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

2. Как увеличить эмиссию электронов с электрода?

2. Как увеличить эмиссию электронов с электрода?

Эмиссия электронов — это процесс их выхода с поверхности вещества (электрода) в вакуум или другую среду. Существует несколько видов эмиссии, и для каждого из них есть свои способы увеличения интенсивности. Основные способы увеличения эмиссии электронов с электрода заключаются в следующем:

1. Повышение температуры электрода (Термоэлектронная эмиссия).

Это один из самых распространенных способов. При нагревании металла или другого проводящего материала кинетическая энергия свободных электронов внутри него возрастает. Если эта энергия становится достаточной, чтобы преодолеть работу выхода $A_{вых}$ (минимальную энергию, необходимую для удаления электрона из вещества), электрон покидает поверхность. Плотность тока эмиссии $\text{j}$ описывается формулой Ричардсона-Дэшмена:

$j = A \cdot T^2 \cdot e^{-\frac{A_{вых}}{kT}}$

где $\text{T}$ — абсолютная температура, $A_{вых}$ — работа выхода материала, $\text{k}$ — постоянная Больцмана, $\text{A}$ — постоянная, зависящая от материала.

Из формулы видно, что плотность эмиссионного тока, а значит, и общее число испускаемых электронов, очень сильно (экспоненциально) зависит от температуры. Таким образом, повышение температуры катода является эффективным способом увеличения термоэлектронной эмиссии.

2. Уменьшение работы выхода материала электрода.

Работа выхода $A_{вых}$ — это энергетический барьер, который должен преодолеть электрон. Чем ниже этот барьер, тем легче электронам покинуть поверхность при том же внешнем воздействии. Уменьшить работу выхода можно, используя:

- Специальные материалы: щелочные и щелочноземельные металлы (например, цезий, барий) имеют низкую работу выхода.

- Специальные покрытия: на катод из тугоплавкого металла (например, вольфрама) наносят тонкий слой другого вещества с меньшей работой выхода (например, тория или оксидов бария и стронция). Такие катоды называются активированными.

Как видно из формулы Ричардсона-Дэшмена, уменьшение работы выхода $A_{вых}$ также экспоненциально увеличивает ток эмиссии.

3. Увеличение интенсивности падающего света (Фотоэлектронная эмиссия).

При фотоэффекте электроны испускаются под действием света (фотонов). Количество испускаемых в секунду электронов (и, следовательно, фототок насыщения) прямо пропорционально интенсивности падающего света, при условии, что энергия каждого фотона $h\nu$ больше или равна работе выхода $A_{вых}$.

Таким образом, для увеличения фотоэмиссии необходимо увеличить интенсивность (яркость) освещения электрода светом подходящей частоты.

4. Увеличение напряженности внешнего электрического поля (Автоэлектронная или полевая эмиссия).

Очень сильное внешнее электрическое поле (порядка $10^9$ В/м), направленное так, чтобы "вытягивать" электроны с поверхности, способно за счет туннельного эффекта резко увеличить вероятность выхода электронов. Этот вид эмиссии может происходить и при низких температурах (холодная эмиссия). Сила тока автоэлектронной эмиссии экспоненциально зависит от напряженности электрического поля. Поэтому увеличение напряженности поля резко увеличивает эмиссию. Локально увеличить напряженность поля можно, придав электроду форму острия.

5. Воздействие на электрод потоком частиц (Вторичная электронная эмиссия).

При ударе первичных электронов (или других частиц) о поверхность электрода, они могут выбивать из него вторичные электроны. Чтобы увеличить вторичную эмиссию, можно увеличить поток первичных частиц или подобрать их энергию до оптимального значения, при котором коэффициент вторичной эмиссии (отношение числа вторичных электронов к числу первичных) максимален. Также можно использовать материалы с высоким коэффициентом вторичной эмиссии.

Ответ: Чтобы увеличить эмиссию электронов с электрода, в зависимости от типа эмиссии, можно: 1) повысить его температуру; 2) использовать материал с меньшей работой выхода или нанести на электрод специальное покрытие, снижающее работу выхода; 3) увеличить интенсивность света, падающего на электрод; 4) увеличить напряженность внешнего электрического поля у поверхности электрода; 5) увеличить интенсивность или подобрать оптимальную энергию потока частиц, бомбардирующих электрод.