63 Lampy Elektronowe, DOSW63M, 1994 / 95


1998/99

LABORATORIUM Z FIZYKI

Ćwiczenie nr 63

Procesy fizyczne w lampach elektronowych

ELEKTRONIKA
gr. E01

Sylwia Abrusewicz

Wykonane dnia:

Data

Ocena

Podpis

18.04.1999

T

S

Zasada pomiaru:

Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności natężenia prądu emisji termoelektrycznej od temperatury katody i wyznaczenie pracy wyjścia elektronu z metalu metodą prostych Richardsona.

Gęstość prądu nasycenia jn - wielkość wyrażająca prąd termoelektryczny z jednostki powierzchni katody - wzrasta ze wzrostem jej temperatury. Wartość jn wyraża wzór Richardsona - Duchmana:

0x01 graphic

jn - gęstość prądu nasycenia; T - temperatura; Ww - praca wyjścia; k - stała Boltzmana

W interesujących nas zakresach temperatur, decydujący wpływ na wartość prądu nasycenia ma wykładnik potęgowy. Logarytmując wzór zamieszczony wyżej otrzymujemy:

0x01 graphic

Wykresem tej zależności w układzie współrzędnych (lnjn, 1/T) jest prosta Richardsona:

0x01 graphic

Wyrażenie 0x01 graphic
jest współczynnikiem kierunkowym prostej. Z wykresu i w oparciu o wzór na ln jn można więc wyznaczyć pracę wyjścia Ww:

Ww = k tg

Temperaturę katody można wyznaczyć w oparciu o prawo Stefana - Boltzmana. Moc wypromieniowywana przez jednostkę powierzchni katody o temperaturze T (i jednocześnie moc żarzenia na jednostkę powierzchni katody - zużywana przez katodę na promieniowanie) wynosi:

0x01 graphic

= 5,67*10-12 W/cm2K4

ε = 0,5 (emisyjność całkowita lampy)

Stąd temperatura wynosi: 0x01 graphic

Układ pomiarowy: (1) IN; (2) UŻ; (3) IŻ

0x08 graphic

Ocena dokładności pojedynczych pomiarów:

amperomierz (Iż) - miernik uniwersalny METEX:

- zakres: 2 A

- sposób obliczania błędów pomiarowych:

0,8% wartości wskazywanej + wartość ostatniej cyfry

miliamperomierz (In):

- klasa dokładności: 0,5

- zakresy: 7,5 mA; 15 mA; 30 mA

woltomierz (Uż):

- klasa dokładności: 0,5

- zakres: 7,5

Tabele wyników:

  1. tabela pomiarowa:

Lp.

Ua = 150 [V]

IŻ + ΔIŻ

UŻ + ΔUŻ

IN + ΔIN

[A]

[V]

[mA]

1.

0,54 ± 0,01

1,20 ± 0,04

0,15 ± 0,04

2.

0,56 ± 0,01

1,30 ± 0,04

0,35 ± 0,04

3.

0,58 ± 0,01

1,35 ± 0,04

0,70 ± 0,04

4.

0,60 ± 0,01

1,45 ± 0,04

1,20 ± 0,04

5.

0,62 ± 0,01

1,55 ± 0,04

2,20 ± 0,04

6.

0,64 ± 0,01

1,65 ± 0,04

3,60 ± 0,04

7.

0,66 ±0,01

1,70 ± 0,04

5,40 ± 0,04

8.

0,68 ± 0,01

1,85 ± 0,04

8,50 ± 0,08

9.

0,70 ± 0,01

1,95 ± 0,04

11,75 ± 0,08

10.

0,72 ± 0,01

2,05 ± 0,04

18,50 ± 0,15

11.

0,74 ± 0,01

2,15 ± 0,04

26,50 ± 0,15

b) tabela wyników obliczeń:

Lp.

PŻ ± ΔPŻ

T

T-1 ± ΔT-1

jN

ln jN

[W]

[K]

[K-1]

[mA/cm2]

1.

0,648 ± 0,034

692

0,002 ± 0,111

0,15

- 1,898

.

0,728 ± 0,041

712

0,002 ± 0,100

0,35

- 1,050

3.

0,783 ± 0,037

725

0,002 ± 0,117

0,70

- 0,357

4.

0,870 ± 0,039

745

0,002 ± 0,120

1,20

0,183

5.

0,961 ± 0,041

764

0,002 ± 0,123

2,20

0,789

6.

1,056 ± 0,043

782

0,002 ± 0,126

3,60

1,281

7.

1,122 ± 0,044

794

0,002 ± 0,129

5,40

1,687

8.

1,258 ± 0,046

817

0,002 ± 0,134

8,50

2,141

9.

1,365 ± 0,048

833

0,002 ± 0,137

11,75

2,464

10.

1,476 ± 0,050

850

0,002 ± 0,139

18,50

2,918

11.

1,591 ± 0,052

866

0,002 ± 0,142

26,50

3,278

Wartość tgα została wyznaczona na podstawie zależności:

0x01 graphic

0x01 graphic

stąd: 0x01 graphic

Praca wyjścia wynosi więc: 0x01 graphic

Pamiętając, że: 0x01 graphic
mamy: Wśr 1,3 eV

Przykładowe obliczenia: (pomiar 6)

Iż = 0,64 A

Iż= [(0,8%*0,64)+0,001] A = 0,006 A 0,01 A

Iż = (0,64 0,01) A

Uż : (zakres: 7,5 V)

Uż = 1,65 V

Uż: (klasa przyrządu: 0,5)

Uż= [(0,5*7,5)/100] V = 0,0375 V 0,04 V

Uż = (1,65 0,04 ) V

In: (zakres: 7,5 mA)

In = 3,60 mA

In: (klasa przyrządu: 0,5)

In= [(0,5*7,5)/100] mA = 0,038 mA 0,04 mA

In = (3,60 0,04 ) mA

0x01 graphic

Sk=1 cm2

Pz= 1,65*0,64/1 = 1,056 W

0x01 graphic
= (0,04/1,65+0,01/0,64) * 1,056 = 0,0421 0,043

Pż= (1,056 0,043) W

0x01 graphic
782 K

1/T = 0,001278 /K → 0,002 /K

0x01 graphic
=[(0,25*0,041)*782] K = 8,0155; /T → 0,12575 → 0,126 /K

1/T = (0,002 0,126) /K

0x01 graphic
= (3,60/1) mA/cm2 = 3,60 mA/cm2

lnjn= 1,28093 → 1,281

lnjn=(In/In)*lnjn= 0,04/3,60 * 1,281 = 0,015 mA/cm2

lnjn=(1,281 0,015) mA/cm2

Δ tg α 5523 K

ΔW 0,24 eV

Dyskusja błędów:

Błędy zastosowanych przyrządów pomiarowych podane są w punkcie o dokładności pojedyńczych pomiarów oraz w punkcie, gdzie pokazane były przykładowe obliczenia. Błędy wielkości złożonych zostały obliczone metodą różniczki logarytmicznej, gdyż wszystkie one są wielkościami iloczynowymi:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
( i - stałe) 0x01 graphic

0x01 graphic
(Sk - stała) 0x01 graphic

Zestawienie wyników pomiarów:

Wszystkie wyniki pomiarów jak i obliczeń zawiera punkt tabele pomiarowe.

Wnioski i uwagi:

Przeprowadzane doświadczenie miało na celu wyznaczenie pracy wyjścia elektronów metodą prostych Richardsona dla wolframu.

Wartość średnia pracy wyjścia elektronu z katody badanej lampy, obliczona na podstawie dołączonego do sprawozdania wykresu, wyniosła ok. 1,3 eV. Przy czym niedokładność (błąd) pomiaru tej wielkości wahała się w granicach ±0,24.

Praca wyjścia elektronu z katody badanej lampy wynosi:

Ww = 1,21 1,77 eV

0x01 graphic



Wyszukiwarka