Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia nr 320
Temat:	POMIAR PRACY WYJŚCIA TERMOELEKTRONÓW.
Imię i nazwisko:	Jacek Szulc
WE	Semestr: IV	Rok: II
Zespół: 12	Data wykonania: 1996.03.26	Ocena:	Podpis:

POMIAR PRACY WYJŚCIA TERMOELEKTRONÓW

Prąd nasycenia I_n odpowiada całkowitemu strumieniowi elektronów emitowanych z katody, jest więc iloczynem gęstości j_n prądu emisyjnego i czynnej powierzchni
katody:

I_n = j_n S

Przy pewnym określonym napięciu anodowym wysokość bariery potencjału staje się równa zeru; odpowiada to napięciu, przy którym wszystkie wyemitowane przez katodę elektrony dotrą do anody. Otrzymamy wtedy prąd nasycenia. Gęstość prądu nasycenia zależy od temperatury katody i wyraża się wzorem Richardsona:

gdzie:

B - stała

T - temperatura katody w kelwinach

A - praca wyjścia elektronu z katody

k- stała Boltzmana

Po uwzględnieniu prawa Richardsona otrzymamy:

W oparciu o prawo Richardsona można wyznaczyć pracę wyjścia elektronu. Zakładając, że znamy dwie wartości prądu nasycenia termoemisji I₁ i I₂ oraz odpowiadające tym prądom temperatury T₁ i T₂ możemy napisać:

skąd

Do pomiaru pracy wyjścia wykorzystuje się diodę lampową z katodą wolframową ponieważ charakterystyka prądowo-napięciowa tej lampy wykazuje wyraźne nasycenie prądu anodowego. Aby z wyrażenia wyznaczyć pracę wyjścia elektronu należy znać dwie wartości natężenia prądu nasycenia I₁ oraz I₂ przy tym samym napięciu anodowym oraz temperaturach żarzenia katody równych T₁ i T₂. W związku z tym należy sporządzić dwie charakterystyki prądowo-napięciowe lampy przy danych temperaturach żarzenia katody.

Jak widać z rysunku każdej temperaturze katody odpowiada inne natężenie prądu nasycenia. Im wyższa jest temperatura katody, tym większe jest natężenie prądu nasycenia. Z uzyskanych charakterystyk wyznacza się wartość prądu nasycenia odpowiadające różnym temperaturą katody, ale tej samej wartości napięcia anodowego (na rysunku wartości natężenia prądów odpowiadają odcinkom AB = I₁, AC = I₂). Temperaturę żarzenia katody można znaleźć wykorzystując zależność oporu katody od temperatury:

R_T = R₀ (1 + aΔT)

gdzie

R_T - opór w temperaturze T

R₀ - opór w temperaturze T₀

α - temperaturowy współczynnik oporu (dla wolframu α = 0,0046 K^-1)

skąd

przy czym T = T₀ + ΔT.

Opór R_T z dostateczną dokładnością można wyznaczyć z prawa Ohma:

gdzie I_z - prąd żarzenia

U_z - napięcie żarzenia

TABELKA

Numer pomiaru	Iz = 2,91 Uz = 1,8	[A] [V]	Iz = 2,77 Uz = 1,64	[A] [V]	Iz = 2,7 Uz = 1,56	[A] [V]	Iz = 2,84 Uz = 1,72	[A] [V]
	Ua [V]	Ia [mA]	Ua [V]	Ia [mA]	Ua [V]	Ia [mA]	Ua [V]	Ia [mA]
1	5	0,6	5	0,5	5	0,43	5	0,53
2	10	1,2	10	1,0	10	0,81	10	1,09
3	15	1,9	15	1,51	15	0,95	15	1,57
4	20	2,6	20	1,65	20	0,97	20	2,3
5	25	3,4	25	1,69	25	0,98	25	2,7
6	30	4,0	30	1,7	30	0,99	30	2,8
7	35	4,4	35	1,71	35	1,01	35	2,8
8	40	4,5	40	1,71	40	1,01	40	2,9
9	45	4,6	45	1,75	45	1,02	45	2,9
10	50	4,6	50	1,79	50	1,02	50	2,91

T₀ = 273,16 [K]

R₀ = 0,06 [Ω]

α = 0,0046 [K^-1]

Otrzymane wyniki końcowe

Numer pomiaru	In [mA]	RT [Ω]	T [K]	ΔR [Ω]	ΔT [K]
1	4,6	0,618	2294,89	0,013	47,10
2	1,79	0,592	2200,69	0,012	43,47
3	1,02	0,577	2146,34	0,012	43,47
4	2,91	0,600	2229,68	0,014	50,72

Pomiar	A [eV]	ΔA
A12	3,972	2,56
A13	3,920	1,789
A14	2,706	2,91
A23	3,863	3,69
A24	6,700	14,88
A54	13,078	3,186
A	6,84	5,80

a) Wartości prądu nasycenia I_n odczytane zostały dla wartości napięcia anodowego

U_a = 50 [V]

b) Obliczenia rezystancji katody w temperaturze T dla kolejnych prądów żarzenia zostały obliczone ze wzoru

1.

2.

3.
4.

Ze wzoru T = T₀ + ΔT gdzie , obliczamy kolejno temperaturę katody.

1.

2.

3.

4.

Obliczenia pracy wyjścia termoelektronu

dla każdej pary prądu nasycenia kolejno obliczamy

Analiza błędów

b) ΔT - błędy temperatury katody

Jedynie R_T jest obarczone błędem

1.

2.

3.

4.

c) Błąd pracy wyjścia

ΔA₁₂ = 2,56

ΔA₁₃ = 1,78

ΔA₁₄ = 2,91

ΔA₂₄ = 1,88

ΔA₃₄ = 3,69

ΔA₂₃ = 3,18

A = (6,84 ± 1,8) [eV]

WNIOSKI:

Powyższe doświadczenie pozwala przynajmniej w przybliżeniu oszacować wartość pracy wyjścia. Wartość liczbowa obarczona zbyt dużym błędem, aby pomiar traktować ilościowo. Pozwala natomiast na zaobserwowanie zależności pomiędzy prądem anodowym, napięciem anodowym i napięciem żarzenia.

---