25, Studia, STUDIA PRACE ŚCIĄGI SKRYPTY

Fal Jacek 16.05.2006

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 25

Pomiar prędkości wejściowej elektronów metodą napięcia hamującego

1. Zagadnienia teoretyczne:

Pole elektromagnetyczne - pole fizyczne, za pośrednictwem którego następuje wzajemne oddziaływanie obiektów fizycznych o właściwościach elektrycznych i magnetycznych, np. naładowanych cząstek spoczywających lub będących w ruchu, dipoli magnetycznych itp.

Wokół przewodnika przez który płynie prąd elektryczny, istnieje pole magnetyczne. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej jest dowodem wywoływania pola elektrycznego przez zmienne pole magnetyczne. Pola te są zatem od siebie wzajemnie uzależnione. Do tego wniosku doszedł szkocki fizyk James Clerk Maxwell. Udowodnił on, że pole elektryczne istnieje zawsze tam, gdzie zmienia się pole magnetyczne. Wykazał też, że zmienne pole elektryczne powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Pola te przenikają się nawzajem tworząc tzw. pole elektromagnetyczne opisane równaniami Maxwella. Zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzące się w przestrzeni (z prędkością 300 000 km/s w próżni) tworząc falę elektromagnetyczną.

Ruch ładunku w polu elektrycznym

Na ładunek elektronu, znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E, działa siła
. Siła działająca na ładunek polu elektrycznym jest skierowana wzdłuż linii sił pola elektrycznego. W wyniku działania siły w polu elektrycznym ładunek doznaje przyśpieszenia. Pole elektryczne, przyśpieszając ładunek, wykonuje prace:
. Jest to praca dW wykonana przez siłę F podczas przemieszczenia ładunku wzdłuż skończonej drogi z punktu a do b praca sił pola
. Praca W, jaką wykonują siły pola elektrycznego podczas przemieszczania ładunku elektronu, zależy wyłącznie od wartości tego ładunku oraz jego początkowego końcowego położenia w tym polu. Zgodnie z powyższymi zależnościami możemy zapisać wzór
gdzie U - różnica potencjałów między punktami a i b. Zgodnie z tym wzorem praca wykonana przez siły pola elektrostatycznego jest równa iloczynowi tego ładunku i różnicy potencjałów w początkowym i końcowym punkcie drogi. Praca ta zmienia się na energię kinetyczną ładunków. Ładunek o wartości e po przebyciu różnicy potencjałów U nabywa prędkość

Emisja elektronów z metalu. Praca wyjścia.

Zjawisko emisji termoelektronowej polega na wysyłaniu elektronów przez nagrzane metale. Przestrzeń zajęta przez metal jest wypełniona siecią dodatnich jonów, między którymi znajdują się elektrony poruszające się swobodnie wewnątrz metalu, jak cząsteczki gazu o energii kinetycznej E_kin.

Liczba elektronów 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 w zależności od temperatury.

gdzie: j_T - natężenie prądu emitowanego z 1 cm² powierzchni

B - stała wlk. dla danego metalu

- praca wyjścia

K - stała Boltzmanna

2. Wykonanie ćwiczenia:

1. Podłączyć obwód według schematu:

0x01 graphic

2. Po sprawdzeniu przez prowadzącego poprawności połączeń zbadać przebieg zależności prądu anodowego.

3. Zbadać przebieg zależności I_a od U_a dla U_a nie przekraczających +6V (dodatnie napięcie anoda - katoda).

4. Sporządzić charakterystykę I_a=f(U_a) korzystając z pomiarów wykonanych w punktach 2 i 3.

5. Wykreślić zależność lnI_a do U_a dla całego przedziału zmian napięcia. Na tym wykresie nanieść linię 3 oraz asymptotę krzywej doświadczalnej I_nas dla badanej lampy przyjąć 160mA.

6. Temperaturę katody wyznaczamy z nachylenia krzywej 2.

7. Wartość napięcia kontaktowego U_k obliczamy z równania lub z wykresu jako wartość odciętej U_a punktu przecięcia prostej 2 z prostą odpowiadającą rzędnej I_a=I_nas.

8. Prędkość wyjściową najszybszych elektronów wyliczamy z równania. Potencjał hamujący jest równy odciętej punktu przecięcia krzywej 1 z osią U_a. Należy odróżnić napięcie hamujące U_h od tzw. napięcia blokującego U_b.

9. Błąd pomiaru prędkości elektronów liczymy metodą różniczkowania. Za błąd pomiaru
przyjmujemy dokładność odczytu z wykresu.