Экспериментальная часть

Исследование термоэлектронной эмиссии осуществляется с помощью вакуумного диода, схематическое устройство которого показано на рис.3. Проволока К из вольфрама с по­крытием (катод) окружена цилиндрическим анодом А и помещена в вакуумный бал­лон Б.

Рис. 3. Схематическое устройство вакуумного диода. К - катод, А - анод, Б - вакуумный баллон

Катод нагревается до требуемой температуры током накала. Если, поддерживая температуру накаленного катода постоянной, менять напряжение U_a между анодом и катодом, то термоэлектронный ток I_a сначала будет возрастать. Однако это возрастание идет не пропорционально U_a, т.е. для вакуумного диода закон Ома не выполняется. При достижении определенного напряжения дальнейшее нарастание термоэлектронного тока практически прекращается и ток достигает предельного значения I _нас, называемого током насыщения. Зависимость анодного тока от анодного напряжения U_a для ряда температур (вольт-ампер­ная характеристика) показана на рис.4.

Наличие тока насыщения имеет следующее объяснение. Его величина определяется количеством электронов, которое покидает поверхность катода в единицу времени (т.е. температурой катода). Если электрическое поле между анодом и катодом способно отвести все электроны, испускаемые катодом, то дальнейшее увеличение анодного напряжения U_a уже не может привести к увеличению термоэлектронного тока.

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики вакуумного диода. Температуры катода

При малых напряжениях между катодом и анодом ток практически не зависит от темпера­туры катода и подчиняется так называемому закону трёх вторых, т. е. в этом слу­чае (кри­волинейный пунктир на рис.4). При дальнейшем увеличении напряжения ток насыщения растет очень незначительно. Зави­симость тока насыщения от температуры и работы выхода определяется формулой Ри­чардсона-Дэшмана:

, где = 1,38×10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана, а - некоторая константа, завися­щая от свойств конкрет­ного металла.

Прологарифмировав последнее равенство, получим

.

Таким образом, зависимость от линейная. Угловой коэффициент пря­мой позволяет оп­ределить работу выхода А = е j из экспериментальных вольт-амперных характеристик вакуумного диода, что является целью данной работы.

Температуру катода можно определить, воспользовавшись зависимостью сопротив­ления ка­тода от температуры. В исследуемом диапазоне температур эту зависимость с достаточной точ­ностью можно считать линейной:

. (1)

Здесь t - температура в °С, - сопротивление катода при t = 0 °С, a - температурный коэффициент сопротивления материала катода. По закону Ома сопротивление катода

, (2)

где - ток накала, - напряжение накала. Из (1) и (2) легко определить абсолютную тем­пературу катода:

(3)