fiztomi21, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 21-Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu metodą prostej Richardsona


I. Cel ćwiczenia.

Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu metodą prostej Richardsona.

II.Podstawy fizyczne.

Termoemisją nazywamy zjwisko wychodzenia elektronów z rozgrzanej powieszchni danego ciała do otaczającej przestrzeni. Zjawisko to jest jednym z kilku zjawisk emisji elektronów pod wpływem dostarczonej energii. W zależności od sposobu doprowadzenia tej energii rozróżnia się następujące rodzaje emisji:

-termoelektronowa: zachodzi w wyniku nagrzania danego ciała do odpowiednio wysokiej temperatury;

-fotoelektronowa: występuje wskutek pochłaniania przez substancję energii promieniowania elektromagnetycznego;

-wtórna: zachodzi wskutek bombardowania ciała elektronami lub jonami;

-polowa: zachodzi pod działaniem bardzo silnego pola elektrycznego.

III.Opis ćwiczenia.

a) Metoda wyznaczania temperatury katody.

Temperaturę katody można wyznaczyć opierając się na wzorze Richardsona-Dushmana na gęstość całkowitego prądu emisji:

0x01 graphic
(1)

gdzie A nosi nazwę stałej Richardsona i dla niektórych materiałów równa się 1200x01 graphic
.

Elektrony aby znaleźć się poza objętością metalu muszą pokonać barierę potencjału. Można to przedstawić w postaci następującej zależności:

0x01 graphic
(2)

gdzie 0x01 graphic
-wysokość bariery potencjału w odległości x od powieszchni emitującej (katody)

0x01 graphic
-potencjał wyjścia

0x01 graphic
-hamująca różnica potencjałów

Podstawiając do wzoru (1) 0x01 graphic
otrzymamy gęstość prądu w odległości x od powieszchni emitującej z uwzględnieniem hamującego pola elektrycznego:

0x01 graphic
(3)

Wielkość 0x01 graphic
nosi nazwę potencjału elektrokinetycznego. Z doświadczenia wynika, że zależność (3) jest słuszna dla 0x01 graphic
.

Korzystając ze wzoru (3) można wyznaczyć temperaturę powieszchni emitującej. W tym celu należy wyznaczyć zależność prądu od hamującej różnicy potencjałów między powieszchnią emitującą (katodą) a określonym punktem oddalonym o x=a od tej powieszchni, w którym w naszym przypadku znajduje się anoda.

Podstawiając we wzorze (3) zamiast 0x01 graphic
wartości natężenie prądu anodowego 0x01 graphic
oraz 0x01 graphic
, 0x01 graphic
otrzymamy:

0x01 graphic
(4)

a po zlogarytmowaniu równanie prostej typu y=ax+b:

0x01 graphic
(5)

gdzie 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic
i z której nachylenia 0x01 graphic
można wyznaczyć temperaturę T:

0x01 graphic
(6)

b) Metoda wyznaczania pracy wyjścia.

Wyznaczając z kolei natężenie prądu termoemisji 0x01 graphic
z parametru b prostej dla różnych wartości temperatury T (różnych napięć żarzenia) można korzystając ze wzoru (1) wyznaczyć pracę wyjścia 0x01 graphic
:

0x01 graphic
(7a)

0x01 graphic
(7b)

Dzieląc stronami oba równania a potem logarytmując obie strony otrzymamy wyrażenie na pracę wyjścia

0x01 graphic
(8)

gdzie 0x01 graphic
- wartości prądu 0x01 graphic
dla 0x01 graphic
, dla różnych napięć żarzenia.

4.Wykonanie ćwiczenia.

0x08 graphic

Rys. 1

Po zestawieniu układu pomiarowego jak na rys. 1 zmierzona została charakterystyka 0x01 graphic
0x01 graphic
dla napięć żarzenia 4V i 6V. Pomiary były wykonane poczynając od 0x01 graphic
aż do napięcia przy którym jeszcze nie trzeba zmieniać najczulszego (najniższego) zakresu mierzonego prądu 0x01 graphic
na mikroamperomierzu.

Otrzymane wyniki dla obu serii pomiarwych przedstawiają tabele na następnej stronie:

Uż=4V

Uż=6V

Lp.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Lp.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

A

V

0x01 graphic

A

V

1.

1

0,2

0,405

1.

1

0,2

0,851

2.

5

1

0,264

2.

5

1

0,682

3.

10

2

0,198

3.

10

2

0,61

4.

13

2,6

0,178

4.

15

3

0,566

5.

15

3

0,164

5.

20

4

0,541

6.

20

4

0,137

6.

25

5

0,518

7.

23

4,6

0,129

7.

30

6

0,5

8.

25

5

0,12

8.

35

7

0,483

9.

30

6

0,101

9.

40

8

0,469

10.

32

6,4

0,1

10.

45

9

0,457

11.

35

7

0,088

11.

50

10

0,45

12.

40

8

0,08

12.

55

11

0,44

13.

43

8,6

0,074

13.

60

12

0,431

14.

45

9

0,07

14.

65

13

0,418

15.

50

10

0,06

15.

70

14

0,413

16.

55

11

0,052

16.

75

15

0,409

17.

58

11,6

0,046

17.

80

16

0,403

18.

60

12

0,042

18.

85

17

0,394

19.

62

12,4

0,04

19.

90

18

0,388

20.

65

13

0,035

20.

95

19

0,384

21.

68

13,6

0,037

21.

100

20

0,378

22.

70

14

0,029

22.

105

21

0,372

23.

72

14,4

0,028

23.

110

22

0,367

24.

75

15

0,024

24.

115

23

0,363

25.

78

15,6

0,021

25.

120

24

0,359

26.

80

16

0,019

26.

125

25

0,356

27.

85

17

0,013

27.

130

26

0,353

28.

86

17,2

0,012

28.

135

27

0,345

29.

90

18

0,01

29.

140

28

0,342

30.

95

19

0,004

30.

145

29

0,339

31.

150

30

0,335

Następnie korzystając ze wzoru (5) gdzie 0x01 graphic
, 0x01 graphic
, 0x01 graphic
z metody sumy najmniejszych kwadratów wyznaczam współczynnik 0x01 graphic
a następnie temperaturę T:

0x01 graphic

Wykresy zależności 0x01 graphic
oraz wyznaczenie współczynnika a dla poszczególnych napięć żarzenia zostały wykonane w programie komputerowym NKWADRAT w pracowni.

Uż=4V

Uż=6V

0x01 graphic
0x01 graphic

Współczynniki a dla odpowiednio Uż=4V i Uż=6V wyszły:

0x01 graphic
-11,38±0.08

0x01 graphic
-9,80±0.06

dla współczynnika t-Studenta t=2,0452

Mając 0x01 graphic
,0x01 graphic
mogę obliczyć wartości temperatur 0x01 graphic
,0x01 graphic
katody.

0x01 graphic

0x01 graphic

Błędy wartości 0x01 graphic
,0x01 graphic
liczę metodą różniczki zupełnej:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Mając wartości temperatur katody można wyliczyć za pomocą wzoru (8) pracę wyjścia W elektronów.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
J

0x01 graphic
J

0x01 graphic

5.Wnioski.

Temperatury katody otrzymane przez mój zespół są obarczone niewielkim błędem względnym wynikającym z dużej dokładności pomiarów napięcia (woltomierz cyfrowy) od prądu oraz dokładnością wykonania ćwiczenia.

Metoda wyznaczania pracy wyjścia elektronów okazała się dużą niedokładnością wyników. Spowodowane jest to zmianą temperatury katody pociąga za sobą zmianę wartości A (patrz wzór (7a) i (7b) która została przyjęta za stałą przy wyprowadzeniu wzoru na pracę W (patrz wzór (8)). Wartość ta powoduje dużą wartość błędu względnego wynoszącego w naszym przypadku 14% co jest jednak błędem mieszczącym się w normie.

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Lab 21, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 21-Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu met
fiz21, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 21-Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu meto
21 Wyznaczanie pracy wyjścia elektronów z metalu metodą prostej Richardsona
fiztomi10, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 10-Rezonans w obwodzie szeregowym RLC. Elektromag
34, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 34-Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetyków i
fks lab1, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 26-Wyznaczanie dyspersji optycznej pryzmatu metodą
LabFiz05, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 26-Wyznaczanie dyspersji optycznej pryzmatu metodą
Lab 24, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 24-Wyznaczanie długości fali światła za pomocą siatk
Cw28, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 38-Badanie przewodnictwa cieplnego i temperaturowego m
FIZAAA12, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 12-Procesy relaksacyjne w obwodach elektrycznych
Lab 12E, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 12-Procesy relaksacyjne w obwodach elektrycznych
CW 79, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 24-Wyznaczanie długości fali światła za pomocą siatki
Lab 34, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 34-Wyznaczanie podatności magnetycznej paramagnetykó
fizy2 sprawozdanie15 wersja2, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 24-Wyznaczanie długości fali ś
POPRAWA, MIBM WIP PW, fizyka 2, laborki fiza(2), 24-Wyznaczanie długości fali światła za pomocą siat

więcej podobnych podstron