Uittreearbeid
De minimale uittreearbeid of kortweg uittreearbeid is de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron van het oppervlak van een ongeladen vaste stof los te maken. Deze energie wordt in de regel uitgedrukt in elektronvolt, eV, en wordt ook wel uittreepotentiaal of werkfunctie (Engels: work function) genoemd.

Theorie 
Het oppervlak van een vaste stof wordt gevormd door een negatief geladen laag elektronen. Deze elektronen beschikken elk over een zekere hoeveelheid kinetische energie. Een elektron dat zich van het oppervlak van de stof verwijdert zal weer worden teruggetrokken door het achtergebleven positieve ion, tenzij de snelheid voldoende groot is. Als na uittreding de overblijvende kinetische energie van het elektron  is en de energie die nodig is om het elektron de oppervlaktelaag te laten passeren  bedraagt, geldt voor de uittreearbeid, :

De grootte van de uittreearbeid is afhankelijk van de ionenafstand van het materiaal, een kleinere ionenafstand betekent een hogere uittreearbeid.

Verschillende soorten emissie 
Het toevoeren van de benodigde energie kan op verschillende manieren geschieden:

 Door verhitting (thermische of thermionische emissie).
 Door bestraling met licht (foto-elektrisch effect).
 Door beschieting met snelle elektronen (secundaire emissie).
 Door het aanleggen van een zeer hoge veldsterkte (koude emissie of veldemissie).

Thermische of thermionische emissie 

Door een kathode in een vacuümgetrokken buis te verhitten zal deze elektronen uitzenden. Als materiaal voor de kathode gebruikt men vaak wolfraam, omdat dat metaal goed bestand is tegen hoge temperaturen. Omdat wolfraam van zichzelf een hoge uittreepotentiaal heeft (~4,5 eV), bedekt men het met een laagje BaO en SrO om deze potentiaal te verlagen tot ~1 eV. De werktemperatuur van dergelijke oxidekathoden ligt rond de 1000 °C. De relatie tussen de temperatuur van de kathode, uittreepotentiaal van het kathodemateriaal en de uit de kathode tredende stroomdichtheid wordt gegeven door de formule van Richardson.

Foto-emissie 
Foto-emissie treedt op als een fotokathode bestraald wordt met licht met een voldoende hoge frequentie. De waarde voor de minimale uittreearbeid (in joule) is:

waarin  Js de constante van Planck is en  de grensfrequentie van het kathodemateriaal in hertz. Vanwege het kwantumkarakter van fotonen zal beneden deze frequentie geen emissie plaatsvinden. Is de frequentie  en daarmee de energie van het foton hoger dan de grensfrequentie van het kathodemateriaal, dan zal een losgeslagen elektron een zekere hoeveelheid kinetische energie overhouden:

Secundaire emissie 
Secundaire emissie ontstaat als de versnellende elektronen in een elektronenbuis op de anode of op een in de elektronenstroom geplaatste trefplaat botsen en daaruit secundaire elektronen losslaan. Niet alle botsingen van de primaire elektronen zullen resulteren in secundaire emissie; sommigen zullen geabsorbeerd worden door het anodemateriaal, en sommige primaire elektronen zullen gereflecteerd worden. De kinetische energie van het primaire elektron moet groter zijn dan de uittreepotentiaal van het materiaal waar het op botst wil er secundaire emissie optreden:

waarin  de massa en  de snelheid van het primaire elektron is. Als de snelheid van het primaire elektron echter te hoog is, zal het te diep in het materiaal doordringen en er zal geen emissie optreden; de vrijkomende energie komt dan ten goede aan de warmtebeweging van de atomen. Het gemiddeld aantal secundaire elektronen dat wordt losgeslagen door één primair elektron bij een gegeven botsingsenergie noemt men de secundaire-emissiecoëfficiënt . De maximale waarde van deze coëfficiënt en de bijbehorende botsingsenergie verschilt per materiaal.

Veldemissie 
Veldemissie ofwel koude emissie treedt op als er een voldoende hoge spanning wordt aangelegd tussen kathode en anode. Hiervoor is een typische elektrische veldsterkte nodig van 100 MV·m−1. Dit kan men bereiken door zowel de anodespanning hoog te maken als de afstand tussen de elektroden klein te houden.

Tabellen

Uittreearbeid 
Overzicht van de uittreearbeid van verscheidene materialen. Afhankelijk van de oriëntatie van het kristalrooster kan de uittreearbeid variëren.

{| class="wikitable sortable"
! Materiaal || Uittreearbeid in eV
|-
| BaO + SrO || 1,0
|-
| Cs || 1,7 … 2,14
|-
| Ba || 1,8 … 2,52
|-
| Rb || 2,13
|-
| LaB6 || 2,14
|-
| Li || 2,2
|-
| K || 2,25
|-
| Na || 2,28
|-
| Sr || 2,7
|-
| Al || 3,0 … 4,20
|-
| Ca || 3,2
|-
| Mg || 3,7
|-
| Ag || 4,05 … 4,6
|-
| Mo || 4,16 … 4,2
|-
| Ta || 4,19
|-
| Cu || 4,3 … 4,5
|-
| Zn || 4,34
|-
| Fe || 4,5
|-
| W || 4,54 … 4,6
|-
| Au || 4,8 … 5,4
|-
| Ni || 5,0
|-
| Pt || 5,32 … 5,66
|}

Grensgolflengte 
Overzicht van de grensgolflengte van verscheidene materialen. Zichtbaar licht heeft een golflengte tussen de 380 en de 780 nm.

{| class="wikitable sortable"
! Materiaal || Grensgolflengtein nm
|-
| Pt(ontgast)|| 230
|-
| W || 270
|-
| Pt(niet ontgast)|| 290
|-
| Zn || 290
|-
| Na || 540
|-
| K || 550
|-
| Cs || 640
|-
| Cs-Sb || 700
|-
| Cs + Cs2O op Ag || 1200
|}

Secundaire-emissiecoëfficiënt 
Overzicht van de maximale secundaire-emissiecoëfficiënt en bijbehorende botsingsenergie van verscheidene materialen.

{| class="wikitable sortable"
! Materiaal || δmax || Botsingsenergiein eV
|-
| C (roet) || 0,45 || 500
|-
| Cs || 0,7 || 400
|-
| C (grafiet) || 1,0 || 300
|-
| Mo || 1,2 || 400
|-
| Ni || 1,3 || 500
|-
| Hg || 1,3 || 600
|-
| W || 1,3 || 650
|-
| Au || 1,4 || 800
|-
| Ag || 1,5 || 800
|-
| Pt || 1,8 || 750
|-
| Al || 2,4 || 400
|-
| C (diamant) || 2,8 || 750
|-
| BaO || 5 || 450
|}

Zie ook 
 Ionisatiepotentiaal. Het verschil tussen de uittreepotentiaal en de ionisatiepotentiaal is dat de laatste een maat is voor de energie die nodig is om een elektron van één atoom los te maken, terwijl het bij de uittreepotentiaal gaat om het losmaken van een elektron uit een oppervlak.

Vastestoffysica
De minimale uittreearbeid of kortweg uittreearbeid is de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron van het oppervlak van een ongeladen vaste stof los te maken . Deze energie wordt in de regel uitgedrukt in elektronvolt , eV , en wordt ook wel uittreepotentiaal of werkfunctie ( Engels : work function ) genoemd . Theorie Het oppervlak van een vaste stof wordt gevormd door een negatief geladen laag elektronen . Deze elektronen beschikken elk over een zekere hoeveelheid kinetische energie . Een elektron dat zich van het oppervlak van de stof verwijdert zal weer worden teruggetrokken door het achtergebleven positieve ion , tenzij de snelheid voldoende groot is . Als na uittreding de overblijvende kinetische energie van het elektron is en de energie die nodig is om het elektron de oppervlaktelaag te laten passeren bedraagt , geldt voor de uittreearbeid , \ : De grootte van de uittreearbeid is afhankelijk van de ionenafstand van het materiaal , een kleinere ionenafstand betekent een hogere uittreearbeid . Verschillende soorten emissie Het toevoeren van de benodigde energie kan op verschillende manieren geschieden : Door verhitting ( thermische of thermionische emissie ) . Door bestraling met licht ( foto-elektrisch effect ) . Door beschieting met snelle elektronen ( secundaire emissie ) . Door het aanleggen van een zeer hoge veldsterkte ( koude emissie of veldemissie ) . Thermische of thermionische emissie Door een kathode in een vacuümgetrokken buis te verhitten zal deze elektronen uitzenden . Als materiaal voor de kathode gebruikt men vaak wolfraam , omdat dat metaal goed bestand is tegen hoge temperaturen . Omdat wolfraam van zichzelf een hoge uittreepotentiaal heeft5 eV ) , bedekt men het met een laagje BaO en SrO om deze potentiaal te verlagen toteV . De werktemperatuur van dergelijke oxidekathoden ligt rond de°C. De relatie tussen de temperatuur van de kathode , uittreepotentiaal van het kathodemateriaal en de uit de kathode tredende stroomdichtheid wordt gegeven door de formule van Richardson . Foto-emissie Foto-emissie treedt op als een fotokathode bestraald wordt met licht met een voldoende hoge frequentie . De waarde voor de minimale uittreearbeid ( in joule ) is : waarin Js de constante van Planck is en de grensfrequentie van het kathodemateriaal in hertz . Vanwege het kwantumkarakter van fotonen zal beneden deze frequentie geen emissie plaatsvinden . Is de frequentie en daarmee de energie van het foton hoger dan de grensfrequentie van het kathodemateriaal , dan zal een losgeslagen elektron een zekere hoeveelheid kinetische energie overhouden : Secundaire emissie Secundaire emissie ontstaat als de versnellende elektronen in een elektronenbuis op de anode of op een in de elektronenstroom geplaatste trefplaat botsen en daaruit secundaire elektronen losslaan . Niet alle botsingen van de primaire elektronen zullen resulteren in secundaire emissie ; sommigen zullen geabsorbeerd worden door het anodemateriaal , en sommige primaire elektronen zullen gereflecteerd worden . De kinetische energie van het primaire elektron moet groter zijn dan de uittreepotentiaal van het materiaal waar het op botst wil er secundaire emissie optreden : waarin de massa en de snelheid van het primaire elektron is . Als de snelheid van het primaire elektron echter te hoog is , zal het te diep in het materiaal doordringen en er zal geen emissie optreden ; de vrijkomende energie komt dan ten goede aan de warmtebeweging van de atomen . Het gemiddeld aantal secundaire elektronen dat wordt losgeslagen door één primair elektron bij een gegeven botsingsenergie noemt men de secundaire-emissiecoëfficiënt\ . De maximale waarde van deze coëfficiënt en de bijbehorende botsingsenergie verschilt per materiaal . Veldemissie Veldemissie ofwel koude emissie treedt op als er een voldoende hoge spanning wordt aangelegd tussen kathode en anode . Hiervoor is een typische elektrische veldsterkte nodig vanMV·m−1 . Dit kan men bereiken door zowel de anodespanning hoog te maken als de afstand tussen de elektroden klein te houden . Tabellen Uittreearbeid Overzicht van de uittreearbeid van verscheidene materialen . Afhankelijk van de oriëntatie van het kristalrooster kan de uittreearbeid variëren . { | class=" wikitable sortable " ! Materiaal || Uittreearbeid in eV |- | BaO + SrO ||0 |- | Cs ||7 …14 |- | Ba ||8 …52 |- | Rb ||13 |- | LaB6 ||14 |- | Li ||2 |- | K ||25 |- | Na ||28 |- | Sr ||7 |- | Al ||0 …20 |- | Ca ||2 |- | Mg ||7 |- | Ag ||05 …6 |- | Mo ||16 …2 |- | Ta ||19 |- | Cu ||3 …5 |- | Zn ||34 |- | Fe ||5 |- | W ||54 …6 |- | Au ||8 …4 |- | Ni ||0 |- | Pt ||32 …66 | } Grensgolflengte Overzicht van de grensgolflengte van verscheidene materialen . Zichtbaar licht heeft een golflengte tussen deen denm. { | class=" wikitable sortable " ! Materiaal || Grensgolflengtein nm |- | Pt(ontgast)|| |- | W || |- | Pt( niet ontgast)|| |- | Zn || |- | Na || |- | K || |- | Cs || |- | Cs-Sb || |- | Cs + Cs2O op Ag || | } Secundaire-emissiecoëfficiënt Overzicht van de maximale secundaire-emissiecoëfficiënt en bijbehorende botsingsenergie van verscheidene materialen . { | class=" wikitable sortable " ! Materiaal || δmax || Botsingsenergiein eV |- | C ( roet ) ||45 || |- | Cs ||7 || |- | C ( grafiet ) ||0 || |- | Mo ||2 || |- | Ni ||3 || |- | Hg ||3 || |- | W ||3 || |- | Au ||4 || |- | Ag ||5 || |- | Pt ||8 || |- | Al ||4 || |- | C ( diamant ) ||8 || |- | BaO |||| | } Zie ook Ionisatiepotentiaal . Het verschil tussen de uittreepotentiaal en de ionisatiepotentiaal is dat de laatste een maat is voor de energie die nodig is om een elektron van één atoom los te maken , terwijl het bij de uittreepotentiaal gaat om het losmaken van een elektron uit een oppervlak . Vastestoffysica