Ал-хоразмий номли урганч давлат университети

§.2. CHIQISH ISHI. RICHARDSОN-DESHMAN FОRMULASI


Odatda ko’pchilik metallarning xossalari ularning elektron o’tkazuvchaliklari bilan aniqlanadi, yani metallarda erkin xarakatlanadigan elektronlar bilan. Metallardagi erkin elektronlarning sirtga yaqin sohadagi taqsimoti energetik diagramma ko’rinishida 2.1- rasmda tasvirlangan. Uzuk-uzuk chiziqlar T=0 K haroratdagi bo’sh soha. Uzun uzluksiz chiziqlar elektronlar tomonidan egallangan sohani bildiradi va bu sohaning eng yuqori stahi- Fermi sathi (E_F) deb yuritiladi. Fermi energiyasi – bu elektronlar tomonidan T=0 K da egallashi mumkin bo’lgan energiya miqdori. Potentsial o’raning xar xil chuqurliklariga joylashgan elektronlarning metaldan vakuumga chiqishi uchun xar xil energiya zarur bo’ladi. Elektronni vakuumga chiqishi uchun zarur bo’lgan eng kichik energiya elektronning chiqish ishi deyiladi:
(2.1)



Rasm.2.1 Metallardagi erkin elektronlarning sirtga yaqin sohadagi taqsimoti (energetik diagramma)
Т>0 К haroratda elektronlar issiqlik muvozana-tida bo’lgani uchun Fermi energiyasiga kichik bo’lsada issiqlik energiyasi qo’shiladi. Demak, chiqish ishi qattiq jism sirtining holatiga bog’liq. Agar metall haroratini oshira borib, uni eritsak Fermi sathinig holati deyarli o’zgarmaydi, ammo kichik miqdorda bo’lsada ayrim elektronlar energiyasini ortishi natijasida vakuumga chiqshi mumkin.
Elektronlarning metalldan chiqib ketishiga to'sqinlik qiluvchi A_w ish funksiyasini hosil qiluvchi kuchlarning tabiatini ko'rib chiqaylik.
Metall ichida yuqori tezlikda harakatlanadigan alohida o'tkazuvchanlik elektronlari metall sirtini kesib o'tishi mumkin. Elektron esa sirtdan uzoqlasha boshlaydi va bu sirtdan uzoqlashish, qachonki elktron chiqib ketgan joyda hosil bo’lgan musbat zaryad tomonidan uni o’z joyiga qaytaruvchi kuch tugaguncha davom etadi. Shuni taqidlash lozimki, ba'zi elektronlar metall yuzasidan vakuumga chiqsa, ayrimlari metallga qaytadi. Buning natijasida metall sirti elektronlar buluti bilan qoplanadi, ular tashqi musbat ionlar qatlami bilan birgalikda tekis kondensator kabi qo'sh elektr qatlamini hosil qiladi. Ikki qavatli maydon elektronlarning metalldan uchib chiqishiga to'sqinlik qila boshlaydi. Ikkinchi tomondan elektron uchib chiqqan joyda hosil bo’lgan musbat zaryad yuzaga keltiradigan Kulon kuchi ham elektronlarning metaldan chiqishiga to’sqinlik qiladi. Elektronlarni chiqishiga to’sqinlik qiladigan mana shu ikkita jarayon chiqish ishining qiymatini belgilaydi. Tajribalarda shu narsa aniqlanganki, xona haroratida juda oz miqdorda vakuumga chiqishi mumkin bo’lgan elektronlar mavjud bo’lar ekan.
Biroq, elektronlarga turli xil ko’rinishda qo'shimcha energiya berish imkoniyati mavjud. Tashqaridan berilgan energiya qanday ko’rinishda bo’lishidan qat’iy nazar elektronlarning emissiyasi(chiqishi) kuzatiladi. Elektronlar energiyani qay tarzda olishiga qarab elektron emissiyaning bir nechta turlari kuzatiladi. Masalan, elektronlar metall haroratini oshirilishi orqali energiya olishsa- bu (termoelektron) issiqlik elektron emissiya deb ataladi. Agar energiya yorug'lik nuri orqali berilsa- fotoelektron emissiya hodisasi deyiladi. Agar boshqa ba'zi zarralar (elektron yoki ion) bilan metall sirti bombardimon qilinganda elektronlarning vakuumga chiqish hodisasi kuzatilsa- bu ikkilamchi (elektron yoki ion) emissiya deb aytiladi.
Endi juda ko’p ishlatiladigan termoelektron emissiya bilan tanishamiz. Termoelektron emissiyasini kuzatish uchun ikkita elektrodni o'z ichiga olgan vakuumli dioddan foydalanamiz. Elektrodlarning biri katod deb yuritiladi va u asosan elektronlar manbayi hisobladi. Ikkinchi elektrod anod deb ataladi va elektronlarni yig’ib olishga mo’ljallangan bo’ladi. 2.2.a-rasmda bunday diyodning ulanish sxemasi ko'rsatilgan. Bu zanjirda tok hosil bo’lishi uchun tok manbaining musbat qutubi anodga, manfiy qutbi esa katodga ulangan bo’lishi lozim. Paydo bo’layotgan termoelktron tokning qiymati anod potentsialining qiymati katod potentsiali qiymatidan qancha katta bo’lishiga bog’liq.


a b

Rasm.2.2. katod changlanishini o’rganish uchun elektr zanjir (a) va katodning harorati turlicha bo’lganda diodning VAX (b)


2.2.b-rasmda katodning harorati turlicha bo’lganda diodning Volt-Amper xarakteristikasi (VAX) keltirilgan. VAX – bu anod tokining anod kuchlanishiga bo’glikligini ko’rsatuvchi xarakteristikadir. Rasmdan ko’rinadiki, anod potentsiali nolga teng bo'lsa ham kichik miqdorda tok hosil bo’lganini kuzatish mumkin. Bu kichik tok, anod potentsiali nolga teng bo'lganda ham, anodga yetib bora oladigan eng tez termoelektronlar tomonidan hosil qilinadi. Potentsial qiymati oshishi bilan tok kuchi ham ortadi va birozdan keyin o’zgarmasdan qoladi, yani tok to'yinish qiymatiga erishadi. Bu anod kuchlanishining ortishi anod tokining qiymatini ozgarmasligini ko’rsatadi. Katodning muayyan haroratdagi mumkin bo'lgan maksimal termoelektron tok -to'yinish toki deb ataladi. Katod haroratining ortishi bilan to'yinganlik tokining qiymati ham, anod kuchlanishining qiymati ham ortadi.
Shunday qilib, diodning Volt-Amper xarakteristikasi chiziqli bo'lmagan bo'lib chiqadi, ya'ni Om qonuni bu jarayonda bajarilmaydi. Bu termolektron emissiya paytida katod yuzasiga yaqin sohada elektronlar buluti hosil bo’lganligi bilan tushuntiriladi. Ular umumiy manfiy zaryad hosil qiladi va katoddan past tezlikda chiqayotgan elektronlar ushbu bulutdan o’ta olmaydi. Anod kuchlanishining oshishi bilan elektron bulutidagi elektronlarning konsentratsiyasi kamayadi. Shu sababli, elektronning ta'siri kichikroq bo'ladi va anod toki anod kuchlanishiga to'g'ridan-to'g'ri mutanosib ravishda tezroq o'sadi. Nazariy jihatdan, anod tokining boshlang'ich qismida anod kuchlanishiga bog'liqligi Langmuyur va Boguslavskiy tomonidan olingan va u "3/2 qonuni" deb ham ataladi.
(2.2)
bu erda B-elektrodning shakli va o’lchamlariga bog’liq koeffisent.
Anod kuchlanishining oshishi bilan katoddan chiqadigan elektronlar anodga tez xarakatalana boshlaydi. Ua ning ma'lum bir qiymatida katoddan vaqt birligida chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib boradi va to'yinganlik tokiga erishiladi. To'yinish toki zichligini aniqlash uchun kvantomexanik tushunchalardan olingan tenglama mavjud:
(2.3)
Bu Richardson-Deshman formulasi deb yuritiladi.
B = 1,20∙106 А/m² К²–universal doimiy, - Boltsman doimiysi,
- chiqish ichi, m va e – mos ravishda elektronnning massa va zaryadi.

Nazorat savollari

1.Fotoelektron emissiya hodisasini tushuntiring.
2. Elektron emissiya hodisasi qanday hodisa?
3. Richardson-Deshman formulasini tushuntiring.
4. To'yingan tok deb qanday tokga aytiladi?
5. Chiqish shi deb nimaga aytiladi?
6. Chiqish ishi nimaga bog’liq?
7. "3/2 qonuni" qonuni tushuntiring.
8. Universal doimiy qanday aniqlanadi?
9.Volt-Amper xarakteristikasi nimani bildiradi?