Rok akademicki 1997/98	LABORATORIUM FIZYCZNE
Ćwiczenie nr 63	PROCESY FIZYCZNE W LAMPACH ELEKTRONOWYCH
Wydział Mechaniczny IZK grupa K05 B	Wykonali: Robert Cincio, Marcin Majka
Data wykonania	OCENA		DATA	PODPIS
26.03.98	T
	S

1. Część teoretyczna i 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 wskutek 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 j_n przy danej temperaturze katody, a następnie obliczenia tangensa nachylenia tej prostej.

2. Schemat układu pomiarowego

Rys.1.

3. Wzory użyte przy obliczeniach

T - temperatura bezwzględna w K

W - praca wyjścia

K - stała Boltzmanna

β - stała emisyjności zależna od stanu powierzchni metalu i stopnia jego czystości

I_n - natężenie prądu nasycenia

S_k - powierzchnia katody - AZ-1= 1cm²

Moc wypromieniowana przez powierzchnię katody:

σ - stała = 5,67 * 10^-12 [W/cm²K⁴]

ε - emisyjność całkowita równa 0,5 dla katody lampy AZ-1

P_ż - tzw. moc właściwa katody, czyli moc żarzenia przypadająca na jednostkę powierzchni katody.

Temperatura katody:

Moc właściwa:

4. Wyniki pomiarów i obliczeń

Lp.	Ua=150 V
		Iż ±ΔIż [A]	Uż ±ΔUż [V]	In ±ΔIn [mA]
1	0,54±0,01	1,10±0,02	0,10±0,04
2	0,56±0,01	1,21±0,02	0,25±0,04
3	0,58±0,01	1,30±0,02	0,55±0,04
4	0,60±0,01	1,40±0,02	1,10±0,04
5	0,62±0,01	1,50±0,02	2,04±0,04
6	0,64±0,01	1,58±0,02	3,30±0,04
7	0,66±0,01	1,67±0,02	4,80±0,08
8	0,68±0,01	1,75±0,02	6,90±0,08
9	0,70±0,01	1,82±0,02	9,50±0,08
10	0,72±0,01	1,91±0,02	12,80±0,08
11	0,74±0,01	1,98±0,02	16,50±0,15

Klasa dokładności woltomierza użytego w ćwiczeniu (LM-1) wynosi 0,5. Zakres wynosił 3V.

Klasa dokładności miliamperomierza użytego w ćwiczeniu (LM-1) wynosi 0,5. Zakresy wynosiły 7,5;15 i 30 mA.

Błąd pomiaru multimetrem Metex M-3610 wynosi ±1,2% wartości mierzonej + 1 mA. Zakres wynosił 2 A.

Lp.	Pż±ΔPż	T	1/T	jn	lnjn
		[W]	[K]	[K^-1]		[mA/cm^2]
1	0,59±0,022	676,56	0,00148	0,10	-2,30
2	0,68±0,023	699,21	0,00143	0,25	-1,39
3	0,75±0,025	718,13	0,00139	0,55	-0,60
4	0,84±0,026	737,79	0,00136	1,10	0,10
5	0,93±0,027	756,80	0,00132	2,04	0,71
6	1,01±0,029	772,81	0,00129	3,30	1,19
7	1,10±0,030	789,64	0,00127	4,80	1,57
8	1,19±0,031	804,91	0,00124	6,90	1,93
9	1,27±0,032	818,76	0,00122	9,50	2,25
10	1,38±0,034	834,55	0,00120	12,80	2,55
11	1,47±0,035	847,88	0,00118	16,50	2,80

5. Wykresy

6. Zestawienie wyników pomiarów i wnioski

Obliczenie pracy wyjścia elektronu z metalu : W = k • tgα, k = 1,38 • 10^-23 [J/k]

Obliczenie pracy wyjścia elektronu z wolframu w oparciu o wykres zależności

ln j_n = f (1/T) i wzór na pracę :

W = 1.38 • 10^-23 • 2372,88 = 3,27 • 10^-20 [J/k]

Praca wyjścia elektronu z metalu wynosi 3,27 • 10^-20 [ J/k].

---