1EF-DI (1 rok, Informatyka)

Maciej Grzesiuk C02 L04

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 25

Pomiar prędkości wyjściowej elektronów metodą napięcia hamującego

ĆWICZENIE NR 25

Temat: Pomiar prędkości wyjściowej elektronów metodą napięcia hamującego

I Wymagania

-Ruch ładunku w polu elektrycznym.

-emisja elektronów z metalu, praca wyjścia.

-Lampy elektronowe.

II Opis Teoretyczny

Zjawisko termoemisji elektronowej polega na emisji elektronoów z metali pod wpływem temperatury. Elektron może opóścić metal kiedy jego energia kinetyczna jest co najmniej równa pracy wyjścia elektronu z metalu. Przy dużej liczbie stopni Kelvina możemy zauważyć zdecydowany wzrost ilości elektronów jakie opóściły metal. Możemy tutaj zastosować prawo Richardsona. Zjawisko termoemisji najczęściej ma zastosowanie w lampach elektronowych. Dioda jest najprostszym typem lampy elektronowej. Składa się z dwu elektrod: anody i katody, umieszczonych w próżni, w bańce szklanej. Na katodzie zachodzi zjawisko termoemisji elektronów.Katody mogą być zarzone bezpośrednio i pośrednio. Gdy rozrzażoną katodę połączymy w z ujemnym żródłem a anodę z dodatnim żródłem prądu wtedy następuje przepływ prądu. Wykazano duża zależnośc między a . Temperatura oraz materiał z jakiego zbudowana jest katoda też wpływa na natężenie katody. Zależność natężenia anodowego od napięcia anodowego przedstawia poniższy wykres :

Na wykresie charakterystki

diody wyróżniamy trzy

tzw.zakresy : zakres prądu

poczatkowego, zakres ładunku

przestrzennego oraz zakres

prądu nasycenia. W

pierwszyn zakresie

napięcie jest bliskie 0

natomiast w drugim

zakresie wzrasta napięcie

anodowe co powoduje

wzrost natężenia

anodowego. Prąd

nasycenia jest otrzymywany wtedy gdy wszystkie elektrony emitowane przez katodę

dobiegają do anody. Gdy umuje wzór Bogusławskiego -Languira , znany

także pod nazwą prawa "trzech drugich.

Gdy natężenie prądu określone jest całkowitym wzorem termoemisi katody . Gdy wtedy otrzymujemy wzór

.

Na pracę lampy wpływa także inny czynnik tzw. Napięcie kontaktowe pomiędzy materiałem anody i katody.Napięciem kontaktowym nazywamy różnicę między potencjałem anody i katody.Przejście elektronu z katody do anody związane jest z przejściem przez dwa kondensatory. Ciekawym przypadkiem jest przypadek tzw. prądu zerowego czyli prądu który płynie kiedy napięcie anodowe jest bliskie zeru. Wtedy wzór ma posać:

Zależność ln od przedstawia wykres :

Dla odicnku powyżej punktu A następuje odstępstwo od zależności liniowej dlatego że obowiązuje tam równanie Bogusławsiego-Langumuira.

Jeśli potencjał anody będziemy obniżać to wtedy odpowiednio przy pewnym potencjale ujemnym nastąpi zablokowanie lampy i prąd przestanie płynąć. Praca wykonana przez pole elektryczneo o napięciu hamująym jest co najmniej równa energi kinetycznej elektronu. Mozna także wyznaczyć prędkość wyjściową elektronów rowną :

II. Metodologia wykonania pomiarów

1. Połączyć obwód według schematu.

2. Zaczynając od zmierzyć zależność prądu anodowego od (ujemne napięcie anoda - katoda).

3. Zmierzyć zależność od dla dodatnich nie przekraczających (dodatnie napięcie anoda - katoda).

4. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli.Tabela pomiarów

				v ± u(v)	T
[ mA ]	[ V ]	[ V ]	[ V ]	[m/s ]	[ K ]

III. Obliczenia

1. W ykreślić zależność od dla całego przedziału zmian napięcia. Na tym wykresie nanieść linię 3 ( ) oraz asymptotę krzywej doświadczalnej (zgodnie z rysunkiem). dla badanej lampy przyjąć 160 mA. (Uwaga: Napięcie U_b na tym wykresie odpowiada punktowi pomiarowemu, dla którego ).

2. Temperaturę katody wyznaczamy z nachylenia krzywej 2 (rys. 2). Zgodnie z równaniem (2) mamy:

skąd

3. Wartość napięcia kontaktowego wyznaczamy z wykresu jako wartość odciętej punktu przecięcia prostej 2 z prostą odpowiadającą rzędnej .

4. Prędkość wyjściową najszybszych elektronów wyliczamy z równania (3). Potencjał hamujący znajdujemy z równania , gdzie jest napięciem blokującym.

5. Niepewność prędkości elektronów obliczamy jako niepewność złożoną. Za niepewność pomiaru przyjmujemy dokładność odczytu z wykresu.