Методика измерений

Схема измерений. Для проверки соотношения (2^а) необходимо измерить зависимость силы тока от напряжения при различных температурах , которые также необходимо измерить. Все это можно сделать с помощью электрической схемы изображенной на рис.1, которая ранее использовалась в лабораторной работе №46^а.

Рис.1

Основным элементом схемы является вакуумный диод 1. Нагрев катода этой радиолампы осуществляется с помощью генератора переменного напряжения 6. Сила тока накала, а, следовательно, и температура катода могут изменяться ступенчато путем подключения последовательно с нитью накала резисторов . Постоянное напряжение между катодом и анодом создается с помощью генератора напряжения 4. Путем переключения проводников «а» и «б» можно подать на анод как положительный, так и отрицательный потенциал относительно катода. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором . Сила анодного тока измеряется микроамперметром 3, а напряжение - вольтметром 2.

При выполнении лабораторной работы №46^а для вакуумного диода была определена зависимость контактной разности потенциалов от температуры катода , которая равна температуре газа эмитированных электронов. Эти результаты следует использовать при выполнении данной лабораторной работы.

Задание к работе.

1. Заготовьте таблицу измерений (см. образец).

2. Соберите схему измерений (рис.1). Схема позволяет снять вольт-амперную характеристику вакуумного диода как для всей области задерживающего поля между катодом и анодом, так и для достаточно информативной области ускоряющего поля без переключения генератора (4) проводниками «а» и «б». При сборке подключите в цепь накала катода резистор .

3. Не включая электропитание, поверните ручку регулировки выходного напряжения генератора 4 против часовой стрелки до упора (на минимум). Ручку регулировки выходного напряжения генератора напряжения 6 поверните по часовой стрелке до упора (на максимум ~6 В). Амперметр-вольтметр установите в режим измерения постоянного тока (кнопка отжата). Установите на нем предел измерения напряжения 2 В, а силы тока 20 мкА.

4. Снимите зависимость силы анодного тока от напряжения , меняя напряжение резистором через ~0,05 В. Для того чтобы внутреннее сопротивление вольтметра, подключенного параллельно диоду, не вносило существенную погрешность в измеряемую микроамперметром силу анодного тока, начинайте измерения с токов не меньших ~5 мкА. Внесите полученные значения в таблицу измерений.

5. Чтобы не перегревать тепловым излучением катода анод лампы, что искажает величину анодного тока, отключите генератор переменного напряжения на время проведения последующих вычислений и построения графика.

6. Вычислите и внесите в таблицу величину .

7. Постройте график зависимости .

8. Вычислите и внесите в таблицу измерений истинное напряжение между катодом и анодом , пользуясь формулой (3) лабораторной работы №46^а:

. (3^а)

9. Вычисления достаточно сделать только для отрицательных значений .Определите, с помощью графика или по таблице измерений, силу тока , которая соответствует нулевому значению истинного напряжения .

10. Для отрицательных значений , зная температуру электронного газа, вычислите и внесите в таблицу величину .

11. Для отрицательных значений , зная , вычислите отношения .

12. Сравните численные значения и , сделайте выводы.

13. Повторите все измерения и вычисления (п.п. 3-12) для больших температур, подключая в цепь накала катода оставшиеся резисторы и, наконец, подключая нить накала напрямую.

14. Проанализируйте полученные результаты.

Образец таблицы измерений для одного значения тока накала

(с пояснениями по каждой величине)

Изме-ряется в опыте	Изме-ряется в опыте	Вычис-ляется	По графику	Вычис-ляется	Вычис-ляется по графику	Вычис-ляется	По графику	Вычис-ляется	Вычис-ляется
, В	, мкА		В	, В	, К		, мкА

Контрольные вопросы.

1. Как устроена и на каком принципе работает электронная лампа?

2. Какие физические эффекты приводят к эмиссии электронов?

3. Какому статистическому распределению подчиняется газ электронов

1) внутри металлического катода, 2) вблизи анода?

4. Почему свободные электроны не могут легко диффундировать из вещества в вакуум?

5. Какой кинетической энергией должны обладать электроны в катоде, чтобы попасть на анод?

6. Какая формула позволяет вычислить плотность тока при термоэлектронной эмиссии?

7. Почему график зависимости силы анодного тока от напряжения между анодом и катодом строится в координатах ?

8. Может ли электрон, обладающий достаточной энергией при выходе из катода, не попасть на анод?

9. Как измерить температуру электронного газа?

10. Какие величины, полученные в результате опытов, сравниваются, о чем говорит это сравнение?

Литература

1. В.И.Гапонов Электроника, Ч.1, М.: 1960.

2. Епифанов Г.И. Физика твердого тела – М.: Высшая школа, 1965.

3. Савельев И.В. Курс общей физики, т.3, М.: Наука, 1982.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1