Rok Akademicki 1994/95 |
LABORATORIUM FIZYCZNE |
|||
Nr Ćwiczenia 65 |
Temat: Badanie rozkładu elektronów w zależności od |
|||
Wydział: Mechaniczny Kierunek: I.Z.K. Grupa: 6.2.2 |
Artur Grynkiewicz |
|||
Data
|
Ocena |
Data zaliczenia ćwiczenia |
Podpis |
|
1995.05.04 |
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
W celu otrzymania rozkładu elektronów w zależności od ich prędkości, badaliśmy rozkład elektronów w lampie elektronowej, stosując metodę potencjału hamującego. Na anodę lampy próżniowej z żarzoną katodą podawaliśmy napięcie hamujące przeszkadzające dochodzeniu elektronów do anody. Do anody dochodziły zatem tylko te elektrony, których energia kinetyczna jest większa od pracy sił pola elektrycznego wywołującego hamowanie.
Obliczając rozkład, korzystam ze wzoru Maxwella - Boltzmanna,
gdzie:
U - wartość napięcia hamującego
I - wartość prądu anodowego, przy Uak = 0
dzięki któremu dokonując odpowiednich przekształceń możemy obliczyć temperaturę katody.
Pomiarów dokonywaliśmy na układzie o schemacie jak poniżej. Wykonywaliśmy pomiary natężenia prądu anodowego w kierunku przewodzenia od 0 do 0.7 V, oraz w kierunku zaporowym do momentu zatkania lampy.
Pomiary wykonaliśmy dla jednego prądu żarzenia: Iż = 0,65A
SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO
Błędy pomiarowe przyrządów:
- amperomierz (mierzący prąd żarzenia)
Iż : kl. 0,5% zakres 1A
DIż = 5mA
- amperomierz (mierzący prąd anodowy)
Ia: kl. 0,5 % zakres 750mA Ra = 60W
DIa = 3,75mA
- miliwoltomierz
U: kl. 0,5% zakres 750mV
DU = 3,75mV
- Δln Ia małych wartości nie można nanieść na wykres.
TABELE POMIAROWE
Kierunek przewodzenia:
Lp. |
U |
Ia |
IaRa |
U' = U - Ia Ra |
lnIa |
|
[mV] |
[μA] |
[mV] |
[mV] |
dla Ia w μA |
1 |
0 |
160 |
9,6 |
-9,6 |
5,1 |
2 |
50 |
205 |
12,3 |
37,7 |
5,3 |
3 |
100 |
245 |
14,7 |
85,3 |
5,5 |
4 |
150 |
290 |
17,4 |
132,6 |
5,7 |
5 |
200 |
330 |
19,8 |
180,2 |
5,8 |
6 |
250 |
380 |
22,8 |
227,2 |
5,9 |
7 |
300 |
425 |
25,5 |
274,5 |
6,1 |
8 |
350 |
475 |
28,5 |
321,5 |
6,2 |
9 |
400 |
530 |
31,8 |
368,2 |
6,3 |
10 |
450 |
575 |
34,5 |
415,5 |
6,4 |
11 |
500 |
630 |
37,8 |
462,2 |
6,45 |
12 |
550 |
680 |
40,8 |
509,2 |
6,5 |
13 |
600 |
735 |
44,1 |
555,9 |
6,6 |
14 |
650 |
- |
- |
- |
- |
15 |
700 |
- |
- |
- |
- |
Iż = const = 0,65 A |
Ra - rezystancja wewnętrzna, dla naszego amperomierza = 60Ω.
Pomiary końcowe (pomiary 14, 15) są nie brane pod uwagę, gdyż przekraczały zakres naszego amperomierza.
Kierunek zaporowy:
Lp. |
U |
Ia |
IaRa |
U' = U - Ia Ra |
lnIa |
Ua = U′+Δϕ |
|
[mV] |
[μA] |
[mV] |
[mV] |
dla Ia w μA |
[mV] |
1 |
0 |
160 |
9,6 |
-9,6 |
5,1 |
10,4 |
2 |
50 |
125 |
7,5 |
42,5 |
4,8 |
62,5 |
3 |
100 |
90 |
5,4 |
94,6 |
4,5 |
114,6 |
4 |
150 |
60 |
3,6 |
146,4 |
4,1 |
166,4 |
5 |
200 |
40 |
2,4 |
197,6 |
3,7 |
217,6 |
6 |
250 |
30 |
1,8 |
243,2 |
3,4 |
263,2 |
7 |
300 |
20 |
1,2 |
298,8 |
3 |
318,8 |
8 |
350 |
10 |
0,6 |
349,4 |
2,3 |
369,4 |
9 |
400 |
5 |
0,3 |
399,7 |
1,6 |
419,7 |
10 |
450 |
0 |
0 |
450 |
- |
470 |
Iż = const. = 0,65 A |
Ra = 60Ω.
Wiadomo także, że temperatura odpowiadająca stanowi, w jakiej znajduje się gaz elektronowy w lampie a zarazem temperatura katody wyraża się wzorem:
tga - kąt nachylenia prostej odpowiada współczynnikowi kierunkowemu prostej
ln Ia = f(U′) w kierunku zaporowym.
- z tego przekształcenia możemy obliczyć temperaturę katody, ale
najpierw musimy obliczyć wartość tgα, dokonam tego na podstawie założenia, że jest on równy współczynnikowi prostej lnIa = f(U′), w kierunku zaporowym.
y = mx +b
U′1 = 94.6
U′2 = 399.7
ln1 Ia = 4.5
ln2 Ia = 1.6
=
T= 1220 [K]
Liczbę elektronów o określonej energii kinetycznej, które zawarte są w odpowiednich zakresach (przedziałach) obliczam korzystając z przybliżenia.
Zakresy obliczyć można ze wzoru: Ek = eU
1. przedział 0 < Ek < eU1
2. przedział eU1 < Ek < eU2
3. przedział eU2 < Ek < eU3 itd.
np. obliczenia dla pierwszego zakresu.
czyli: 0 < Ek < 10,36 meV
Ze wzoru: można obliczyć prędkość elektronów.
m = 9,109⋅10-31 [kg] - masa elektronu
Podobnie, jak liczbę elektronów, prędkość można obliczyć i umieścić w przedziałach.
przedział 0 < V <
przedział < V <
przedział < V <
itd.
Przykładowe obliczenia dla pierwszego zakresu prędkości:
U1 = 10,4 [mV] = 10,4 ⋅ 10-3 [V]
e = 1,602 ⋅ 10-19 [C]
0 < V < 60,5 pierwszy zakres prędkości
Poniżej zamieszczam tabelaryczne zestawienie wyników obliczeń przedziałów liczb elektronów, energii kinetycznej i prędkości.
Lp. |
|
EK |
V |
|
- |
[meV] |
|
1 |
0,22 |
10,36 |
60,5 |
2 |
0,22 |
62,4 |
148,3 |
3 |
0,19 |
114,5 |
200,8 |
4 |
0,13 |
166,2 |
241,9 |
5 |
0,06 |
217,3 |
276,7 |
6 |
0,06 |
262,9 |
304,3 |
7 |
0,06 |
318,4 |
334,9 |
8 |
0,03 |
368,9 |
360,5 |
9 |
0,03 |
419,1 |
384,2 |
10 |
0,03 |
469,4 |
406,6 |
Wykresy do ćwiczenia:
Wyszukiwarka