Перейти к содержанию

Главное меню:

Территория электротехнической информации WEBSOR

Найти

Термоэлектронная эмиссия металлов

Основы > Электрические процессы в вакууме и газах

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ МЕТАЛЛОВ

Электронной эмиссией называется процесс выхода электронов из твердых или жидких тел.
Термоэлектронная эмиссия - электронная эмиссия, обусловленная тепловым состоянием (температурой) тела, испускающего электроны.
На рис. 3-1 показана энергетическая диаграмма металла. Косой штриховкой обозначены уровни энергии валентных электронов, заполненные полностью при Т=0 К. Горизонтальной штриховкой - свободные при Т=0 К разрешенные энергетические уровни.
Кривая 1 показывает распределение электронов по энергиям в металле при некоторой температуре его, отличной от 0 К.
Кривая 2 изображает (схематически) потенциальный барьер на границе металл - вакуум, препятствующий выходу электронов. Здесь Wo - полная высота потенциального барьера, характеризующая потерю энергии электроном при выходе из металла;
- уровень Ферми (уровень электрохимического потенциала); - работа выхода электрона (j - работа выхода, выраженная в вольтах).
Термоэлектронная эмиссия чистых металлов описывается уравнением Ричардсона - Дешмана:



Здесь jэ - плотность тока термоэлектронной эмиссии, А/м2; Т - температура металла, К; А - постоянная для данного металла, А/(м2 К2); k - постоянная Больцмана; j - работа выхода электронов, В.
Значения работы выхода
j и константы А для некоторых материалов приведены в табл. 3-1.

Рис. 3-1. Энергетическая диаграмма металла и потенциальный барьер на границе металл - вакуум.

1 - распределение электронов по энергиям в металле; 2 - потенциальный барьер без внешнего электрического поля; 3 - энергия, сообщаемая электронам внешним однородным электрическим полем; 4 - потенциальный барьер при наличии ускоряющего электрического поля.

Таблица 3-1 Значения работы выхода и константы А для некоторых материалов

Материал

j, В

Cs
Ва
Th
Та
Мо
W
С
Fe
Ni
Pt
Hg

1,89
2,29
3,41
4,12
4,27
4,54
4,39
4,36
4,84
5,29
4,52

1620000
600000
700000
600000
550000
750000
300000
260000
-
320000
-

 

Таблица 3-2 Постоянные для пленочных катодов

Тип катода

j, В

Торий на вольфраме
Торий на молибдене
Торий на карбиде вольфрама
Барий на вольфраме
Цезий на вольфраме

2,63
2,59
1,5
1,56
1,36

30000
15000
150
15000
32000

 

Наиболее распространенным катодом из чистого металла является вольфрамовый.
Внешнее ускоряющее электрическое поле у поверхности катода приводит к снижению потенциального барьера (см. рис. 3-1, кривая 4) и вследствие этого к увеличению тока термоэлектронной эмиссии.
Увеличение эмиссии описывается уравнением Шоттки:



где
электрического поля, А/см2, jэ - плотность тока эмиссии в отсутствие внешнего поля, определяемая по уравнению Ричардсона - Дешмана; Т - температура катода, К; Ек - напряженность внешнего электрического поля у поверхности катода, В/м.
Образование на поверхности металла мономолекулярных пленок электроположительных по отношению к нему веществ сопровождается поляризацией атомов пленки или их ионизацией и вследствие этого возникновением ускоряющего электрического поля, снижающего работу выхода
j электронов из катода. Одновременно изменяется и постоянная А уравнения термоэлектронной эмиссии.
Наиболее распространенными в технике пленочными катодами являются катоды из торированных вольфрама и молибдена.
В табл. 3-2 приведены постоянные
j и А для некоторых пленочных катодов.

Основы | Электромашины | Оборудование | Нормы | Подстанция | Электроснабжение | Освещение | Воздушная линия | Карта сайта


Назад к содержанию | Назад к главному меню