Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej |
||||||||
Nazwisko i imię studenta: |
Instytut i symbol grupy Ed 3.5 |
|||||||
Data wykonania ćwiczenia: 96-11-13 |
Symbol ćwiczenia: 9.1 |
Temat zadania: Pomiar rozkładu prędkości elektronów termoemisji. |
||||||
Zaliczenie: |
Ocena: |
Data: |
Podpis |
|||||
1.Tabela pomiarów:
|
|
||
|
|
|
|
mV |
V |
|
|
0 |
-0.5704 |
-57.04 |
0.0000 |
-10 |
-0.5262 |
-52.62 |
3.1623 |
-20 |
-0.4853 |
-48.53 |
4.4721 |
-30 |
-0.4448 |
-44.48 |
5.4772 |
-40 |
-0.4075 |
-40.75 |
6.3246 |
-50 |
-0.3676 |
-36.76 |
7.0711 |
-60 |
-0.3341 |
-33.41 |
7.7460 |
-70 |
-0.3044 |
-30.44 |
8.3666 |
-80 |
-0.2742 |
-27.42 |
8.9443 |
-90 |
-0.2508 |
-25.08 |
9.4868 |
-100 |
-0.2266 |
-22.66 |
10.0000 |
-110 |
-0.2034 |
-20.34 |
10.4881 |
-120 |
-0.1844 |
-18.44 |
10.9545 |
-130 |
-0.1662 |
-16.62 |
11.4018 |
-140 |
-0.1492 |
-14.92 |
11.8322 |
-150 |
-0.1337 |
-13.37 |
12.2475 |
-180 |
-0.0981 |
-9.81 |
13.4164 |
-210 |
-0.0705 |
-7.05 |
14.4914 |
-240 |
-0.0506 |
-5.06 |
15.4919 |
-270 |
-0.0368 |
-3.68 |
16.4317 |
2.Obliczenia:
gdzie wartość R wnosiła 10 k
3.Schemat wykonania ćwiczenia:
Oznaczenia symboli:
Z1, Z2 - zasilacze
MC1, MC2 - mierniki cyfrowe
4.Krótka teoria:
Zgodnie z teorią przewodnictwa elektronowego, elektrony walencyjne tworzące gaz elektronowy, w temperaturze zera bezwzględnego obsadzają wszystkie najniższe poziomy energetyczne, aż po poziom odpowiadający energii Fermiego. Przy podwyższaniu temperatury metalu część elektronów przewodnictwa znajduje się na wyższych poziomach energetycznych i niektóre z nich opuszczają metal, zużywając przy tym część energii na pokonanie pracy wyjścia. Im wyższa jest temperatura metalu, tym większymi energiami dysponują elektrony przewodnictwa i tym większa ilość może pokonać barierę potencjału i wydostać się na zewnątrz.
Zależność gęstości prądu termoemisji od temperatury ciała T emitującego elektrony przedstawia zależność otrzymana przez Richardsona:
gdzie:
stałą zależna od rodzaju materiału i stopnia czystości
ładunek elektronu
- potencjał wyjścia
stała Boltzmanna
Iloczyn oznacza pracę wyjścia.
W ćwiczeniu, do pomiaru rozkładu prędkości elektronów termoemisji zastosowano diodę. Elektrony opuszczające powierzchnię katody mają początkowe prędkości , dlatego też nawet przy zerowym napięciu anodowym mogą pokonać pole hamujące ładunku przestrzennego, zgromadzonego wokół katody i dojść do anody. Przykładając do anody napięcie ujemne spowodujemy, że dobiegną do niej tylko te elektrony, których energie są na tyle duże aby pokonać działanie hamującego pola elektrycznego. Warunek ten można zapisać następująco:
gdzie:
me- masa elektronu
V- prędkość elektronu
Ua- wartość napięcia przyłożonego do anody.
Natężenie prądu płynącego w obwodzie anodowym lampy jest równe gdzie NV jest liczbą elektronów docierających do anody w jednostce czasu, których prędkość spełnia warunek:
Zwiększając napięcie hamujące Ua powodujemy, że coraz mniejsza liczba elektronów NV pokonuje pole hamujące i dobiega do anody. Fakt ten sprawia, że wartość natężenia prądu anodowego ia maleje.
4.Opracowanie wyników pomiaru:
Opracowanie wyników pomiaru polegało na wykreśleniu charakterystyk:
Na podstawie otrzymanych charakterystyk wyznaczamy wartość napięcia Ua w celu wyznaczenia prędkości najbardziej prawdopodobnej elektronów. Wartość otrzymana z wykresu wynosi: 7,8, więc napięcie ma wartość 60,84mV.
Ze wzoru prędkośćnajbardziej prawdopodobna elektronów wynosi: .
Temperaturę katody wyznaczamy ze wzoru: . Wartość temperatury wynosi
Ponadto wyznaczono błąd względny maksymalny pomiaru wielkości V.
Ponieważ wartość prędkości zależy tylko od napięcia Ua (zmienna) stosując metodę różniczkową otrzymujemy:
Podstawiając wartości otrzymujemy: .