Rok akademicki 1998/99	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 65	Badanie rozkładu elektronów w zależności od prędkości.
Wydział : Elektronika Kierunek : Informatyka Grupa : 1.2	Jarosław Struś
Data wykonania 12.IV.1999 rok	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T. :
	S. :

1) CEL ĆWICZENIA .

W celu otrzymania rozkładu elektronów w zależności od ich prędkości, badaliśmy rozkład elektronów w lampie elektronowej, stosując metodę potencjału hamującego. Na anodę lampy próżniowej z żarzoną katodą podawaliśmy napięcie hamujące przeszkadzające dochodzeniu elektronów do anody. Do anody dochodziły zatem tylko te elektrony, których energia kinetyczna jest większa od pracy sił pola elektrycznego wywołującego hamowanie.

Obliczając rozkład, korzystam ze wzoru Maxwella - Boltzmanna,

gdzie:

U - wartość napięcia hamującego
I - wartość prądu anodowego, przy U_ak = 0

dzięki któremu dokonując odpowiednich przekształceń możemy obliczyć temperaturę katody.
Pomiarów dokonywaliśmy na układzie o schemacie jak poniżej. Wykonywaliśmy pomiary natężenia prądu anodowego w kierunku przewodzenia od 0 do 0.7 V, oraz w kierunku zaporowym do momentu zatkania lampy.

Pomiary wykonaliśmy dla jednego prądu żarzenia: Iż = 0,65A

2) SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

4) TABELE POMIAROWE

Kierunek przewodzenia:

Lp.	U	Ia	IaRa	U' = U - Ia Ra	lnIa
	[mV]	[μA]	[mV]	[mV]	dla Ia w μA
1	0	160	9,6	-9,6	5,1
2	50	205	12,3	37,7	5,3
3	100	245	14,7	85,3	5,5
4	150	290	17,4	132,6	5,7
5	200	330	19,8	180,2	5,8
6	250	380	22,8	227,2	5,9
7	300	425	25,5	274,5	6,1
8	350	475	28,5	321,5	6,2
9	400	530	31,8	368,2	6,3
10	450	575	34,5	415,5	6,4
11	500	630	37,8	462,2	6,45
12	550	680	40,8	509,2	6,5
13	600	735	44,1	555,9	6,6
14	650	-	-	-	-
15	700	-	-	-	-
Iż = const = 0,65 A

Kierunek zaporowy:

Lp.	U	Ia	IaRa	U' = U - Ia Ra	lnIa	Ua = U′+Δϕ
	[mV]	[μA]	[mV]	[mV]	dla Ia w μA	[mV]
1	0	160	9,6	-9,6	5,1	10,4
2	50	125	7,5	42,5	4,8	62,5
3	100	90	5,4	94,6	4,5	114,6
4	150	60	3,6	146,4	4,1	166,4
5	200	40	2,4	197,6	3,7	217,6
6	250	30	1,8	243,2	3,4	263,2
7	300	20	1,2	298,8	3	318,8
8	350	10	0,6	349,4	2,3	369,4
9	400	5	0,3	399,7	1,6	419,7
10	450	0	0	450	-	470
Iż = const. = 0,65 A

R_a = 60Ω.

Wiadomo także, że temperatura odpowiadająca stanowi, w jakiej znajduje się gaz elektronowy w lampie a zarazem temperatura katody wyraża się wzorem:

tg - kąt nachylenia prostej odpowiada współczynnikowi kierunkowemu prostej

ln I_a = f(U′) w kierunku zaporowym.

- z tego przekształcenia możemy obliczyć temperaturę katody, ale
najpierw musimy obliczyć wartość tgα, dokonam tego na podstawie założenia, że jest on równy współczynnikowi prostej lnI_a = f(U′), w kierunku zaporowym.

y = mx +b
U′₁ = 94.6

U′₂ = 399.7

ln₁ I_a = 4.5
ln₂ I_a = 1.6

=

T= 1220 [K]

Liczbę elektronów o określonej energii kinetycznej, które zawarte są w odpowiednich zakresach (przedziałach) obliczam korzystając z przybliżenia.

Zakresy obliczyć można ze wzoru: E_k = eU

1. przedział 0 < E_k < eU₁

2. przedział eU₁ < E_k < eU₂

3. przedział eU₂ < E_k < eU₃ itd.

np. obliczenia dla pierwszego zakresu.

czyli: 0 < E_k < 10,36 meV

Ze wzoru: można obliczyć prędkość elektronów.

m = 9,109⋅10^-31 [kg] - masa elektronu

Podobnie, jak liczbę elektronów, prędkość można obliczyć i umieścić w przedziałach.

1. przedział 0 < V <
   

1. przedział < V <
   

1. przedział < V <

itd.

Przykładowe obliczenia dla pierwszego zakresu prędkości:

U₁ = 10,4 [mV] = 10,4 ⋅ 10^-3 [V]

e = 1,602 ⋅ 10^-19 [C]

0 < V < 60,5 pierwszy zakres prędkości

Poniżej zamieszczam tabelaryczne zestawienie wyników obliczeń przedziałów liczb elektronów, energii kinetycznej i prędkości.

Lp.		EK	V
	-	[meV]
1	0,22	10,36	60,5
2	0,22	62,4	148,3
3	0,19	114,5	200,8
4	0,13	166,2	241,9
5	0,06	217,3	276,7
6	0,06	262,9	304,3
7	0,06	318,4	334,9
8	0,03	368,9	360,5
9	0,03	419,1	384,2
10	0,03	469,4	406,6

Wykresy do ćwiczenia:

Ćwiczenie 65, strona2

---