Введение. Как отмечалось во введении к лабораторной работе №46, в электронных лампах широко используется явление термоэлектронной эмиссии из катода

Как отмечалось во введении к лабораторной работе №46, в электронных лампах широко используется явление термоэлектронной эмиссии из катода, который может быть изготовлен либо из металла, либо из полупроводника.

Электронный газ. Рассмотрим кристаллическое твердое вещество металл или полупроводник. Часть атомов, образующих кристаллическую решетку, теряют свои валентные электроны, которые становятся, так называемыми, свободными электронами проводимости внутри этого вещества. Слово «свободные» нельзя понимать в абсолютном смысле, так как в действительности между этими электронами и решеткой существует вполне определенная связь и, кроме того, выход этих электронов из вещества в окружающее пространство крайне затруднен.

Рассматривая свойства электронного газа необходимо иметь в виду, что он образован фермионами, которые подчиняются принципу запрета Паули: в системе не может быть более двух электронов с одной и той же энергией, а два электрона с одинаковой энергией должны отличаться направлением спина.

Используя законы квантовой механики и статистической физики, а также метод задерживающего потенциала (см. лаб. раб. №46^а), можно получить (см. Приложение к лаб. работам №46^а и №47) формулу (2^а) в работе №46^а, которая позволяет вычислить зависимость силы тока анода I_А от величины задерживающего отрицательного напряжения U_A между анодом и катодом при температуре катода T:

, (2^а)

где k – постоянная Больцмана; - сила тока при нулевом напряжении между катодом и анодом; e – элементарный электрический заряд.

Убедившись, что отношение сил токов действительно, как это предсказывается формулой (2^а), равно при любых значениях тормозящего напряжения , можно сделать вывод о правильности тех представлений (см. Приложение), которые привели к формуле (2^а).

Еще раз отметим эти представления:

3) газ электронов, эмитированных из нагретого катода, подчиняется распределению Максвелла для температуры катода;

4) потенциальный барьер, который преодолевают электроны на их пути к аноду, не изменяет характер распределения.