065A~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka


Rok akademicki

1998/99

LABORATORIUM FIZYCZNE

Nr ćwiczenia 65

Badanie rozkładu elektronów w zależności od ich prędkości .

Wydział : elektronika

Kierunek : Informatyka

Grupa : 1.2

Jarosław Struś

Data 14. V. 1999

Ocena

Podpis

T

S

1. ZASADA POMIARU.

W doświadczeniu w celu otrzymania rozkładu elektronów w zależności od ich prędkości, bada się rozkład elektronów w lampie elektronowej stosując metodę potencjału hamującego. Na anodę lampy próżniowej z żarzoną katodą podaje się napięcie hamujące, przeszkadzające dochodzeniu elektronów do anody. Dochodzą do niej tylko te elektrony, których energia kinetyczna jest większa od pracy sił pola elektrycznego wywołującego hamowanie. Mierząc prąd anodowy przy różnych napięciach hamowania, można bezpośrednio śledzić rozkład ilości termoelektronów w zależności od ich energii. Rozkład ten jest zgodny z rozkładem Maxwella - Boltzmana:

0x01 graphic

dN - liczba elektronów ze składowymi prędkości zawartymi

w przedziale prędkości v÷v+dv

N - koncentracja swobodnych elektronów, które opuściły metal

m - masa elektronu

h - stała Plancka

kB - stała Boltzmana

T -temperatura bezwzględna

EF - energia Fermiego

Zależność prądu anodowego od napięcia hamującego:

0x01 graphic

U - napięcie hamujące

Ia0 - natężenie prądu anodowego w przypadku, kiedy różnica potencjałów między anodą i katodą wynosi zero

Wykres zależności lnIa lub ln Ia/Ia0 od wartości napięcia anodowego powinien być linią prostą daną równaniem:

0x01 graphic
lub 0x01 graphic

Liniowa zależność lnIa lub ln Ia/Ia0 od wartości napięcia hamującego potwierdza założenia o Maxwellowskim rozkładzie prędkości elektronów termoemisji. Znając współczynnik nachylenia prostej: 0x01 graphic
można obliczyć temperaturę gazu elektronowego w lampie
równą temperaturze katody.

Znając wartość napięcia hamującego U można łatwo określić prędkość elektronów korzystając z zależności:

0x01 graphic

m - masa elektronu

v - prędkość elektronu

e - ładunek elementarny

2. SCHEMAT POMIAROWY.

0x01 graphic

3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYNCZYCH POMIARÓW.

a) miliwoltomierz: klasa 0,5 zakres 750 mV

b) mikroamperomierz: klasa 0,5 zakres 750 μA opór wew. Ra = 60 Ω

c) amperomierz: klasa 0,5 zakres 1 A

4. TABELE POMIAROWE.

Lp.

Iz

Ia

U

IaRa

U'=U-IaRa

Ua=U'+Δϕ

ln Ia

ln Ia/Io

[A]

[ μA]

[mV]

[mV]

[mV]

[mV]

1

0,66

750

550

45,0

505,0

x

6,62

1,27

2

0,66

700

500

42,0

458,0

x

6,55

1,20

3

0,66

650

450

39,0

411,0

x

6,48

1,13

4

0,66

600

400

36,0

364,0

x

6,40

1,05

5

0,66

540

350

32,4

317,6

x

6,29

0,94

6

0,66

490

300

29,4

270,6

x

6,19

0,85

7

0,66

440

250

26,4

223,6

x

6,09

0,74

8

0,66

390

200

23,4

176,6

x

5,97

0,62

9

0,66

350

150

21,0

129,0

x

5,86

0,51

10

0,66

300

100

18,0

82,0

x

5,70

0,36

11

0,66

260

50

15,6

34,4

x

5,56

0,21

Δn/no

Ek

V

12

0,66

210

0

12,6

-12,6

x

5,35

0

[meV]

[km/s]

13

0,66

220

0

13,2

-13,2

-38,6

5,39

0

0,05

39

116

14

0,66

170

-50

10,2

-60,2

-85,6

5,14

-0,26

0,23

86

173

15

0,66

130

-100

7,8

-107,8

-133,2

4,87

-0,53

0,18

133

216

16

0,66

100

-150

6,0

-156,0

-181,4

4,61

-0,79

0,14

181

252

17

0,66

70

-200

4,2

-204,2

-229,6

4,25

-1,15

0,14

230

284

18

0,66

50

-250

3,0

-253,0

-278,4

3,91

-1,48

0,09

278

313

19

0,66

30

-300

1,8

-301,8

-327,2

3,40

-1,99

0,09

327

339

20

0,66

20

-350

1,2

-351,2

-376,6

3,00

-2,40

0,05

377

364

21

0,66

10

-400

0,6

-400,6

-426,0

2,30

-3,09

0,05

426

387

22

0,66

0

-450

0,0

-450,0

-475,4

0,05

475

409

5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA.

Zakres mikroamperomierza (750 μA) nie pozwolił nam na prowadzenie dalszych obliczeń.

Obliczanie wartości napięcia na mikroamperomierzu

- dla kierunku przewodzenia lp. 7

JaRa = 440 · 10-6 · 60 = 26,4 mV

- dla kierunku zaporowego lp. 18

JaRa = 50· 10-6 · 60 = 3,0 mV

Obliczanie napięcia na diodzie

- dla kierunku przewodzenia lp. 7

U' = U - JaRa = 250 - 26,4 = 223,6 mV

- dla kierunku zaporowego lp. 18

U' = U - JaRa = -250 - 3,0 = -253,0 mV

Obliczanie kontaktowej różnicy potencjałów Δϕ.

Posłużyliśmy się równaniami prostych aproksymujących z wykresu ln Ia/Io = f (U'),

które w miejscu przecięcia się wyznaczyły nam dokładną wartość x, czyli nasze szukane Δϕ.

y = 0,0024x + 0,152

y = 0,0077x + 0,2865

Δϕ = -25,4

Obliczanie rzeczywistego napięcia na diodzie (uwzględniając Δϕ):

- dla kierunku zaporowego lp. 18

Ua = U' +  = -253,0 + (-25,4) = - 278,4 mV

Obliczenie temperatury katody.

Do obliczeń potrzeba nam jest wartość tgα, którą obliczymy z wykresu ln Ia/Io = f (U').

Wykorzystujemy równanie prostej aproksymującej dla kierunku zaporowego, która pozwala nam w łatwy sposób obliczyć tgα

y = 0,0077x + 0,2865

Podstawiamy za x dowolną wartość, otrzymujemy y (uwzględniamy jednostkę)

tgα = y/x *1000 = 10,6

Ze wzoru 0x01 graphic
obliczamy temperaturę katody, dla kierunku zaporowego, wynosi ona: 1,6*10-19/(1,3*10-23*10,6)= 1161 K.

Obliczanie względnej liczby atomów.

Wyniki podane w tabeli.

0x01 graphic

Obliczanie energii kinetycznej lp. 18

Ek = e · Ua = 278,4 meV

Obliczanie prędkości elektronów lp. 18

0x01 graphic

6. RACHUNEK BŁĘDÓW.

pomiar 18:

Iż= 0,66 A ΔIż= klasa*zakres/100= 0,5*1A/100= 0,005 A

Ia= 50 μA ΔIa= 0,5*750μA/100= 3,75 μA

U= -250 mV ΔU= 0,5*750mV/100= 3,75 mV

0x01 graphic

ΔIaRa= 3 mV*(3,75/250)= 0,045 mV

ΔU' = ΔU + Δ IaRa= 4 mV

7. UWAGI I WNIOSKI.

Błędy wynikające z zastosowanych przyrządów podane są w punkcie 6. Trudno jest określić błąd powstały przy wyznaczaniu różnicy potencjałów Δϕ. Przypuszczalnie jest bardzo mały ponieważ został wyliczony przy pomocy dokładnych danych (równania prostych aproksymujących) podanych przez komputer. Charakterystyka diody, jak i wykres funkcji rozkładu Maxwella-Boltzmana wg. energii zasadniczo pokrywają się z danymi zamieszczonymi w literaturze. Wyniki temperatury katody możemy uważać za poprawne zgadzają się z wynikami zamieszczonymi w literaturze.

Ćwiczenie 65, strona 1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
065S~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
051C~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
062C~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
063A~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
071B~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
051A~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
072I~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
063O~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
ĆW-68-~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
051B~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
021F~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
072B~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka
062E~1, 1 STUDIA - Informatyka Politechnika Koszalińska, Labki, fizyka1, fiza, fizyka

więcej podobnych podstron