電子放出と熱起電力【電験3種-理論】

理論

電験3種の理論で出題される電子放出と熱起電力について、初心者の方でも解りやすいように、基礎から解説しています。また、電験3種の試験で、実際に出題された過去問題も解説しています。

電子放出

 電子放出とは、物体から電子が出ていく現象です。金属や半導体の中にある自由電子は普通は外に出られませんが、何らかの方法でエネルギー得ると外部に出ていくことができます。電子放出は、そのエネルギーの種類によって、熱電子放出,光電子放出,電界放射,二次電子放出などがあります。

熱電子放出

 金属の自由電子は、一般的には温度が上昇すると運動エネルギーが大きくなります。このため、金属を高温に熱すると金属の表面から電子が飛び出します。この現象を熱電子放出といいます。また、このときに放出した電子を熱電子といいます。

冷陰極放出

 金属の表面に強い電界を印加すると、金属内の自由電子はトンネル効果によって障壁をすり抜け、放出されます。この現象を冷陰極放出または、電界放出といいます。

光電子放出

 金属の表面に光などの電磁波が投射されると、その入射エネルギーによって表面から電子が放出されます。この現象を光電子放出といいます。また、このときに放出した電子を光電子といいます。

二次電子放出

 金属などの表面に高速の電子が衝突すると、金属内部の自由電子がエネルギーをもらい、表面から電子が放出されます。この現象を二次電子放出といいます。また、このときに衝突した電子を一次電子といい、飛び出した電子は二次電子といいます。

熱起電力の効果

ゼーベック効果

 2種類の異なった金属を両端で接合し、接合部分に温度差を与えると、回路に起電力が発生し、電流が流れます。この現象をゼーベック効果といいます。また、このときに発生した起電力を熱起電力といいます。

ペルチェ効果

 2種類の異なった金属を両端で接合し、閉回路に外部から起電力を加えて電流を流すと、一方の接合部で熱が発生し、他方の接合部で熱の吸収が起こります。この現象をペルチェ効果といいます。ゼーベック効果の逆の効果といえます。

電験3種-理論(電気の現象)過去問題

2001年(平成13年)問7

次の文章は、金属表面から真空中に電子を放出する方法に関する記述である。

  1. 金属を高温に熱するとその表面から電子が飛び出すようになる。これを( ア )放出という。
  2. 金属に高速度の電子が衝突すると、そのエネルギーをもらって、金属の表面から電子が飛び出す現象がある。これを( イ )放出という。
  3. 金属の表面の電界の強さをある値以上にすると、常温でも電子が飛び出すようになる。これを( ウ )放出という。

 上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)及び(ウ)に当てはまる語句として、正しい組み合わせは次のうちどれか。

 (ア)(イ)(ウ)
(1)熱電子二次電子電 界
(2)光電子熱電子二次電子
(3)電 界二次電子熱電子
(4)光電子冷陰極二次電子
(5)熱電子光電子電 界

2001年(平成13年)問7 過去問解説

  1. 金属を高温に熱するとその表面から電子が飛び出すようになる。これを( 熱電子 )放出という。
  2. 金属に高速度の電子が衝突すると、そのエネルギーをもらって、金属の表面から電子が飛び出す現象がある。これを( 二次電子 )放出という。
  3. 金属の表面の電界の強さをある値以上にすると、常温でも電子が飛び出すようになる。これを( 電界 )放出という。

答え(1)

2005年(平成17年)問11

図のように、異なる2種類の金属A、Bで一つの閉回路を作り、その二つの接合点を異なる温度に保てば( ア )。この現象を( イ )効果という。

上記の記述中の空白箇所(ア)及び(イ)に記入する語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

(ア)(イ)
(1)電流が流れるホール
(2)抵抗が変化するホール
(3)金属の長さが変化するゼーベック
(4)電位差が生じるペルチェ
(5)起電力が生じるゼーベック

2005年(平成17年)問11 過去問解説

図のように、異なる2種類の金属A、Bで一つの閉回路を作り、その二つの接合点を異なる温度に保てば( 起電力が生じる )。この現象を( ゼーベック )効果という。

答え(5)

2010年(平成22年)問12

問12 次の文章は、金属などの表面から真空中に電子が放出される現象に関する記述である。
a.タンタル(Ta)などの金属を熱すると、電子がその表面から放出される。この現象は( ア )放出と呼ばれる。
b.タングステン(W)などの金属表面の電界強度を十分大きくすると、常温でもその表面から電子が放出される。この現象は( イ )放出と呼ばれる。
c.電子を金属又はその酸化物・ハロゲン化物などに衝突させると、その表面から新たな電子が放出される。この現象は( ウ )放出と呼ばれる。

上記の記述中の空白個所(ア)、(イ)及び(ウ)に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

(ア)(イ)(ウ)
(1)熱電子電 界二次電子
(2)二次電子冷陰極熱電子
(3)電 界熱電子二次電子
(4)熱電子電 界光電子
(5)光電子二次電子冷陰極

2010年(平成22年)問12 過去問解説

a.タンタル(Ta)などの金属を熱すると、電子がその表面から放出される。この現象は( 熱電子 )放出と呼ばれる。
b.タングステン(W)などの金属表面の電界強度を十分大きくすると、常温でもその表面から電子が放出される。この現象は( 電界 )放出と呼ばれる。
c.電子を金属又はその酸化物・ハロゲン化物などに衝突させると、その表面から新たな電子が放出される。この現象は( 二次電子 )放出と呼ばれる。

答え(1)

理論電験3種
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