Термоелектронна емісія

Термоелектронна емісія – це явище виходу електронів з речовини під дією температури, що виникає за рахунок енергії теплового збудження.

Механізм термоелектронної емісії:

Для кожного електрона, що виходить з поверхні металу можна зобразити залежність потенціальної енергії від термоелектронної емісії (рис.9.2).

Всередині металу на електрон не діють ніякі сили, тому потенціальна енергія не змінюється.

Складаючи повну діаграму потенціальної енергії для металу слід мати на увазі, що:

- границя вакуум–метал представляє собою потенціальний бар’єр;

Рис.9.1

- метал в цілому для електрона представляє собою потенціальну яму глибиною W_п;

- дозволені значення потенціальної енергії всередині металу представляють собою дуже близько розташовані дискретні рівні.

При температурі Т=0 К електрони заповнюють попарно найнижчі рівні в потенціальній ямі до деякого верхнього рівня. Цей рівень називають рівнем Фермі, а енергію, яка відповідає найвищому заповненому рівню – енергією Фермі (W_F). Таким чином при Т=0 К енергія електрона знаходиться в межах:

.

Очевидно, що при таких умовах електрон не здатен покинути метал, але якщо електрону надати деяку додаткову енергію (наприклад, опроміненням світлом), то він зможе вийти за межі металу.

Ця додаткова енергія повинна бути не менша різниці , тобто мінімальна енергія, необхідна для виходу електрона з металу називається роботою виходу:

.

При Т>0 К рух електронів активніший за рахунок енергії теплового збудження, електрони перерозподіляються по рівням. В окремих випадках електрони отримують від решітки додаткову енергію, більшу за роботу виходу і здатні самостійно покинути метал. Це явище називається термоелектронною емісією. Енергія Фермі – це енергія, яку має електрон при температурі 0 К.

Явище термоелектронної емісії використовують в діодах. Якщо у вакуумному електронному просторі, що охоплює нагрітий метал існує поле, направлене від поверхні металу, то воно буде захоплювати електрони і через вакуум потече струм. Такий струм називається термо-електричним.

Рис.9.2