일함수

일함수(work function)는 응집물질물리학에서 어떤 고체의 표면에서 한 개의 전자를 고체 밖으로 빼내는 데 필요한 에너지다. 전도띠가 있는 고체의 특징 중 하나다.

광전 효과에서의 일함수

광전 효과에서는, 물체가 광자를 흡수함으로써 전자 전이가 일어난다. 광자의 에너지가 물질의 일함수보다 크다면 광전자 방출이 일어나 전자가 표면으로부터 자유롭게 될 것이다. 과도한 광자 에너지는 전자에게 운동에너지 또한 줄 것이다. 광전효과에서의 일함수는 다음과 같다.

$\phi =hf_{0}$

여기서 $h$는 플랑크 상수,$f_{0}$는 한계 진동수(광전 효과에 필요한 광자의 최소 진동수)이다.

열전자 방출에서의 일함수

열전자 방출과 일함수는 열전자 방출 이론에서도 중요하다. 광전 효과와는 달리, 열전자 방출 이론에서는 광자 대신 열을 이용해 전자를 방출한다. 리처드슨의 법칙에 따르면 다음 등식이 성립한다.

$J=AT^{2}e^{-W \over kT}$

여기서 $J$는 전류 밀도, $T$는 절대 온도, $W$는 일함수, $k$는 볼츠만 상수이며, $A$는 리처드슨 상수(Richardson constant)인데, 그 값은 다음과 같다.

$A={4\pi mk^{2}e \over h^{3}}=1.20173\times 10^{6}Am^{-}2K^{-}2$

$m$은 전자의 질량, $e$는 기본 전하, $h$는 플랑크 상수이다. 열전자 방출은 뜨겁고 음으로 대전된 음극에서 전자를 방출시키는데, 이것은 전구의 작동에 매우 중요하다. 백열등 필라멘트에 쓰이는 텅스텐은 일함수가 약 $4.5eV$인데, 산화물로 코팅함으로써 줄일 수 있다.

원소의 일함수

순수 원소의 일함수는 다음과 같다. 단위는 전자볼트(eV)이다.

원소	일함수/eV	원소	일함수/eV	원소	일함수/eV	원소	일함수/eV	원소	일함수/eV
Ag	4.52 – 4.74	Al	4.06 – 4.26	As	3.75	Au	5.1 – 5.47	B	~4.45
Ba	2.52 – 2.7	Be	4.98	Bi	4.34	C	~5	Ca	2.87
Cd	4.08	Ce	2.9	Co	5	Cr	4.5	Cs	2.14
Cu	4.53 – 5.10	Eu	2.5	Fe	4.67 – 4.81	Ga	4.32	Gd	2.90
Hf	3.9	Hg	4.475	In	4.09	Ir	5.00 – 5.67	K	2.29
La	3.5	Li	2.93	Lu	~3.3	Mg	3.66	Mn	4.1
Mo	4.36 – 4.95	Na	2.36	Nb	3.95 – 4.87	Nd	3.2	Ni	5.04 – 5.35
Os	5.93	Pb	4.25	Pd	5.22 – 5.6	Pt	5.12 – 5.93	Rb	2.261
Re	4.72	Rh	4.98	Ru	4.71	Sb	4.55 – 4.7	Sc	3.5
Se	5.9	Si	4.60 – 4.85	Sm	2.7	Sn	4.42	Sr	~2.59
Ta	4.00 – 4.80	Tb	3.00	Te	4.95	Th	3.4	Ti	4.33
Tl	~3.84	U	3.63 – 3.90	V	4.3	W	4.32 – 5.22	Y	3.1
Yb	2.60	Zn	3.63 – 4.9	Zr	4.05

같이 보기

• 전자 친화도

외부 링크

• (영어) Work function of polymeric insulators (Table 2.1)
• (영어) Work function of diamond and doped carbon
• (영어) Work functions of common metals
• (영어) Work functions of various metals for the photoelectric effect