Эмисионная электроника

Особенности газовой среды

Средняя длина свободного пробега частиц в газе

Энергия электронов в кристалле

Электрические свойства кристаллов

Плотность энергетических уровней

Поверхностный потенциальный барьер

Термоэлектронна

я эмиссия

Вопрос 1: Уравнение Ричардсона-Дешмана

Вопрос 2: Влияние внешнего ускоряющего поля на термоэмиссию

Вопрос 4: Электростатическая (автоэлектронная) эмиссия

Фотоэлектронная эмиссия

Вопрос 8,9: Вторичная эмиссия

Вопрос 9: Вторичная ионно-электронная эмиссия

ТОКОПРОХОЖДЕНИЕ В ВАКУУМЕ

Вопрос 12: Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитных полях

Вопрос 10: Движение электрона в однородном электрическом поле

Вопрос 11: Движение электрона в однородном магнитном поле

Вопрос 14: Электрический ток в вакууме при наличии объемного заряда

ЭМИССИОННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Особенности газовой среды

Газ – это совокупность хаотически движущихся с разными скоростями молекул. В газе образуются молекулы из однотипных атомов (О2, Н2, N2), между молекулами действуют силы Ван-дер-Ваальса. Энергия этих сил меньше, чем энергия теплового движения, и связь между молекулами очень мала. В результате газ способен занимать любой по величине объем и любую форму. Характеристики газовой среды принято рассматривать на базе «идеального газа», имеющего следующие свойства:

1) размеры молекул и атомов много меньше расстояний между ними;

2) взаимодействие между частицами газа осуществляется только при их соударении;

3) все частицы находятся в свободном, хаотическом, тепловом движении.

Состояние газовой среды характеризуется рядом параметров:

1) V – объем, который занимает газ;

2) Т – температура, характеризующая тепловое движение;

3) n – концентрация (число частиц, находящихся в элементарном объеме);

4) р – давление (сила воздействия газа на стенки сосуда, ограничивающего объем).

При хаотическом движении молекул газа их скорости различны как по величине, так и по направлению. В «идеальном газе» распределение молекул по скоростям (энергиям) подчиняется статистике Максвелла-Больцмана. Основные уравнения этой статистики даны в курсе физики. Мы рассмотрим только функцию распределения молекул по скоростям и основные скорости (рис. 2.1).

Функция распределения молекул по скоростям имеет максимум при скорости (наиболее вероятная скорость), – средняя скорость молекул, – среднеквадратичная скорость. Эти скорости связаны с температурой газа следующими соотношениями:

где – масса частицы;

– 1,38×10-23 Дж/град – постоянная Больцмана.

Абсолютные значения , и соотносятся как 1:1,1284:1,2247.

Если газ заключен в сосуде, то в результате ударов молекул о стенки последние испытывают давление, величина которого зависит от концентрации молекул , их массы и скорости движения . Согласно кинетической теории газов

или

(Па),

где – средняя кинетическая энергия молекул.

В СИ единицей измерения давления является паскаль (Па). Подставив в уравнение давления значение постоянной Больцмана и решив его относительно , найдем

(м–3).

Из уравнения давления получаем еще одно важное соотношение

Средняя кинетическая энергия молекул газа прямо пропорциональна его температуре. Следовательно, скорость хаотического движения молекул можно характеризовать температурой газа.

Важной для последующего изложения является формула, выражающая зависимость давления воздуха, окружающего землю, от высоты :

где – давление у поверхности Земли;

– ускорение силы тяжести.

Эта формула в физике называется барометрической. Переходя от давления к концентрации молекул, получим

Величина – потенциальная энергия молекул газа на высоте . Поэтому уравнение можно переписать так:

Полученное распределение называют распределением Больцмана. Формулу можно использовать для нахождения концентрации электронов или ионов в электрическом поле.

Средняя длина свободного пробега частиц в газе

Столкновения молекул друг с другом, происходящие при их хаотическом движении, сопровождаются непрерывным изменением величины и направления скорости молекул. Траектория каждой молекулы – это ломаная линия, длина прямолинейных отрезков которой из-за случайности столкновений различна. Рассчитывается средняя длина этих отрезков – средняя длина свободного пробега молекул :

где – число столкновений молекулы с другими молекулами в течение 1 с.

За 1 секунду молекула проходит путь и сталкивается с теми молекулами, центры которых расположены от центра движущейся молекулы на расстоянии, равном ее диаметру :

Видно, что средняя длина свободного пробега молекул обратно пропорциональна их концентрации и давлению.

Состояние газовой среды характеризуется величиной (полное эффективное сечение для столкновений молекул). Она показывает, сколько столкновений претерпевает молекула на единице пути:

Важным в кинетической теории газов является уравнение, позволяющее определить, какое число молекул из общего числа молекул , совершая движение в газе, пройдет без столкновений путь :

Движение электрона в газообразной среде также характеризуется средней длиной свободного пробега и эффективным сечением . Электрон по сравнению с молекулой можно считать частицей бесконечно малых размеров, при этом электрон движется значительно быстрее молекул. Из кинетической теории газов следует, что

Однако эти соотношения дают приближенную оценку величины и .

Остановимся на понятии вакуум.

Энергия электронов в кристалле

Электрон является одной из основных элементарных частиц нашего мира, одной из главных структурных единиц материи. Электроны образуют электронные оболочки всех атомов, молекул, присутствуют в виде «электронного газа» в металлах, полупроводниках, являются составной частью четвертого агрегатного состояния вещества – плазмы. Пучок электронов можно получить за счет различных видов эмиссии (термо, авто, фото) из твердых тел. Естественными источниками быстрых электронов (бета-частиц) являются бета-радиоактивные ядра атомов.

Электрон характеризуется рядом свойств, отличающих его от других элементарных частиц. Это четыре характеристики:

1) заряд электрона е= -1,6021892×10-19 Кл;

2) масса покоя кг;

3) собственный момент количества движения (спин) ;

4) собственный магнитный момент .

Электрон, кроме обычных трех степеней свободы (х, y, z), обладает четвертой – внутренней степенью свободы – спином . Спиновое квантовое число характеризует проекцию собственного момента количества движения (углового момента) на некоторое физически реализуемое преимущественное направление. Для электрона спиновое число имеет два значения:

 Скачать реферат