1.Zasada pomiaru.
Emisja elektronów z powierzchni metali ogrzanych do odpowiedniej temperatury nosi nazwę termoemisji. Decydujące znaczenie ma w tym zjawisku wartość liczbowa tzw. pracy wyjścia elektronu z metali. Określamy ją jako minimum energii, którą musi posiadać elektron w celu pokonania bariery potencjału wywołanej napięciem kontaktowym. Im mniejsza wartość pracy wyjścia z danego materiału, w tym niższej temperaturze będzie zachodzić termoemisja. W niniejszym ćwiczeniu wyznaczamy pracę wyjścia elektronu, wykorzystując zjawiska występujące w lampie elektronowej - diodzie.
Żarzona katoda emituje elektrony, które w skutek przyłożonego napięcia między katodą i anodą ( o odpowiedniej polaryzacji ) są przez tę ostatnią wychwytywane. Przez lampę płynie więc prąd, którego gęstość nasycenia możemy obliczyć ze wzoru Richardsona - Dushmana. Logarytmując wzór Richardsona - Dushmana i dokonując pewnych uproszczeń oraz wykreślając uzyskaną zależność otrzymujemy prostą tzw. prostą Richardsona. Wyznaczenie pracy wyjścia elektronu w naszym ćwiczeniu będzie więc polegało na otrzymaniu prostej Richardsona z uzyskanych wartości pomiarowych jn przy danej temperaturze katody, a następnie obliczenia tangensa nachylenia tej prostej.
2.Schemat układu pomiarowego.
3.Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
Amperomierz mierzący Iż = ΔIż = 1.2%x(zakres) + 1mA = 1.2%* 2A + 1mA = 25[mA]
Amperomierz mierzący IA = klasa = 0.5% zakres = 7.5mA [ pomiary od 1 do 9 ]
zakres = 15mA [pomiary 10 i 11]
ΔIA =
ΔIA1 =
ΔIA2 =
Woltomierz mierzący Uż = klasa = 0.5% zakres 3V
ΔUż =
ΔUż =
4.Tabele pomiarowe.
UA=150V |
|||||
Iż [A] |
±ΔIż[mA] |
Uż [V] |
±ΔUż[V] |
IA [mA] |
±ΔIA[mA] |
0.57 |
25 |
1.25 |
0.015 |
0.1 |
37.5 |
0.59 |
25 |
1.35 |
0.015 |
0.2 |
37.5 |
0.61 |
25 |
1.45 |
0.015 |
0.35 |
37.5 |
0.63 |
25 |
1.5 |
0.015 |
0.6 |
37.5 |
0.65 |
25 |
1.6 |
0.015 |
1 |
37.5 |
0.67 |
25 |
1.7 |
0.015 |
1.6 |
37.5 |
0.69 |
25 |
1.8 |
0.015 |
2.6 |
37.5 |
0.71 |
25 |
1.85 |
0.015 |
3.9 |
37.5 |
0.73 |
25 |
1.95 |
0.015 |
5.9 |
37.5 |
0.75 |
25 |
2.1 |
0.015 |
9.4 |
75 |
0.77 |
25 |
2.2 |
0.015 |
14 |
75 |
PŻ |
±ΔPŻ |
T |
1/T |
jn |
lnjn |
Δjn |
Δlnjn |
[W/cm2] |
[W/cm2] |
[K] |
[K-1] |
[mA/cm2] |
- |
μA/cm2 |
- |
0.71 |
0.04 |
707.4 |
1.41* 10-3 |
0.1 |
4.6 |
37.5 |
0.4 |
0.8 |
0.04 |
728.8 |
1.37*10-3 |
0.2 |
5.3 |
37.5 |
0.2 |
0.88 |
0.05 |
747.4 |
1.34*10-3 |
0.3 |
5.7 |
37.5 |
0.1 |
0.95 |
0.05 |
760.8 |
1.31*10-3 |
0.6 |
6.4 |
37.5 |
0.04 |
1.04 |
0.05 |
778.3 |
1.28*10-3 |
1 |
6.9 |
37.5 |
0.02 |
1.14 |
0.05 |
796.3 |
1.26*10-3 |
1.6 |
7.4 |
37.5 |
0.01 |
1.24 |
0.06 |
813.2 |
1.23*10-3 |
2.6 |
7.9 |
37.5 |
0.01 |
1.31 |
0.06 |
824.5 |
1.21*10-3 |
3.9 |
8.3 |
37.5 |
0.01 |
1.42 |
0.06 |
841.3 |
1.19*10-3 |
5.4 |
8.9 |
37.5 |
0.01 |
1.58 |
0.06 |
864 |
1.16*10-3 |
9.4 |
9.1 |
75 |
0.01 |
1.69 |
0.07 |
878.7 |
1.14*10-3 |
14 |
9.5 |
75 |
0.01 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonych.
Obliczenie mocy właściwej dokonujemy przy pomocy wzoru:
SK=1cm2
obliczenia temperatury katody T dokonujemy ze wzoru:
gdzie:
σ - stała Stefana = 5,67* 10-12
ε - stała = 0,5
Przykład obliczenia:
6. Rachunek błędów.
lnPż =
7. Zestawienie wyników pomiarów. Uwagi i wnioski.
Pracę wyjścia elektronu z metalu możemy obliczyć ze wzoru:
Wyznaczenie pracy wyjścia elektronu w naszym ćwiczeniu polega na wyznaczeniu
tangensa kąta nachylenia prostej Richardsona. Po podstawieniu tej wartości do w/w wzoru oraz zamienieniu otrzymanej wartości na elektronowolty otrzymujemy pracę wyjścia elektronu z wolframu.