▶ 열전자 방출

▶ 전기장 방출
▶ 2차 전자 방출
▶ 광전자 방출
▶ 연습 문제



 

금속을 고온으로 가열하면 전도 전자의 운동 에너지가 커지며, 그 중에는 탈출 준위를 넘어서 금속체 밖으로 뛰어나가는 전자가 있다. 이 현상을 열전자 방출이라 하고, 이렇게 방출된 전자를 열전자라 한다. 이 때 방출된 전자들은, 가열된 액면에서 증기가 올라가는 것과 같이 금속체 밖에서 공간 전하라는 전자의 구름을 만들고, 외부 전기장 등의 작용이 있으면 공간에서 전자류를 형성하게 된다. 열전자 방출에 필요한 열에너지는 볼츠만의 상수 k = 1.38062×10-23 [J/˚K]와절대 온도 T [˚K]를 사용하여

-------------------- (1-3)

로 나타낸다. 이 열에너지가 일함수보다 클 때에는 열전자 방출이 일어난다.

표 1-1  금속의 일함수

금 속

일함수 [eV]

세 슘 (Cs)
바 륨 (Ba)
토 륨 (Th)
몰리브덴 (Mo)
텅스텐 (W)
니 켈 (Ni)
백 금 (Pt)

0.7 ~ 1.8
1.8 ~ 2.3
3.2 ~ 3.4
4.1 ~ 4.3
4.5 ~ 4.52
4.3 ~ 5.0
4.5 ~ 6.4

표 1-1은 몇 가지 금속의 일함수값이 나타낸 것이다. 열전자류를 크게 하려면 온도를 높이거나, 일함수가 작은 재료를 사용하면 좋다. 그러나 온도를 너무 지나치게 높이면 녹아 버리는 일이 있으므로, 열전자 방출 재료는 융점이 높은 텅스텐을 소재로 한 것이 쓰이고 있다.

 

예문 1

어떤 금속의 온도가 3000[℃]일 때의 방출되는 열에너지는 얼마인가? 또, 그것은 몇 [eV]에 해당하는가?
단, 1[eV] = 1.602x10-19[J]이다.

풀이

열에너지는 식 (1-3)에서
W = kT = 1.38x10-23x(3000+273) = 4.52x10-20[J]
이것을 [eV]의 단위로 나타내면 다음과 같이 된다.
4.52x10-20 / 1.602x10-19 ≒ 0.281[eV]

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