Номер 10, страница 165 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

10. Что называют термоэлектронной эмиссией?

10. Что называют термоэлектронной эмиссией?

Термоэлектронная эмиссия (также известная как эффект Ричардсона) — это явление испускания электронов нагретыми твёрдыми телами или, реже, жидкостями. По сути, это "испарение" электронов с поверхности вещества под действием высокой температуры.

Внутри металлов есть так называемые свободные электроны, которые образуют "электронный газ" и могут перемещаться по всему объему проводника. Однако они не могут просто так покинуть его поверхность, так как их удерживают силы притяжения со стороны положительно заряженных ионов кристаллической решётки. Чтобы электрон мог вылететь из металла, он должен обладать энергией, достаточной для преодоления этого потенциального барьера. Минимальная энергия, которую необходимо для этого затратить, называется работой выхода ($A_{вых}$) и является характеристикой данного материала.

При повышении температуры тела средняя кинетическая энергия теплового движения его частиц, включая свободные электроны, возрастает. В соответствии со статистическим распределением энергий (распределение Ферми — Дирака для электронов в металле), при достаточно высокой температуре появляется заметное количество электронов, кинетическая энергия которых превышает работу выхода. Эти "горячие" электроны способны преодолеть потенциальный барьер на границе и покинуть поверхность вещества.

Плотность тока насыщения $j$, создаваемого термоэлектронами, определяется формулой Ричардсона — Дэшмена: $j = A \cdot T^2 \cdot e^{-\frac{A_{вых}}{kT}}$ где $T$ — абсолютная температура поверхности в кельвинах, $A_{вых}$ — работа выхода электрона, $k$ — постоянная Больцмана, $e$ — основание натурального логарифма, а $A$ — постоянная Ричардсона, зависящая от свойств материала. Эта формула показывает сильную зависимость эмиссионного тока от температуры: даже небольшое увеличение температуры приводит к значительному росту числа испускаемых электронов.

Явление термоэлектронной эмиссии лежит в основе работы многих вакуумных электронных приборов, где требуется источник свободных электронов. К таким приборам относятся: электронно-лучевые трубки (использовались в старых телевизорах и осциллографах), вакуумные лампы (диоды, триоды, пентоды), электронные пушки в электронных микроскопах и ускорителях частиц, а также термоэмиссионные преобразователи для прямого превращения тепла в электричество.

Ответ: Термоэлектронной эмиссией называют явление испускания (эмиссии) электронов с поверхности нагретых твёрдых или жидких тел.