1.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 w skutek 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.Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
Prąd anodowy był mierzony miliamperomierzem o klasie dokładności 0.5.
Prąd żarzenia katody był mierzony amperomierzem o klasie dokładności 0.5.
Napięcie żarzenia katody było mierzone woltomierzem o dokładności 1.2%.
4.Tabele pomiarowe.
UA=150V |
|||||
Iż [A] |
±ΔIż[A] |
Uż [V] |
±ΔUż[V] |
In [mA] |
±ΔIn[mA] |
0.53 |
0.006 |
1.04 |
0.015 |
0.1 |
0.0357 |
0.55 |
0.006 |
1.16 |
0.015 |
0.3 |
0.0357 |
0.57 |
0.006 |
1.26 |
0.015 |
0.55 |
0.0357 |
0.59 |
0.007 |
1.37 |
0.015 |
1.15 |
0.0357 |
0.61 |
0.007 |
1.45 |
0.015 |
2.1 |
0.0357 |
0.63 |
0.007 |
1.6 |
0.015 |
3.35 |
0.0357 |
0.65 |
0.007 |
1.7 |
0.015 |
5.25 |
0.15 |
0.67 |
0.008 |
1.75 |
0.015 |
5.85 |
0.15 |
0.69 |
0.008 |
1.84 |
0.015 |
13 |
0.15 |
0.71 |
0.008 |
1.94 |
0.015 |
20 |
0.15 |
PŻ |
±ΔPŻ |
T |
1/T |
±Δ1/T |
jn |
lnjn |
[W] |
[W] |
[K] |
[K-1] |
[K-1] |
[mA/cm2] |
|
0.5512 |
0.0187 |
664.03 |
.001506 |
7.5x10-5 |
0.1 |
-2.3 |
0.638 |
0.02 |
688.76 |
.001451 |
7.25x10-5 |
0.3 |
-1.2 |
0.7182 |
0.022 |
709.45 |
.001409 |
7.04x10-5 |
0.55 |
-0.6 |
0.8083 |
0.0246 |
730.73 |
.001368 |
6.84x10-5 |
1.15 |
0.14 |
0.8845 |
0.026 |
747.37 |
.001338 |
6.69x10-5 |
2.1 |
0.742 |
1.008 |
0.0284 |
772.19 |
.001295 |
6.47x10-5 |
3.35 |
1.21 |
1.105 |
0.03 |
790.14 |
.001265 |
6.32x10-5 |
5.25 |
1.66 |
1.1725 |
0.031 |
801.94 |
.001246 |
6.23x10-5 |
5.85 |
1.76 |
1.2696 |
0.033 |
818.05 |
.001222 |
6.11x10-5 |
13 |
2.56 |
1.3774 |
0.034 |
834.89 |
.001197 |
5.98x10-5 |
20 |
3 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonych.
Obliczenie mocy właściwej dokonujemy przy pomocy wzoru:
[W] SK=1cm2
obliczenia temperatury katody T dokonujemy ze wzoru:
gdzie:
σ - stała Stefana = 5,76 x 10-12
ε - stała = 0,5
Przykład obliczenia:
6. Rachunek błędów.
ΔIŻ =0.5 x 1/100 =0.005A
7. Zestawienie wyników pomiarów. Uwagi i wnioski.
Pracę wyjścia elektronu z metalu możemy obliczyć ze wzoru:
Wyznaczenie pracy wyjścia elektronu w naszym ćwiczeniu polega na wyznaczeniu kąta nachylenia prostej Richardsona który wynosi 0.4 . Po podstawieniu tej wartości do w/w wzoru oraz zamienieniu otrzymanej wartości na elektronowolty otrzymujemy pracę wyjścia elektronu z wolframu równą 3.445eV.