 |
Подготовка к выполнению работы
|
|
|
|
Перед выполнением работы необходимо изучить следующие вопросы:
3.1 Современные представления о строении металлов: [1] — §71, [2] — §60.
3.2 Работа выхода электрона: [1] — §74, [2] — §60.
3.3 Термоэлектронная эмиссия. Вольтамперная характеристика вакуумного диода: [1] — §75, [2] — §61.
3.4 Зависимость сопротивления проводников от температуры: [1] — §33, [3] — §34.
3.5 Приготовить две таблицы для измерения вольтамперных характеристик.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Установка представляет собой радиолампу-диод прямого накала и источники напряжения с электроизмерительными приборами, смонтированными на электрическом стенде. Лампа подключается к стенду согласно схеме Рис. 2. Анодная цепь подключается к регулируемому источнику высокого постоянного напряжения в правой части стенда. Цепь накала подключается к низковольтному регулируемому источнику напряжения. Рабочее напряжение накала катода не должно превышать 1 ÷2 В, поэтому оно подается от источника через делитель. Делитель уменьшает реальное напряжение на катоде в 7,7 раз относительно показаний вольтметра, дающего напряжение на выходе источника питания цепи накала. Сопротивление включено для ограничения напряжения, подаваемого на нить накала лампы.
ЗАДАНИЕ
5.1 Установите следующие пределы измерения прибора:
цепь накала: амперметр– 200мА, вольтметр– 10В;
анодная цепь: амперметр – 1 ÷2 мА, вольтметр – 200 В.
ВНИМАНИЕ! АНОДНЫЙ ТОК НЕ ДОЛЖЕН ПРЕВЫШАТЬ 2 мА!
5.2 Задайте катодное напряжение 8В и проверьте, есть ли при этом напряжении анодный ток. Если тока нет, добавьте 0,5В на цепь катода, и вновь проверьте анодный ток.
5.3 Снимите ВАХ диода, данные занесите в таблицу. Для этого изменяйте анодное напряжение через каждое деление для остального анализа возрастания тока, и через 40В, когда анодный ток выходит в режим насыщения.
|
|
|
5.4. Увеличьте накал катода не более, чем на 1В и повторите процедуру снятия ВАХ.
5.5 По экспериментальным данным постройте графики ВАХ, аналогичные Рис. 3 Из графиков определите величины токов насыщения.
5.6 С помощью закона Ома определите сопротивление катода при различных температурах.
5.7 Рассчитайте температуры катода Т1 и Т2. В нашей работе R0=3Ом, для вольфрама α=5,1·10-3К-1.
5.8 С помощью формулы (4) рассчитайте работу выхода электрона из вольфрама.
5.9 Оцените погрешности полученной величины А.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Расскажите о модели свободных электронов в металле.
2. Объясните энергетическую диаграмму на Рис. 1.
3. Дайте определение работы выхода электрона. От каких факторов она зависит?
4. Проанализируйте ВАХ диода в основных точках зависимости.
5. Укажите основное свойство вакуумного диода. В каких практических целях используется диод?
6. Приведите вывод расчетной формулы (4).
7. Объясните зависимость сопротивления металла от температуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савельев И.В. Курс общей физики, 1970, т.2.
2. Савельев И.В. Курс общей физики, 1982, т.3.
3. Савельев И.В. Курс общей физики, 1978, т.2.
ЗАДАЧИ
1. Вычислить токи насыщения для вакуумного диода с вольфрамовым катодом при температуре катода Т1 = 1000К и Т2 = 3000K. Работа выхода электронов из вольфрама равна А=4,5эВ, константа диода составляет В=60 
.
2. Вычислить, насколько изменится величина тока насыщения при увеличении температуры вольфрамового катода:
а) с 1800К до 1900К;
б) с 1900К до 2000К.
(Работа выхода электронов из вольфрама равна А= 4,5эВ, постоянная Больцмана составляет k=1,38 10-23 
, 1эВ=1,6 10-19 Дж).
3. Какой наименьшей скоростью v должен обладать электрон для того, чтобы ионизировать атом водорода? Потенциал ионизации атома водорода составляет U=13,5 В.
|
|
|
4. При какой температуре Т атомы ртути имеют кинетическую энергию поступательного движения, достаточную для ионизации? Потенциал ионизации атома ртути составляет U = 10,4 B (Wкин = 
kT, k=1.38 10-23 ).
5. Потенциал ионизации атома гелия составляет U=24,5В. Найти работу ионизации А.
6. Какой наименьшей скоростью υ должны обладать свободные электроны в цезии и платине для того, они смогли покинуть металл? Работа выхода электронов из цезия равна 1.9эВ, для платины А = 5.3эВ.
7. Во сколько раз изменится удельная термоэлектронная эмиссия вольфрама, находящегося при температуре Т1=2400К, если повысить температуру вольфрама на ΔТ =100К?
8. Во сколько раз катод из торированного вольфрама при температуре Т=1800К дает большую удельную эмиссию, чем катод из чистого вольфрама при той же температуре? Эмиссионная постоянная для чистого вольфрама B1=0,6 ·106 
, для торированного вольфрама В2=0,3· 107 .
9. Работа выхода электрона из металла А = 2.5 эВ. Определите скорость вылетающего из металла электрона, если он обладает энергий W=10-18Дж.
10. Определите работу выхода электронов из металла, если плотность тока насыщения двухэлектродной лампы при температуре Т1 равна I1, а при температуре Т2 равна I2.
Работа 4.1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Познакомиться с законами движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
2. Определить удельный заряд электрона с помощью цилиндрического магнетрона.
|
|
|
