To tylko jedna z 5 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
1 Ćwiczenie 25 Pomiar prędkości wyjściowej elektronów metodą napięcia hamującego I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania 1. Ruch ładunku w polu elektrycznym. 2. Emisja elektronów z metalu, praca wyjścia. 3. Lampy elektronowe. II. Wprowadzenie Zjawisko emisji termoelektronowej polega na wysyłaniu elektronów przez nagrzane metale. Przestrzeń zajęta przez metal wypełniona jest siecią dodatnich jonów, między którymi znajdują się elektrony poruszające się swobodnie wewnątrz metalu jak cząsteczki gazu o energii kinetycznej kin E . Elektron przewodzenia może opuścić dany metal jedynie wówczas, gdy jego energia przewyższa pracę wyjścia elektronu z metalu. Doświadczenia wykazały, że temperaturze kilkuset stopni skali bezwzględnej zjawisko termoemisji staje się bardzo intensywne. Liczba termoelektronów zwiększa się i to bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury. Wzrost ten określa prawo termoemisji, zwane prawem Richardsona. Prawo to wyraża tzw. gęstość prądu termoemisji T j w zależności od temperatury T : kT T e T B j φ − = 2 (1) gdzie: T j - oznacza natężenie prądu elektrycznego emitowanego z 2 cm 1 powierzchni, B -stała wielkość dla danego metalu φ - praca wyjścia k - stała Boltzmanna Zjawisko termoemisji zostało zastosowane między innymi w lampach elektronowych. Najprostszą lampą elektronową jest dioda. Dioda jest to bańka szklana, w której wytworzono wysoką próżnię. Wewnątrz bańki znajdują się dwie elektrody: katoda i anoda. Próżnię wytwarza się w tym celu, by elektrony podczas swego ruchu wewnątrz bańki nie zderzały się z cząsteczkami gazu oraz aby katoda nie ulegała utlenianiu. Katodą jest drucik metalowy nagrzewany do wysokiej temperatury za pomocą prądu elektrycznego. Anoda ma postać cienkościennego cylindra otaczającego katodę. Przy zasilaniu włókna katody silnie się ono nagrzewa i zaczyna emitować termoelektrony, jest to tzw. dioda z bezpośrednim żarzeniem; odznacza się ona jednak poważną wadą. W przypadku nagrzewania włókna katody prądem przemiennym jego temperatura podlega okresowym zmianom, co z kolei wywołuje wahania prądu anodowego. W dużym stopniu eliminuje to niepożądane zjawisko tzw. żarzenie pośrednie; w tym przypadku włókno żarzone mieści się wewnątrz odizolowanej odeń metalowej katody i służy jedynie do jej nagrzewania. Gdy rozżarzoną katodę połączymy z ujemnym, a anodę z dodatnim biegunem źródła prądu, wówczas chmura elektronowa będzie przyciągana przez anodę, popłynie więc prąd. Na podstawie badań stwierdzono, że natężenie prądu a I zależy od napięcia a U wytworzonego pomiędzy
(…)
…). Ze względu na niewielki wpływ czynnika T 2 stojącego przed funkcją wykładniczą
równanie (1) możemy napisać w postaci:
I nas = B' e
−φ
kT
Dla U a < 0 w powyższym wyrażeniu musimy uwzględnić wpływ potencjału
hamującego. Możemy założyć, że potencjał ten zwiększa barierę potencjału do wartości
φ' , którą musi pokonać elektron wybiegający z katody, przy czym φ' = φ − eU a .
Podstawiając φ' w miejsce φ…
… elektronów:
2eU h
v=
(9)
m
Schemat obwodu do wyznaczania prędkości elektronów emitowanych z katody
lampy elektronowej pokazano na rys. 3.
A
R
K
.
Z
Rys. 3. Schemat obwodu elektrycznego do wyznaczania prędkości elektronów emitowanych z katody
lampy elektronowej
W celu ułatwienia pracy obwód elektryczny jest już częściowo zmontowany na
stałe i wymaga jedynie kilku połączeń.
III. Wykonanie ćwiczenia
1…
… charakterystykę I a = f (U a ) korzystając z pomiarów wykonanych
w punktach 2 i 3.
5. Wykreślić zależność ln I a od U a dla całego przedziału zmian napięcia. Na tym
wykresie nanieść linię 3 ( ln I nas ) oraz asymptotę krzywej doświadczalnej (rys. 2).
I nas dla badanej lampy przyjąć 160 mA.
6. Temperaturę katody wyznaczamy z nachylenia krzywej 2 (rys. 2), bowiem zgodnie
z równaniem (9.24b) mamy:
e
e
a=
czyli T…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)