ZJAWISKO TERMOEMISJI ELEKTRONÓW

Transkrypt

1 ĆWICZENIE N 49 ZJAWISKO EMOEMISJI ELEKONÓW I. Zestaw przyrządów 1. Zasilacz Z d zasilania katdy lampy wlframwej 2. Zasilacz Z d zasilania bwdu andweg lampy z katdą wlframwą 3. Zasilacz LIF d żarzenia katdy lampy tlenkwej 4. Miliampermierz (miernik typ U 722A) d pmiaru natężenia prądu andweg 5. Wltmierz Metex M d pmiaru napięcia żarzenia 6. Wltmierz Metex M d pmiaru napięcia andweg 7. Miliampermierz LM-3 d pmiaru natężenia prądu żarzenia 8. Lampa z katdą tlenkwą 6H6 9. Lampa z katdą wlframwą 5C3S II. Cel ćwiczenia 1. Dida wlframwa: a) wyznaczenie temperatury katdy b) wyznaczenie pracy wyjścia elektrnów z metalu c) pmiar charakterystyki prądw-napięciwej I a = f (U a ) d) sprawdzenie prawa Langmuira 2. Dida tlenkwa: a) pmiar charakterystyki prądw-napięciwej I a = f (U a ) b) sprawdzenie prawa Langmuira c) wyznaczenie temperatury katdy d) wyznaczenie napięcia kntaktweg 1

2 DIODA Z KAODĄ WOLFAMOWĄ III. Przebieg pmiarów 1. Płączyć bwód wg schematu przedstawineg na rys. 1. ma ma Zasilacz Z _ V V _ Zasilacz Z ys.1 2. Wyznaczenie temperatury katdy i pracy wyjścia elektrnów z metalu: a) za pmcą zasilacza Z ustawić napięcie andwe U a = cnst z zakresu d 80V d 100V, w którym występuje prąd nasycenia I a = I s ; b) wyznaczyć zależnść I a = f () prądu andweg I a d temperatury katdy, czyli d różnych mcy grzania katdy; w tym celu za pmcą zasilacza Z zmniejszać napięcie żarzenia U ż d 2,1V d 0,7V c 0,1V i zantwać wartści prądu I a raz wartści U ż i I ż. 3. Badania charakterystyki prądw-napięciwej Ia = f (U a ): a) ustalić kreślną mc żarzenia katdy; w tym celu przy pmcy zasilacza Z ustalić stałe napięcie żarzenia U ż katdy z przedziału 1,1 2,1 V (np. 1,9 V); zantwać wartść U ż i dpwiadającą mu wartść natężenia prądu żarzenia I ż UWAGA! U ż max = 2,4 V i nie wln przekraczać tej wartści b) zdjąć charakterystykę andwą lampy I a = f(u a ) przy U ż = cnst; napięcie andwe U a zmieniać za pmcą zasilacza Z następując: w zakresie 0 10 V c 1 V w zakresie V c 10 V c) sprawdzić, w jakim zakresie wartści U a prąd andwy I a siąga nasycenie ( I a = I s dla U a = Us ) 2

3 IV. Opracwanie wyników pmiarów 1. Wyznaczyć temperaturę pracy katdy (tabela 1) W parciu wyniki pmiarów natężenia prądu andweg I a d temperatury katdy, a więc d mcy grzania katdy M ż = U ż I ż znaleźć wartść względneg pru katdy U = ż dla zmierznych wartści U I ż i I ż przyjmując wartść = 0,340 ± 0,005 Ω. Z załączneg d instrukcji wykresu ż = f) ( lub na pdstawie równania 2 = 1+ α( ) + β( ) + γ( ) 3 gdzie: α = 0,00460 ± 0, [ K] β = 6, ± 3, [ 2 K ] γ = -5, ±8, [ 3 K ] = 293 [K] kreślić temperatury katdy dpwiadające danym wartścim U ż i I ż 2. Wyznaczyć pracę wyjścia elektrnów z metalu (tabela 1) a) wykrzystując zmierzne wartści I a = I s dpwiadające temperaturm I 1 1 kreślnym pwyżej, sprządzić wykres ln( ) ( ) a 2 = f = a + b b) wyznaczyć pracę wyjścia φ k elektrnów z katdy i jej niepewnść wykrzystując zależnść φ k = a k gdzie: k = 1, J/K - stała Bltzmanna a - współczynnik kierunkwy prstej ln( ) ( ) a 1 2 f I = ; wartść pracy wyjścia pdać w [J] i [ev] 3. Wykreślić charakterystykę andwą lampy I a = f(u a ); zaznaczyć na niej bszary pracy didy: bszar prądów granicznych ładunkiem przestrzennym (II) i bszar prądu nasycenia (III); zaznaczyć napięcie U a = U s, przy którym zaczyna się prąd nasycenia I a = I s (tabela 2) 4. Sprawdzić praw Langmuira I a = cu a n ; w tym celu sprządzić wykres ln I a = f (ln U a ) dla II bszaru prądów; kreślając współczynnik kierunkwy prstej trzymamy wartść współczynnika ptęgweg n (tabela 2) 3

4 V. abele pmiarwe abela 1. U a = U a = I a I a U ż U ż I ż I ż [A] [A] [V] [V] [A] [A] [Ω] [Ω] [K] [K] 1 1 [ K ] [ K] 1 1 ln I 2 ln I φ K a2 a a a φ k φ K φ K [K] [K] [J] [J] [%] abela 2. U ż U ż I ż I ż U a Ua I a I a ln U a ln U a ln I a ln I a n n [V] [V] [A] [A] [V] [V] [A] [A] 4

5 DIODA Z KAODĄ LENKOWĄ III. Przebieg pmiarów 1. Płączyć bwód wg schematu przedstawineg na rys. 2 ma V ~Uż Zasilacz _ Ua + ys Zdjąć charakterystykę andwą didy I a = f(u a ) przy nminalnym napięciu żarzenia U ż = 6,3 V; pmiary przeprwadzić w zakresie napięć andwych ujemnych (U a < 0), ddatnich (U a > 0) raz dla U a = 0; dla ujemnych napięć andwych pmiary prwadzić w zakresie 1 0 V c 0,1 V, a w zakresie ddatnich napięć w zakresie 0 3 V c 0,2 V. UWAGA!!! W zakresie ddatnich napięć andwych nie wln przekraczać dpuszczalnej wartści natężenia prądu andweg I a max = 30 ma. IV. Opracwanie wyników pmiarów 1. Wykreślić charakterystykę prądw-napięciwą didy I a = f(u a ) ; na wykresie zaznaczyć bszary pracy didy: bszar prądu pczątkweg (I), bszar prądów granicznych ładunkiem przestrzennym (II) i bszar prądu nasycenia (III). 2. Sprządzić wykres ln I a = f (ln U a ) dla II bszaru prądów w celu sprawdzenia prawa Langmuira; wykrzystując metdę regresji liniwej wyznaczyć wykładnik ptęgwy n w prawie Langmuira I a = c U n a. 3. Wyznaczyć temperaturę katdy a) na pdstawie wyników pmiarów U a i I a dla I bszaru prądów sprządzić wykres ln I a = f (U a ) = au a + b 5

6 b) wykrzystując metdę regresji liniwej wyznaczyć temperaturę katdy raz jej niepewnść ze wzru: = e k a gdzie: e = 1, C ładunek elementarny k = 1, J/K - stałą Bltzmanna a współczynnik kierunkwy prstej ln I a = f(u a ) 4. Wyznaczyć napięcie kntaktwe U K i jeg niepewnść ze wzru U k Ia K = e ln ( 0) I s wykrzystując pmiar tzw. prądu zerweg I a (0), tzn. prądu, który płynie przez didę, jeśli napięcie andwe U a = 0. Przyjąć prąd nasycenia I s = 200 ma, jest temperaturą katdy wyznaczną w pprzednim punkcie. V. abela pmiarwa U ż = DU ż = U a U a I a I a lnu a lnu a lni a lni a n n a a [V] [V] [A] [A] 1 V 1 [ V] U U K U K U [K] [K] [%] [V] [V] [%] K K 6

7 / [K] 250 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,76 18,00 17,50 17,00 16,50 16,00 15,50 15,00 14,50 14,00 13,50 13,00 12,50 12,00 11,50 11,00 10,50 10,00 9,50 9,00 8,50 8,00 7,50 7,00 6,50 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 / Zależnść względnej prnści katdy wlframwej d temperatury / = 1 + α(-) + β(-) 2 + γ(-) 3 α = 0,0046 ± 0,00003 [1/Κ] β = 6, ± 3, [1/Κ 2 ] γ = 5, ± 8, [1/Κ 3 ] Τ ο = 293 [Κ] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 [K]

8 8