Контрольные вопросы
1. Что такое контактная разность потенциалов на границе металл – среда?
2. Что такое работа выхода электрона из металла и как ее найти? Приведите примеры значений этой величины для некоторых металлов.
3. От чего зависит контактная разность потенциалов на границе металл – металл? Запишите формулу для ее нахождения.
4. Сформулируйте законы Вольта.
5. Что такое термо – ЭДС? запишите формулу для ее вычисления.
6. Что представляет собой термопара? Для чего используются термопары?
7. В чем состоит эффект Пельтье и где он используется?
8. Что такое термоэлектронная эмиссия? Начертите график вольт – амперной характеристики и проанализируйте его.
9. Где используется явление термоэлектронной эмиссии?
Основные формулы
Чтобы вырваться наружу из металла, электрон должен обладать кинетической энергией
,
где А – работа выхода электрона из металла.
Контактная разность потенциалов между двумя разнородными металлами определяется по формуле
;
где k – постоянная Больцмана, Т – температура контакта, е – элементарный заряд, n 1 и n 2 – концентрация свободных электронов в металлах, А 1, А 2 - работы выхода.
Термоэлектродвижущая сила
,
где (Т 1- Т 2) – разность температур спаев.
Плотность тока насыщения при термоэлектронной эмиссии определяется по формуле Ричардсона – Дешмана
,
где j нас – плотность тока насыщения; С – эмиссионная постоянная, разная для различных металлов; А – работа выхода электрона из металла; k – постоянная Больцмана.
ЗАДАЧИ
374. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон для того, чтобы ионизовать атом водорода? Потенциал ионизации атома водорода j = 13,6 В.
[2,2×106 м/с].
375. При какой температуре атомы ртути имеют кинетическую энергию поступательного движения, достаточную для ионизации? Потенциал ионизации атома ртути 10,4 В.
[8,4×104 К ]
376. Потенциал ионизации атома гелия j = 24,5 В. Найти работу ионизации.
[39,2×10-19Дж].
377. Какой наименьшей скоростью должны обладать свободные электроны в цезии и платине для того, чтобы они смогли покинуть металл?
[8,3×105 м/с; 1,4×106 м/с].
378. Отношение работ выхода электронов из платины и цезия 1,58. Определить отношение минимальных скоростей теплового движения электронов, вылетающих из металлов.
[1,26].
379. Определить скорость вылетающего из металла электрона, если он обладает энергией 10-18 Дж. Работа выхода электрона из металла 2,5эВ.
[1,15 ×106 м/с]
380. Во сколько раз изменится удельная термоэлектронная эмиссия вольфрама, находящегося при температуре 2400 К, если повысить температуру вольфрама на 100 К.
[2,6]
381. Термопара железо-константан, постоянная которой a = 5,3×10-5 В/К и сопротивление 15 Ом, замкнута на гальванометр. Один спай термопары находится в сосуде с тающим льдом, а второй помещен в среду, температура которой не известна. Определить эту температуру, если через гальванометр течет ток 0,2 мА, а внутреннее сопротивление гальванометра 150 Ом.
[896 К].
382. Во сколько раз катод из торированного вольфрама при температуре 1800 К дает большую удельную эмиссию, чем катод из чистого вольфрама при той же температуре? Эмиссионная постоянная для чистого вольфрама 0,6×106 А/(м2×К2), для торированного 0,3×107 А/(м2×К2).
[1,1×104]
383. При какой температуре торированный вольфрам будет давать такую же удельную эмиссию, какую дает чистый вольфрам при 2500 К? Необходимые данные взять из предыдущей задачи.
[1760 К]
384. Определить работу выхода электронов из металла, если плотность тока насыщения двухэлектродной лампы при температуре Т 1 равна j 1, а при температуре T 2 равна j 2.
[ 
]
385. Вывести формулу для скорости изменения плотности термоэлектронного тока насыщения в зависимости от температуры.
386. Ток насыщения при несамостоятельном разряде 6,4 пА. Найти число пар ионов, создаваемых в одну секунду внешним ионизатором.
[2×107]
387. Определить температуру, при которой атомы водорода имеют среднюю кинетическую энергию поступательного движения, достаточную для ионизации.
[1,05×105 К]
388. Определить температуру, соответствующую средней кинетической энергии поступательного движения электронов, равной работе выхода из вольфрама, если поверхностный скачок потенциала для вольфрама составляет 4,5 В.
[3,48×104 К]
