使电子加速飞向阳极。
金属电子逸出功的测定
金属电子逸出功的测定
05112 杨昊庆10.23
一、实验数据的记录与处理
4.计算
逸出电压U=K/(-5.04E03)=-22639/(-5.04E03) V=4.492V
逸出功eU=4.429 eV
理论值eU’=4.54 eV
相对误差E=2.5%
二、实验的反思感悟与总结
1.造成误差可能的原因：
①改变电流值的时候，灯丝可能没有达到预定温度；
②Ia的调节不太好调，导致Ua不稳就读数；
③开始时预热不充分；
④可能是阳极电压偏低或灯丝电压必读数偏高，导致测量值小于理论值。
2.里查逊直线的优点：
不用知道B和S的数值，就可以求出逸出功，这种思想应该牢牢掌握。
3.excel处理实验数据的优越性：
计算机处理数据要方便的多，在这个实验上有深刻的体现，excel能自动画图并精准的算出线性回归方程，省时又省力。
4.感悟
这个实验的操作很简单，在excel的帮助下数据处理也很简单，而且没有不确定度的计算，可以说是本学期最简单的实验之一。
但是有两点让我感触很深。
一是里查逊直线的思想，二是君子生非异也，善假于物，一定要好好掌握计算机技术的应用。
测金属逸出功实验报告
测金属逸出功实验报告实验介绍金属逸出功是指金属表面的电子逸出所需的最小能量，是表征金属性质的重要参数之一。
本实验旨在通过测量不同金属表面的电子逸出能来研究不同金属的特性，并探讨金属逸出功与其他物理参数之间的关系。
本实验采用场发射电子逸出测量法进行实验。
实验原理场发射电子逸出测量法利用电场对金属表面的电子进行加速，当电场强度足够大时，金属表面的电子能够克服表面势垒的束缚，从金属中逸出。
逸出的电子被电场加速后，可以通过电子能谱仪进行测量。
电子能谱仪可以测量电子的能量，进而计算出金属逸出功。
实验步骤1. 准备工作：将实验所需的金属样品清洗干净，以去除表面的杂质和污染物。
2. 接极装置：将金属样品放置在接极装置上，并保持样品表面与接极装置之间的良好接触。
3. 设置电场：调节电场强度，使得逸出电流能够被测量仪器所接收到，并记录下电场强度的数值。
4. 测量逸出电流：打开测量仪器，并根据仪器的操作手册进行配置，然后测量逸出电流的数值。
5. 计算金属逸出功：根据测得的逸出电流和电场强度，使用经过校准的公式计算得到金属的逸出功数值。
6. 重复实验：重复以上实验步骤，对不同金属样品进行逸出功测量。
数据处理与结果分析根据实验测量所得的数据，我们可以计算得到不同金属的逸出功数值，并进行进一步的结果分析。
1. 绘制逸出功与金属种类的关系图：根据测量数据绘制逸出功与金属种类的关系图，分析不同金属的逸出功差异。
2. 绘制逸出功与其他物理参数的关系图：根据已有的物理知识，探讨金属逸出功与其他物理参数（如晶格结构、原子半径等）的关系，绘制逸出功与这些参数的关系图。
结论与讨论通过实验测量和数据处理，得到了不同金属的逸出功数值，并分析了逸出功与金属种类及其他物理参数之间的关系。
根据结果分析，我们可以得出以下结论：1. 不同金属的逸出功差异较大，这与金属的化学性质和晶格结构有关。
2. 逸出功与金属的原子半径和晶格结构等物理参数有一定的关联，这为进一步研究金属性质提供了线索。
增补实验：金属电子逸出功的测定
增补实验：金属电子逸出功的测定【实验目的】1. 了解热电子发射的基本规律，验证肖特基效应；2. 学习用理查森直线法处理数据，测量电子逸出电位。
【实验原理】电子的逸出电位正是热电子发射的一个基本物理参数。
根据量子理论，原子内电子的能级是量子化的。
在金属内部运动着的自由电子遵循类似的规律：1•金属中自由电子的能量是量子化的；2•电子具有全同性，即各电子是不可区分的；3•能级的填充要符合泡利不相容原理。
根据现代的量子论观点，金属中电子的能量分布服从费米-狄拉克分布。
在绝对零度时，电子数按能量的分布曲线如图1中的曲线（1）所示，此时电子所具有的最大动能为W i，W i所处能级又称为费米能级。
当温度升高时，电子能量分布曲线如图1中的曲线（2）所示，其中少数电子能量上升到比W i高，并且电子数随能量以接近指数的规律减少。
图1电子能级分布曲线图2势能壁垒图由于金属表面存在一个厚约1O-10米左右的电子-正电荷电偶层，阻碍电子从金属表面逸出。
也就是说金属表面与外界之间有势能壁垒W a,如图2，因此电子要从金属中逸出，必须具有至少大于W a的动能，即必须克服电偶层的阻力作功，这个功就叫电子逸出功，以W o表示，显然W o = W a - W i = e o 0。
W o的常用单位为电子伏特（eV）,它表征要使处于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要的给予的能量。
0称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功，单位为伏特( V )。
有上述可知：热电子发射是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使动能大于W i的电子增多，从而使动能大于W a的电子数达到一可观测的大小。
可见，逸出功的大小对热电子的发射强弱有决定性的作用。
根据以上理论，可以推导出热电子发射的理查森-杜旭曼(S.Dushman)公式I e = A S T2 e ■ ( e M/ kT )(1)式中：I e为热电子发射的电流强度，单位为安培；S为阴极金属的有效发射面积，单位为cm2; T为热阴极绝对温度，单位为K; e o $为阴极金属的逸出功，单位为电子伏特；k为波尔兹曼常数k = 1.38*10-23( J*K ); A为与阴极化学纯度相关的系数。
金属电子逸出功的测定大学物理实验
实验结果分析
对比分析
将实验结果与理论值进行对比，分析差异产 生的原因，以检验实验的准确性和可靠性。
规律总结
根据实验结果，总结金属电子逸出功与相关 因素之间的规律，加深对实验原理和物理现 象的理解。
误差分析
误差来源
分析实验过程中可能产生的误差来源，如测 量误差、仪器误差等。
误差传递
根据误差传播理论，计算误差对实验结果的 影响，以提高实验的精度和准确性。
记录加热过程中金属薄膜表面形貌的变化情况，包 括颜色、光泽、熔融等。
02
测量金属薄膜的厚度，计算金属电子逸出功。
03
分析实验数据，得出结论，并与理论值进行比较。
04
结果分析
数据处理与图表绘制
数据处理
将实验测得的数据进行整理、筛选和计 算，确保数据的准确性和可靠性。
VS
图表绘制
根据处理后的数据绘制图表，如柱状图、 曲线图等，以直观地展示实验结果。
感谢您的观看
THANKS
步骤4
观察电子显微镜中的金属薄膜 表面形貌，记录加热过程中的 变化。
步骤1
将金属样品放入真空镀膜机中， 制备一定厚度的金属薄膜。
步骤3
连接恒流电源和恒压电源，调 整电流和电压值，使金属薄膜 加热至一定温度。
步骤5
调整恒流电源和恒压电源的参 数，重复步骤3和步骤4，获取 多组数据。
数据记录与处理
01
金属电子逸出功的性质
与金属种类有关，不同金属的逸出功 不同。
电子逸出功的测量原理
测量原理
通过测量电子在金属表面逸出时的电位差，结合电子的动能和能量守恒定律，计算出金 属的电子逸出功。
电位差测量
通过测量施加在金属样品上的正负电压，得到金属表面的电位差。
电子逸出功的测定实验报告
电子逸出功的测定实验报告
《电子逸出功的测定实验报告》
实验目的：通过测定金属表面的逸出功，探究电子逸出的规律并验证光电效应
理论。
实验仪器：光电效应实验装置、光电管、数字示波器、光源、金属样品
实验原理：光电效应是指金属表面受到光照射后，电子从金属表面逸出的现象。
逸出功是指光照射金属表面，使得电子逸出所需的最小能量。
根据光电效应理论，逸出功与光的频率成正比，与光的强度无关。
实验步骤：
1. 将金属样品放置在光电管的阳极上，并连接光电管和数字示波器。
2. 调节光源的频率和强度，使得光照射到金属样品上。
3. 观察数字示波器上的波形变化，记录光照射金属样品后的电压值。
4. 根据实验数据，计算出金属样品的逸出功。
实验结果：通过实验测定，得到金属样品的逸出功为X电子伏特。
实验结论：实验结果验证了光电效应理论，即逸出功与光的频率成正比。
通过
测定金属样品的逸出功，可以进一步了解光电效应的规律，并为相关理论研究
提供实验数据支持。
总结：本实验通过测定金属样品的逸出功，验证了光电效应理论，并为进一步
研究光电效应提供了实验数据支持。
同时，实验结果也可以应用于光电器件的
设计和制造中，具有一定的实际意义。
通过本次实验，我们对电子逸出功的测定有了更深入的理解，同时也对光电效
应的原理有了更加清晰的认识。
希望通过不断的实验和研究，我们能够更好地
探索光电效应的规律，为相关领域的发展做出更大的贡献。
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金属逸出功的测量与分析
2009年10月11日
物理工程与技术学院 光信息科学与技术07级1班
实验人：乐广龙 07305939 参加人： 林 铭 07305938
【实验目的】
1， 了解费米狄拉克量子统计规律；
2， 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法；
3， 用理查逊直线法分析印记材料（钨）的电子逸出功。
【实验原理】
（1） 电子需要W o =W a -W f 才能逸出。
（2） 热发射电流密度2/e K T
s J AT e ϕ-=
（3） A.由于A 以及面积S 难以测量:
2
ln(
)ln()s T e A S T
K T
ϕ=-
则2
ln(
)s T T
与1T
为线性关系,利用此方法实验称理查逊直线法。
B.发射电流测量加入电场E α,电流作相应修正
:
'
4.39ln ln s s I I T
=+
在选定温度下
:'
ln s I
由直线斜率可得零场发射电流s I
C.温度测量由f T I 关系曲线得出。
【实验内容】
1， 按电路图连接电路，注意a U 与f U 勿连接错误；
2， 取灯丝电流f I 为0.600、0.625、0.650…0.775A ，求得灯丝温度；
3， 对应每灯丝电流f I ，测量阳极电压a U 分别为25、36、49、64、81、100、121及144V
对应阳极电流'
s I ，阳极电压先粗调，再微调。
4， 作'ln s I ln s I ； 5， 作2
1ln(
)s T T T
图，拟合出逸出功与实验误差。
【实验结果与分析】
表1 灯丝温度
2， 对应阳极电流以及求'ln s I 有下表（原始数据见预习报告）：
表2阳极电流以及lg s I 、s I
3， 作'
ln s I
1~8：
图1~8
4，作2
1lg(
)s T T T
图以及求钨电子逸出功0W
表3 2
1lg(
)s T T
T
数据
用origin 作图有：
图9
再做线性拟合，origin 结果有：
[2009/11/4 12:12 "/Graph2" (2455139)] Linear Regression for DATA1_B: Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A 8.47811 0.14054
B
-49746.96557 282.53898
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------ -0.9999 0.01708 8 <0.0001
说明该曲线,
2ln()ln()s T e A S T K T ϕ
=-
中, ln()8.478110.14054A AS ==±,
49746.96557282.53898e B K
ϕ=-
=-±
此时,由2
ln(
)ln()s T e A S T
K T
ϕ=-或4
2
ln(
)ln() 1.1604810s
T A S T T
ϕ
=-⨯ 做简单的变换，得出
01(49746.96557282.53898)
eV =4.286750.024*******.8
W e B eV K
ϕ±==
=
±
与标准值4.54eV 比较误差, 4.54 4.28675
5.578%4.54
η-==
5，误差分析：
A ， 有上述图像以及数据可以看出，'
lg s I
2
1lg(
)s T T
T
线性度都相当高，可以预见
实验应该误差不大。
B ， 此处使用数据为第二周测量值，实验前进行充分预热，测量数据时考虑了稳定的问题，
因此数据波荡不大，线性拟合度均达到99.99%以上，当然这也是数据较少量带来的。
C ， 最后2
1lg(
)s T T T
在1/T=0.0053K -1
处不接近线性，原猜测是预热不够，但是在第一周实
验数据中同样有一样的情况，则原因不明。
D ， 实验值比理论值偏小约5.578%是因为电场引入的偏差没有完全去除.
【思考与讨论】
1， 本实验中需要测量哪些物理量？为什么？
测量U f 、U a 以及I f ，由于公式显示的A ，S 等不容易测量，需要间接测量电压值来转换成逸出功数据。
2， 实验中如何测量阴极与阳极之间的电位差？
使用电压表并联在阴极以及两电阻之间。
3， 试验中如何稳定阴极温度？
每次调整了电压U a ，等待1~2分钟让电流稳定，温度才达到稳定值。