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Sandbox Physics
控制电流与光的材料

材料 · 测量 · 解释

热电子发射:热表面怎样给电流设上限

Richardson 怎样把热金属放出的电子,与气体引起的电流分开?

  1. 加热清洁金属

  2. 排除残余气体

  3. 测饱和电流

  4. 比较温度依赖

温度规律描述给定表面的发射受限电流;抽取条件还可能设置别的上限。

抽真空本身就是证据的一部分

Richardson 在抽空的管中加热金属丝,等待电流稳定。热管壁会放气,气体也能导电,反复加热、抽气,才能检验电流是否仍然存在。

1901 年的铂丝实验把有限电子供给与表面温度联系起来。1928 年颁奖表彰的是这些热电子工作与规律。

来源:[1]

温度提高,更多电子越过表面门槛

热电子必须有足够能量,才能越过表面逸出功。下式采用现代 Richardson—Dushman 形式,并非照抄 1901 年最早的公式。它同时包含温度改变的供给和很敏感的指数因子;比较一系列温度,才看得出这条规律。

J=ART2exp⁡ ⁣(−ΦkBT)J=A_{\mathrm R}T^2\exp\!\left(-\frac{\Phi}{k_{\mathrm B}T}\right)

来源:[1]

电子放出来以后,电流还可能受限

抽取场太弱时,已发射的电荷会排斥后来电子,阳极电流便同时受空间电荷控制。表面薄膜还会改变有效逸出功,因此发射常数必须连着表面处理条件一起读。

来源:[1]

电子枪把两种限制分开显示

相关电子枪分别改变温度与抽取电压,帮助辨认电子束究竟受哪一步限制。教学阴极经过简化;Richardson 的历史证据还依靠真空对照和可重复的测温。

来源:[1][2]

来源与阅读说明

  1. Richardson: Thermionic phenomena (Nobel lecture 1929; prize 1928)

    讲稿交代怎样排除残余气体影响,以及发射受限电流的温度规律。

  2. Nobel Prize in Physics 1928: official award

    核对获奖归属与年份。原始观测或理论论文往往早得多。

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