Номер 1, страница 120, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Какой процесс называется термоэмиссией? Как он протекает?

1. Какой процесс называется термоэмиссией? Как он протекает?

Термоэлектронная эмиссия (или просто термоэмиссия) — это физическое явление испускания электронов (эмиссии) поверхностью нагретого твердого тела или жидкости.

Протекание процесса:

Внутри проводящего материала, например, металла, существует большое количество свободных электронов, которые хаотически движутся в пределах кристаллической решетки. Однако они не могут самопроизвольно покинуть поверхность, так как их удерживают силы кулоновского притяжения к положительно заряженным ионам решетки. Эта сила создает потенциальный барьер на границе материала.

Для того чтобы электрон покинул поверхность, ему необходимо сообщить дополнительную энергию, достаточную для преодоления этого барьера. Минимальная энергия, которую нужно затратить на это, называется работой выхода ($A_{вых}$).

Процесс термоэмиссии протекает следующим образом:

1. Тело (эмиттер) нагревают до высокой температуры.

2. При нагревании внутренняя энергия тела увеличивается. Согласно законам статистической физики, кинетическая энергия хаотического движения свободных электронов также возрастает.

3. Энергия электронов распределяется неравномерно. Появляются электроны, чья тепловая энергия оказывается достаточной для преодоления работы выхода ($E_{кин} \ge A_{вых}$).

4. Если такой "горячий" электрон, движущийся по направлению к поверхности, достигает её, он вылетает за пределы тела, становясь свободным в окружающем пространстве (обычно в вакууме).

Этот процесс можно сравнить с испарением воды: при нагревании молекулы воды получают достаточно энергии, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и покинуть жидкость.

Интенсивность термоэмиссии, то есть плотность эмиссионного тока ($\text{j}$), сильно зависит от температуры эмиттера ($\text{T}$) и работы выхода ($A_{вых}$) его материала. Эта зависимость описывается формулой Ричардсона-Дэшмена:

$j = A_G T^2 e^{-A_{вых}/(kT)}$

где $A_G$ – постоянная Ричардсона, а $\text{k}$ – постоянная Больцмана. Из формулы видно, что даже небольшое увеличение температуры приводит к значительному (экспоненциальному) росту числа испускаемых электронов. Также эмиссия значительно выше для материалов с меньшей работой выхода. Поэтому в технике (например, в катодах вакуумных ламп) используют специальные материалы (вольфрам, торированный вольфрам, оксидные катоды) с низкой работой выхода.

Ответ: Термоэмиссия — это процесс испускания электронов нагретыми телами. Он протекает за счет того, что при нагревании некоторые электроны внутри тела приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы преодолеть силы удержания на поверхности (работу выхода) и вылететь за пределы тела.