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 j_n 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

I_n - natężenie prądu nasycenia

S_k - 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

5. 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 • 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] .

---