4. Описание лабораторной установки

На кафедре физики УГТУ-УПИ работа выполняется на лабораторной установке, к которой с помощью специализированного интерфейса подключен РС, который используется в качестве средства измерения и контроля (рис. 9). В частности, компьютер регистрирует значения задерживающего потенциала на сетке и анодный ток в лампе.

Выполнение лабораторной работы делится на две части.

Информационно-тестовая часть. Здесь в форме диалога с персональным компьютером (РС) обсуждаются основные положения, связанные с распределением Максвелла: моделируются некоторые реальные эксперименты, позволяющие наглядно представить распределение молекул по скоростям при различных температурах газа и т.д. По сути дела эта часть является скорее обучающей, нежели контролирующей программой. В ходе выполнения этой части студентам предлагается ответить на несколько тестовых вопросов.

Результаты ответов анализируются и оцениваются по 5-балльной шкале.

Рис. 9. Блок-схема измерительной установки

1. Экспериментальная часть.

В работе измеряется зависимость силы I анодного тока в электронной лампе от величины задерживающего напряжения между катодом и сеткой. Задерживающее напряжение можно плавно менять в пределах от 0 до 1,5 В. Соответствующие значения анодного тока измеряются микроамперметром, при этом числовые значения напряжения и тока фиксируются компьютером и выносятся на экран монитора в виде таблицы и в виде графика (рис. 10). В ходе эксперимента можно измерить до 100 точек, особенно плотно следует наносить экспериментальные точки вблизи точки перегиба графика, что существенно повысит точность измерения.

Таким образом, РС выполняет следующие функции: a) средств измерений: вольтметра и микроамперметра, их показания отображаются на экране монитора (измеряется задерживающее напряжение U₃ , сила I анодного тока); б) «лабораторного журнала»: результаты измерений компьютер последовательно заносит во временную таблицу, отображаемую на экране (видны не более 12 последних измерений); в) графопостроителя: РС оперативно выносит на экран точки исследуемой зависимости в координатах I = f (U₃ )).

Точки в таблицу и на график заносятся нажатием клавиши Enter.

Рис. 10. Вид экрана монитора во время выполнения измерений

5. Порядок проведения измерений

В компьютерном варианте данной лабораторной работы практически полностью моделируются характеристики электронного газа и условия проведения эксперимента. От экспериментатора не требуется знаний РС, достаточно элементарных навыков пользователя, при этом работать следует только с клавиатурой. Работу нужно проводить в такой последовательности.

1. “Открыть” работу, наведя курсор на Лаб10.

2. Пройти тестовый контроль. Общение с компьютером организовано в виде диалога. В ходе работы внимательно следите за информацией на экране, не торопитесь! Если результат плачевный, то повторите ответы на тесты еще раз.

3. Снять экспериментальную зависимость анодного тока от задерживающего напряжения на сетке. Напряжение на сетке меняется с помощью клавиатуры. Измерить силу I анодного тока, нажав клавишу «Enter» на клавиатуре. При этом выбранное значение U₃ и соответствующее ему значение анодного тока I автоматически заносятся в таблицу на экране дисплея. Измеренные значения I и U₃ также отображаются на координатной плоскости I - U₃ в виде немигающих точек, фиксировать числовые значения следует с помощью клавиши «Enter». Менять напряжение на сетке с помощью стрелок на клавиатуре. Закончить измерения, нажав на клавиатуре клавишу «К». Полученные в ходе работы экспериментальные данные обрабатываются РС и выдаются на экран монитора в виде таблицы.

4. Из приведенной таблицы найти задерживающий потенциал U_зад., соответствующий точке перегиба графика, т.е. наибольшему значению I’(правая колонка цифр).

5. Используя эти данные, по формулам (6) и (7) рассчитываются наиболее вероятная радиальная скорость электронов V_B и температура Т электронного газа. Полученные значения вводятся в машину. При несовпадении введенных в компьютер экспериментальных данных с результатами расчетов РС необходимо повторить вычисления. Числовые значения наиболее вероятной скорости и температуры электронного газа записываются в единицах измерения СИ. Записать в отчет полученные значения измеряемых величин и результаты компьютерных вычислений.

6. Затем компьютер выдает таблицу значений экспериментальной функции распределения и теоретической функций Максвелла, строит графики. Записать в отчет таблицу значений экспериментальной функции распределения и теоретической функций и построить графики.

7. Оформить отчет о работе, сделать выводы и сдать отчет на проверку преподавателю.

ПРИЛОЖЕНИЕ