ĆWICZENIE N 49 ZJAWISKO EMOEMISJI ELEKONÓW I. Zestaw przyrządów 1. Zasilacz Z-980-1 d zasilania katdy lampy wlframwej 2. Zasilacz Z-980-4 d zasilania bwdu andweg lampy z katdą wlframwą 3. Zasilacz LIF-04-222-2 d żarzenia katdy lampy tlenkwej 4. Miliampermierz (miernik typ U 722A) d pmiaru natężenia prądu andweg 5. Wltmierz Metex M.-3800 d pmiaru napięcia żarzenia 6. Wltmierz Metex M.-3800 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
DIODA Z KAODĄ WOLFAMOWĄ III. Przebieg pmiarów 1. Płączyć bwód wg schematu przedstawineg na rys. 1. ma ma Zasilacz Z-980-1 + + _ V V _ Zasilacz Z-980-4 ys.1 2. Wyznaczenie temperatury katdy i pracy wyjścia elektrnów z metalu: a) za pmcą zasilacza Z-980-4 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-980-1 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-980-1 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-980-4 następując: w zakresie 0 10 V c 1 V w zakresie 10 100 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
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 ± 0,00003 1 [ K] β = 6,113 10-7 ± 3,1122 10-8 1 [ 2 K ] γ = -5,9197 10-11 ±8,3558 10-12 1 [ 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 = 1,38 10-23 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
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
DIODA Z KAODĄ LENKOWĄ III. Przebieg pmiarów 1. Płączyć bwód wg schematu przedstawineg na rys. 2 ma V ~Uż Zasilacz _ Ua + ys. 2 2. 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
b) wykrzystując metdę regresji liniwej wyznaczyć temperaturę katdy raz jej niepewnść ze wzru: = e k a gdzie: e = 1,6 10-19 C ładunek elementarny k = 1,38 10-23 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
/ [K] 250 0,80 300 1,03 350 1,26 400 1,50 450 1,74 500 1,98 550 2,22 600 2,47 650 2,72 700 2,97 750 3,22 800 3,48 850 3,74 900 4,00 950 4,27 1000 4,54 1050 4,81 1100 5,08 1150 5,35 1200 5,63 1250 5,91 1300 6,19 1350 6,48 1400 6,76 1450 7,05 1500 7,34 1550 7,63 1600 7,92 1650 8,22 1700 8,52 1750 8,82 1800 9,12 1850 9,42 1900 9,73 1950 10,03 2000 10,34 2050 10,65 2100 10,96 2150 11,27 2200 11,58 2250 11,90 2300 12,22 2350 12,53 2400 12,85 2450 13,17 2500 13,49 2550 13,82 2600 14,14 2650 14,46 2700 14,79 2750 15,11 2800 15,44 2850 15,77 2900 16,10 2950 16,43 3000 16,76 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 = 6,113 10 7 ± 3,1122 10 8 [1/Κ 2 ] γ = 5,9197 10 11 ± 8,3558 10 12 [1/Κ 3 ] Τ ο = 293 [Κ] 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 [K] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 7
8