Краткая теория исследуемого явления. А. О работе выхода электронов из твёрдого тела

А. О работе выхода электронов из твёрдого тела

Известно, что в металлах много свободных электронов. Эти электроны обуславливают высокую проводимость металла. Совокупность этих электронов, участвующих в тепловом движении, называется электронным газом. Электроны проводимости удерживаются внутри металла за счёт сил, действующих на электроны и направленных внутрь металла. Чтобы электрон мог выйти из металла за его пределы, должна быть совершена определённая работа А против этих сил, которая получила название работы выхода электрона из металла. Эта работа различна для разных металлов.

Так как электрон является заряженной частицей, то существование работы выхода показывает, что в поверхностном слое металла существует электрическое поле, а, следовательно, электрический потенциал при переходе через этот поверхностный слой изменяется на некоторую величину j, которая так же, как и работа выхода, является характеристикой металла. Эта поверхностная разность потенциала связана с работой выхода соотношением

, (1)

где е – заряд электрона.

Работа выхода электронов из металлов обусловлена двумя причинами.

Одна из них заключается в индукционном действии удаляемого электрона на металл. Такой электрон вызывает на поверхности металла положительный индукционный заряд, отчего между электроном и металлом возникает сила притяжения, препятствующая удалению электрона. Эту силу можно рассчитать по методу зеркальных изображений и работа против этой силы представляет собой часть работы выхода электрона.

Вторая причина заключается в том, что часть электронов металла при своём тепловом движении способна пересекать поверхность металла и удаляться от неё на малые расстояния. Поэтому над поверхностью металла существует электронная атмосфера, плотность которой очень быстро убывает по мере удаления от поверхности металла. В результате, у поверхности металла образуется как бы заряженный конденсатор (двойной электрический слой), отрицательной обкладкой которого является электронная атмосфера, а положительной – слой ионов металла. Прохождение электрона через этот двойной слой сопровождается совершением определённой работы, и полная работа выхода электрона состоит из двух частей, обусловленная этими двумя причинами.

Электронам можно различными способами сообщить дополнительную энергию, чтобы часть из них получила возможность покинуть металл и можно было наблюдать явление испускания электронов, или электронной эмиссии.

В зависимости от способа сообщения электронам энергии различаются разные типы электронной эмиссии. Если электроны получают энергию за счёт тепловой энергии тела при повышении его температуры, то это термоэлектронная эмиссия; при подведении энергии светом – это явление фотоэмиссии, или фотоэлектрический эффект; если энергия сообщается электронам при бомбардировке извне какими-либо другими частицами (электронами, ионами), наблюдается вторичная электронная эмиссия.