December 03 2016 15:39:42
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Экспериментальное исследование распределения термоэлектронов по энергиям
Термодинамика и статистическая физика

Экспериментальное исследование
распределения термоэлектронов по энергиям

Цель работы заключается в экспериментальном определении функции распределения термоэлектронов по энергиям вблизи анода электронной лампы (на примере пентода 6П9).

В теоретическом введении к работе рассмотреть следующие вопросы:

  1. Распределение скоростей молекул газа.

  2. Закон распределения скоростей Максвелла:

img165.              (1)

  1. Распределение молекул по значениям кинетической энергии их поступательного движения (ε):

img166.              (2)

  1. Экспериментальная проверка закона распределения Максвелла (опыты Штерна и Ламберта).

Описание установки

Распределение термоэлектронов по энергиям исследуют на установке, электрическая схема которой представлена на рис. 1.

img167

Рис. 1

В качестве электронной лампы здесь используется пентод (1) с тремя сетками между катодом K и анодом А. Катод подогревается переменным током от трансформатора (Тр) с выходным напряжением 6.3 В. Питание сеток лампы, а также цепи регулировки задерживающего потенциала (R2, R3) осуществляется от внешнего стабилизированного источника постоянного тока (И.П.).

Сопротивление R1 служит для регулировки анодного тока лампы в отсутствие задерживающего потенциала Uз. Сопротивления R2 и R3 («Грубо», «Точно») позволяют изменять задерживающий потенциал U3 с необходимой степенью точности. Сопротивление R4 = 20.0 Ом служит для измерения анодного тока лампы.

Для изучения распределения термоэлектронов по энергиям используют метод задерживающего потенциала. Электроны, вылетевшие из катода, образуют облако, в котором они распределены по энергиям в соответствии с функцией распределения Максвелла:

img168.          (3)

Некоторая часть электронов вытягивается из прикатодной области напряжением UС на первую сетку лампы и затем ускоряется до энергии:

y = eUy,                       (4)

где Uy – напряжение между катодом и второй сеткой.

При этом энергия всех электронов увеличивается на одинаковую величину eу, много большую чем начальная энергия термоэлектронов.

Распределение ускоренных электронов по энергиям анализируют методом задерживающего потенциала, для чего между второй сеткой и анодом лампы подают регулируемое напряжение Uз и измеряют Ia.

На анод попадают только те электроны, энергия которых больше, чем работа электростатического поля по перемещению электронов от второй сетки к аноду, равная еUз.

В соответствии с этим анодный ток при фиксированном ускоряющем напряжении изменяется в зависимости от величины задерживающего напряжения. Зависимость Ia = f(Uз), будет иметь вид, представленный на рис. 2 (кривая 1). Дифференцируя эту зависимость по Uз, получим распределение электронов по энергиям (пунктирная кривая 2 на рис. 2).

Распределение термоэлектронов по проекциям скорости J на направление ускоряющей силы, действующей в электрическом поле на термоэлектроны, записывают в следующем виде:

img169,              (5)

где:    CV — нормировочная постоянная;

m — масса электрона;

k — постоянная Больцмана;

T — температура термоэлектронов в прикатодном облаке;

img170 — скорость, приобретенная электроном после прохождения разности потенциалов Uy;

e — заряд электрона.

img171

Рис. 2

Для термоэлектронов, движущихся к аноду, J > 0, поэтому в (5) можно перейти от скорости J к энергии электрона img172:

img173,              (6)

где C — нормировочная постоянная.

Используя соотношения = eUз и y = eUy, получим следующее выражение, описывающее кривую 2 на рис. 2:

img174.           (7)

Положение максимума данной кривой определяют по формуле:

Uз max = Uy,                    (8)

а её ширину:

img175.                   (9)

Задание и порядок выполнения работы

  1. Изучить схему экспериментальной установки.

  2. Подсоединить источник питания приборного модуля к экспериментальному модулю через соответствующие разъёмы.

  3. Включить блок питания и лабораторный модуль. Установить напряжение источника питания UИП = Uy (создающего ускоряющее поле для термоэлектронов) в пределах 6 – 8 В.

  4. С помощью сопротивлений R1 и R2 установить задерживающий потенциал Uз = 0.

  5. Регулятором UC установить ток анода не более 1.5 мА. При этом показания милливольтметра должны лежать в пределах U = (25 – 30) мВ. После прогрева лампы снять вольтамперную характеристику с шагом 0.5 В. Для этого, изменяя Uз через 0.5 В, в каждой точке измерить анодный ток. На падающем участке характеристики менять Uз с шагом 0.1 В.

  6. Измерения повторить для трех различных значений Uy.

Результаты измерений занести в таблицу:

№ п/п 1 2
Uз (B)


U4* (мВ)


Ia (мА)


dI/dV


Обработка результатов измерений

  1. Рассчитать значение анодного тока:

img176.                       (10)

  1. Построить графики зависимостей:

Iа = Iа(Uз, Uy);                     (11)

и

img177,                       (12)

для трех значений ускоряющего напряжения Uy.

  1. Используя графики функций (12), проверить выполнение соотношений (8) и (9).

Рекомендуемая литература

  1. Савельев И.В. Курс общей физики, М.: Наука, 1977, Том I, §§ 48, 99.

  2. Сивухин Д.В. Общий курс физики, М.: Наука, 1975, Том II, §§ 71, 72.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.06 секунд 4,191,152 уникальных посетителей