Funció de treball

La funció de treball, denotada com Φ, és l'energia mínima que es necessita per a lliberar un electró des de la superfície d'un material al buit.

En física de l'estat sòlit la funció de treball o treball d'extracció, és l'energia mínima (normalment medida en electronvoltio), necessària per a arrancar un electró d'un sòlit, a un punt immediatament fòra de la superfície del sòlit (o l'energia necessària per a moure un electró des del nivell d'energia de Fermi fins al buit). Ací "immediatament" significa que la posició final de l'electró està llunt de la superfície a escala atòmica pero encara prop del sòlit en una escala macroscòpica. La funció de treball és una propietat fonamental per a qualsevol substància sòlida en una banda de conducció (tant buida com parcialment plena). Per a un metal, el nivell de Fermi està dins de la banda de conducció, indicant que la banda esta parcialment plena. Per a un aïllant, el nivell de Fermi cau dins del gap, indicant una banda de conducció buida; en este cas, l'energia mínima per a arrancar un electró és aproximadament la suma de la mitat del gap, i la funció de treball.

Funció de treball fotoeléctrica

La funció de treball és l'energia mínima que deu proporcionar-se a un àtom per a lliberar un electró de la superfície d'una substància determinada. En l'efecte fotoeléctrico, l'excitació electrònica és obtinguda per absorció d'un fotó. (Quan un electró adquirix energia, este bota d'un nivell d'energia a un atre en bots quàntics. Este procés es diu excitació d'un electró, i els nivells alts d'energia es diuen estats excitats). Si l'energia del fotó és major que la funció de treball de la substància, es produïx l'emissió fotoeléctrica i l'electró és lliberat de la superfície. (L'excés d'energia del fotó es traduïx en la lliberació de l'electró en energia cinètica distinta de zero).

La funció de treball fotoeléctrica és

$\varphi =h{f}_0$

on $h$ és la constant de Planck i $f_0$ és la freqüència mínima (llindar) del fotó, requerida per a produir l'emissió fotoeléctrica.

Funció de treball termoiònica

La funció de treball és també important en la teoria de l'emissió termoiònica. En este cas els electrons guanyen la seua energia de la calor, en lloc d'a través de fotons. D'acort a l'equació de Richardson-Dushman la densitat de corrent d'electrons emesa J (A/m²) està relacionada en la temperatura absoluta T per l'equació:

$J=A{T}^2{e}^{\frac{-W}{kT}}$

a on W és la funció de treball del metal, T és la temperatura del metal en Kelvin, k és la constant de Boltzmann i la constant de proporcionalitat A, coneguda com a constant de Richardson, ve donada per

$A=\frac{4\pi m{k}^{2}e}{h^3}=1.20173\times 10^6\mathrm{A}{\mathrm{m}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}{\mathrm{K}}^{\mathrm{-}\mathrm{2}}$

a on m i -i són la massa i la càrrega de l'electró , i h és la constant de Planck.

L'emissió termoiònica --- electrons escapant del filament negativament carregat calfat càtodo calent --- és important en l'operació de tubos de buit. El Tungsteno, l'elecció comuna per a filaments de tubos de buit, té una funció de treball d'aproximadament 4,5 eV; Vàries capes d'òxit poden reduir-la substancialment