Rok akademicki 1997/98 |
Laboratorium z fizyki. |
|||
Nr ćwiczenia 63 |
Temat: Procesy fizyczne w lampach elektronowych. |
|||
Wydział Mechaniczny IZK 1 K05 B |
Dariusz Chudzik, Maciej Kuta |
|||
Data wykonania: |
Ocena: |
Data zaliczenia: |
Podpis: |
|
19.III.1998 r. |
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 jn przy danej temperaturze katody, a następnie obliczenia tangensa nachylenia tej prostej.
2. Schemat układu pomiarowego.
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
In - natężenie prądu nasycenia
Sk - powierzchnia katody równa 1cm2
Moc wypromieniowana przez powierzchnię katody:
σ - stała = 5,67 * 10-12 [W/cm2K4]
ξ - emisyjność całkowita równa o,5 dla katody lampy AZ-1
Pż - tzw. moc właściwa katody, czyli moc żarzenia przypadająca na jednostkę powierzchni katody.
ξ
=0,5
4. Wyniki pomiarów o obliczeń.
Lp. |
Ma=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 |
1,20±0,02 |
0,20±0,04 |
3 |
0,58±0,01 |
1,25±0,02 |
0,45±0,04 |
4 |
0,60±0,01 |
1,35±0,02 |
0,72±0,04 |
5 |
0,62±0,01 |
1,42±0,02 |
1,30±0,04 |
6 |
0,64±0,01 |
4,00±0,02 |
3,60±0,04 |
7 |
0,66±0,01 |
4,37±0,02 |
7,00±0,08 |
8 |
0,68±0,01 |
4,52±0,02 |
9,20±0,08 |
9 |
0,70±0,01 |
4,70±0,02 |
11,40±0,08 |
10 |
0,72±0,01 |
4,90±0,02 |
15,00±0,08 |
11 |
0,74±0,01 |
5,10±0,02 |
20,00±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.
Dla amperomierza z zasilacza ZT-980-3M błąd wynosi ± 0,5 działki, czyli ± 0,01 A.
Lp. |
Pż±ΔPż |
T |
1/T |
jn |
lnjn |
|
[W] |
[K] |
[K-1]*10-3 |
[mA/cm2] |
|
1 |
0,60±0,022 |
676 |
1,47929 |
0,10 |
-2,30 |
2 |
0,67±0,023 |
697 |
1,43472 |
0,20 |
-1,60 |
3 |
0,72±0,024 |
711 |
1,40647 |
0,45 |
-0,79 |
4 |
0,81±0,025 |
731 |
1,367989 |
0,72 |
-0,32 |
5 |
0,88±0,026 |
746 |
1,340483 |
1,30 |
0,26 |
6 |
2,56±0,055 |
974 |
1,026694 |
3,60 |
1,28 |
7 |
2,88±0,056 |
1003 |
0,997009 |
7,00 |
1,94 |
8 |
3,07±0,058 |
1020 |
0,980392 |
9,20 |
2,21 |
9 |
3,29±0,059 |
1037 |
0,96432 |
11,40 |
2,43 |
10 |
3,52±0,062 |
1055 |
0,947867 |
15,00 |
2,70 |
11 |
3,77±0,065 |
1073 |
0,931966 |
20,00 |
2,99 |
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 jn = f (1/T) i wzór na pracę :
?
W = 1.38 • 10-23 • 0,3789 = 1,38 • 10-23 • 37,89 • 10-2 = 52,288 • 10-24 [J/k]
Praca wyjścia elektronu z metalu wynosi 52,288 • 10-24 [ J/k] .
