Microsoft Word Fizika umk II chast 2 ëàáîðàòîðèÿ. doc
Download 164.54 Kb.
|
Fizika UMK II chast 2 лаборатория
- Bu sahifa navigatsiya:
- Лабораторная работа № 9
- Теоретические сведения
- Теория метода и описание установки.
- Порядок выполнения работы
Контрольные вопросы Как выражается первый и второй правила Кирхгофа? Напишите уравнения Кирхгофа к схеме, используемой в данной работе. Что такое потенциал и падение потенциала? Расскажите об условиях существования тока в электрической схеме. Что такое короткое замыкание и сверхпроводимость? Лабораторная работа № 9 Исследование явлений термоэлектронной эмиссии. Цель работы: Изучение явления термоэлектронной эмиссии с помощью лампового диода, проверка закона Богуславского-Ленгмюра. Приборы и принадлежности: двухэлектродная электронная лампа (диод), два вольтметра, микроамперметр, потенциометр, реостат, источник постоянного напряжения в 120 в, источник постоянного или переменного напряжения в 6 В. Теоретические сведения Термоэлектронная эмиссия. Свободные электроны (в 1 см3 имеется 1022-1023 электронов), находящиеся в состоянии беспорядочного движения, не выходят из металла, так как их удерживают электрические силы. Возникают эти силы в результате двух причин: между свободными электронами и положительно заряженной ионной решеткой существуют силы взаимодействия; в результате теплового движения некоторые из свободных электронов, находящихся вблизи поверхности металла, могут перейти эту поверхность и несколько удалиться от нее, поэтому поверхность металла окутана электронной оболочкой, толщиной порядка нескольких межатомных расстояний в металле. Эта электронная оболочка заряжена отрицательно, а поверхность металла вследствие обеднения ее электронами - положительно. Следовательно, возникает сила, притягивающая электрон и мешающая ему выйти. Эти причины приводят к возникновению в поверхностном слое металла потенциального барьера. Для того чтобы электрон мог пройти через этот барьер и удалиться из металла, необходимо совершить работу. Работа, которую надо совершить на освобождение электрона e из металла, называется работой выхода A: A=e Аф, (1) где e - заряд электрона, Лф - поверхностный скачок потенциала или контактная разность потенциалов между металлом и окружающей средой. Работа выхода неодинакова для различных металлов и зависит от их структуры. При невысоких температурах энергия свободных электронов меньше работы выхода. Эмиссию (испарение) электронов с поверхности металла можно получить: при нагревании металла - имеем термоэлектронную эмиссию; при помещении металла в сильное электрическое поле, которое “подхватывало” бы электроны с поверхности металла (холодная эмиссия); при облучении металла светом - получим фотоэффект; при бомбардировке поверхности металла электронами, ионами или другими частицами (вторичная термоэлектронная эмиссия). Из вольт-амперной характеристики видно, что с увеличением анодного напряжения (Ua) анодный ток тоже возрастает. При этом действительно увеличивается число электронов приходящих в анод. Зависимость анодного тока от анодного напряжения (рис. 1) не совпадает с законом Ома для справедливого для проводников. Аналитическую формулу кривой характеризующей зависимость Ia=f(Ua) теоретически определили Богуславский и Ленгмюр. Эта формула имеет следующий вид: Ia=BUa3/2. Эта формула называется законом Богуславского-Ленгмюра. Теория метода и описание установки. Двухэлектродная электронная лампа (диод) представляет собой вакуумную лампу (давление в ней примерно 10-7 мм рт.ст.) с двумя электродами, выполняющими совершенно различные функции, - анодом A и катодом K (рис. 2, б). Анодом служит металлический цилиндр, вдоль оси которого расположена нить накала - катод - тончайшая вольфрамовая проволочка. Концы нити накала и анод включаются в цепь с помощью медных ножек, выведенных через цоколь. Сущность происходящих в диоде физических процессов состоит в следующем. При нагревании током нити накала возникает термоэлектронная эмиссия. Отдельные, наиболее быстрые электроны получают энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера, вылетают за пределы нити и образуют в баллоне электронное облако, препятствующее дальнейшему вылету электронов. Если анод и катод соединить вне лампы проводником, то часть электронов, оседающая на аноде, вызовет слабый ток во внешней цепи. Если же сообщить аноду некоторое положительное напряжение, то к нему устремится большее количество электронов - ток во внешней цепи усилится. Если продолжать увеличивать напряжение на аноде при том же накале, то ток будет расти, но лишь до определенного предела. Это связано с тем, что число электронов, достигающих анода за единицу времени, становится равным числу электронов, вылетающих за то же время с катода. Установившийся при этом в цепи максимальный термоэлектронный токи возможный при данной температуре накала, называется током насыщения. Для увеличения тока в лампе надо увеличить температуру накала. Ток насыщения может быть и для неизменного напряжения на аноде. Графики, выражающие первую и вторую зависимости, называются соответственно температурной и анодной характеристиками лампы. Эти характеристики, зависящие от конструктивных особенностей лампы, позволяют определить пригодность лампы для тех или иных целей, и в первую очередь в качестве выпрямителей (диод пропускает ток в одном направлении). Порядок выполнения работы Собирается схема на рис.2,а. На катод подается напряжение Uk=0,8 В и записывается значение тока катода. До нагревания катода ждут 2-3 минуты. С помощью реостата R1 устанавливается начальное анодное напряжение Ua=10 В и записывается значение тока анода Ia в таблицу 1. Затем увеличивая напряжение анода с помощью реостата R1, для значений 20, 30, 40 В ... записывается значение тока анода Ia в таблицу 1. Измерение проводится до тех пор, пока ток анода не дойдет до насыщения (при насыщении показание миллиамперметра станет неизменным). Затем увеличивая напряжение на катоде для значений 0,9: 1,0: 1,1 и 1,2 В повторяется измерения в пункте 3. Записывается ток анода для каждого значения напряжения катода..Таблица 1
5. С помощью значений взятых из таблицы 1 строится вольт-амперная характеристика диода. При этом для каждого значения температуры строится отдельная вольт- амперная характеристика. С помощью формулы Tk=(Uk/(IkRk))- Tx (Tx=20°C, Rk=0,5 Ом) для каждого значения Uk определяется температура катода. Работа выхода электронов определяется с помощью первой и второй, второй и третьей и т.д. вольтамперных характеристик или с помощью следующих формул A = T2 lg Irzi, или A = JT£- -ln Щ (T2 -T),.0.4343 IT,,T1 2 3 4 T2 -T1 I,T2 8. Работа выхода определяется в джоулях и электрон-вольтах и заносится в таблицу 2. Также определяютс среднее значение работы выхода, абсолютная и относительная ошибки. Таблица 2
Контрольные вопросы Download 164.54 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling