電子の運動17【電験3種 理論】電子放出現象(熱電子・電界・二次電子放出)を判別する!平成22年度 A問題12 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(電子の運動)】平成22年度 A問題12 金属を熱する=熱電子放出、電界を強める=電界放出、電子を衝突=二次電子放出

今回は平成22年度 理論科目 A問題12を解説します。金属などの表面から真空中に電子が放出される3つの現象(加熱・強電界・電子衝突による放出)の名称を問う穴埋め問題です。

金属を熱して電子が飛び出すのが熱電子放出、強い電界で常温でも放出されるのが電界放出、電子を衝突させて新たな電子が出るのが二次電子放出です。この3種類を区別できれば解けます。

出題のポイント

目次

平成22年度 理論科目 A問題12:問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 電子の運動 平成22年度 A問題12 問題文
平成22年度 理論科目 A問題12 問題文

電験3種 理論科目 【電子理論(電子の運動)】 平成22年度 A問題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に大きくすると、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箇所(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

ポイント解説:加熱=熱電子放出、強電界=電界放出、電子衝突=二次電子放出

a. 金属を熱すると自由電子の運動が激しくなり、表面のエネルギー障壁を越えて飛び出す。これが熱電子放出((ア))。真空管の陰極などで利用される。

b. 金属表面の電界強度を十分大きくすると、常温でも電子が放出される。これが電界放出((イ))。c. 電子を金属などに衝突させると表面から新たな電子が放出される。これが二次電子放出((ウ))。よって(ア)熱電子・(イ)電界・(ウ)二次電子の(1)。なお光電子放出は光を当てたときの放出、冷陰極は加熱しない陰極を指す別概念。

問題の解説

STEP1 (ア) 加熱による放出

金属を熱して電子が飛び出す=熱電子放出。熱で電子が障壁を越える。

STEP2 (イ) 強電界による放出

強い電界で常温でも放出される=電界放出(電界電子放出)。

STEP3 (ウ) 電子衝突による放出

電子を衝突させて新たな電子が出る=二次電子放出。よって(1)

答え:(1)

💡 覚え方
熱電子放出=加熱、電界放出=強電界(常温)、二次電子放出=電子衝突。光電子放出=光照射(別現象)。

⚠️ よくある間違い
加熱は熱電子、電界強化は電界、電子衝突は二次電子。光電子(光)や冷陰極と取り違えない。

まとめ

(ア)熱電子放出(加熱)
(イ)電界放出(強電界)
(ウ)二次電子放出(電子衝突)
参考光電子放出=光照射
答え(1)

▼あわせて解きたい関連問題
・光電効果による電子放出(電子の運動9):【理論】令和2年度 A問題12

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