EMISSION éLECTRONIQUE

-émission électronique

Plusieurs phénomènes cités ci-après, conduisent à l’émission d'électrons (grâce souvent à élévation de température)

Caractéristiques de ces émissions :

 

ÉNERGIE d’EXTRACTION d’un électron (voir chapitre Ionisation)

Ei= Z².e4.m / (h.e.Ω.q)²

Ses valeurs usuelles vont de 3 à 6 eV

La densité de courant électronique correspondante est (formule de Richardson-Dushman)

 ρ* = KR.T².expx

où ρ*(A/m²)= densité superficielle de courant électronique

KR(A/m²-K-2)= coefficient de Richardson,

valant environ 6.10-3 (A/m²-K²), qui est l'unité S.I.+

ou KR = 8.1010 A/nm²-eV² en unités de microphysique

T(K)= température absolue

x(exposant)= Ez / k.T   où k est la constante de Boltzmann(1,3806503. 10-23 J / K) et

Ez l’énergie d’extraction électronique

On peut également présenter la formule sous la forme:

ρ* = {mé.e.k².(1-yr).expx} / h3

mé(kg)= masse de l’électron

e(C)= charge élémentaire (1,6021733.10-19 C)

k(J/K)= constante de Boltzmann (1,3806503. 10-23 J / K)

yp(nombre)= coefficient de réflexion des électrons

h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)

x(exposant de l’exponentielle)= -e.U / T.k

U(V)= différence de potentiel électrique

T(K)= température absolue

 

POTENTIEL d’ÉMISSION

Le potentiel électrique pour extraire (sortir) un électron est :

U = Ws/ e

avec U(V)= potentiel de sortie

Ws(J)= travail (énergie) -de sortie- à fournir pour extraire l’électron du solide et l’envoyer à l’infini, où il sera alors sans vitesse

e(C)= charge élémentaire (1,6021733.10-19 C)

Valeur moyenne de ce potentiel = 2 à 5 V pour les métaux usuels

 

EMISSION THERMOIONIQUE

Une forte élévation de température d’un corps cause une émission électronique (en général depuis un métal pur)

 

EMISSION THERMOÉLECTRONIQUE(ou PHOTOÉMISSION)

L'arrivée de rayons électromagnétiques (photons) sur un corps, cause une émission électronique-

C'est le domaine d’utilisation des phototubes, cellules photoélectriques, photomultiplicateurs...

L’équation d’Einstein est  h. ν = Ei+ Ec

 h (J)= énergie des photons arracheurs (h= constante de Planck et  ν = fréquence)

Ei(J)= énergie d’ionisation, travail nécessaire pour arracher les électrons

Ec(J)= énergie cinétique emportée par les électrons émis par le matériau

Si (h.ν ) n’est pas assez important pour déclencher Ei on est au-dessous du seuil et

Ec= 0 (pas d’émission électronique)

Autre formulation

Ec= h.νWa

où Ec(J)= énergie cinétique d’électron

-par ailleurs Ec= e.U, où U est le potentiel et  e la charge élémentaire-

h(J-s)= constante de Planck (action quantifiée)

soit (6,62606876.10-34 J-s)

ν(Hz)= fréquence de l’onde porteuse des photons incidents

Wa(J)= travail nécessaire pour l’arrachement et Wa a des valeurs entre 2 et 6 eV pour des métaux usuels (soit 3 à 9.10-19 J)

 

EFFET PHOTOÉLECTRIQUE

Pour un métal donné, l’émission électronique ne commence que pour une fréquence mini ν , dite "seuil photoélectrique" et νseuil= Wa/ h

Exemples: pour le zinc, νseuil # ultraviolet et pour les alcalins,

ν seuil < rouge

La sensibilité photoélectrique est le rapport entre: quantité de photons émergents et incidents dans l’effet photoélectrique

La photoélectricité est une transformation d'énergie lumineuse en énergie électrique

 

EMISSION FROIDE

Elle est due à la présence d’un champ d’induction électrique près d’un corps

Ei= E.Q.l

où Ei(J)= énergie d’ionisation

E(V/m)= champ d’induction électrique proche(en général >109 V/m)

Q(C)= charge

 

EMISSION en TUBE ÉLECTRONIQUE

Il y a écoulement électronique sous l’action d’une différence de potentiel électrique entre 2 électrodes

-Les tubes sont des polyodes (di, tri, tétr, pent, etc) c’est à dire ayant cathode, anode et diverses grilles intermédiaires

-Les rayons cathodiques sont des électrons, émis par la cathode d’un tube à gaz raréfié (pression < 10 Pa) .Leur vitesse est

v = (2e.U/ mé)1/2

v(m/s)= vitesse des électrons (en pratique v atteint 1 à 70% de c, en fonction du vide et de la d.d.p. choisis)

e(C)= la charge élémentaire(1,6021733.10-19 C)

U(V)= différence de potentiel (d.d.p) entre cathode et anode

mé(kg)= masse de l’électron

-Les rayons canaux sont des ions +, émis par la cathode d’un tube à gaz raréfié

Leur vitesse est v = (2n.e.U/ mi)1/2 mêmes notations et n = nombre de charges (élémentaires) de l’ion et mi(kg)= masse de l’ion

 

RENDEMENT QUANTIQUE(ou SENSIBILITÉ COMPARATIVE)

C'est un rapport entre le nombre d’électrons émergents / nombre d’électrons incidents dans un phénomène émissif

Comme il s’agit de particules, on trouve plutôt le terme de "rendement quantique"

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