Описание лабораторной установки

Электрическая схема рабочей установки представлена на рис.17.7. Питание установки осуществляется от источника питания, непоказанного на рисунке. Исследуется катод с прямым накалом. На нить накала подают напряжение U_н. Его можно изменять при помощи потенциометра R₀

Измерение падения напряжения на катоде (между точками ab схемы) необходимо производить при помощи вольтметра с большим входным сопротивлением (В7-21А).

Потенциометры R₁,R₂,R₃ позволяют регулировать напряжение на аноде до 15, 60 и 150 В соответственно.

Рис. 17.7. Электрическая схема установки.

Шунты R_ш1 и R_ш2 расширяют пределы измерения анодного тока до 1 и 2,5mA соответственно. Для вычисления работы выхода необходимо снять зависимость тока насыщения лампы от температуры на катоде. Далее из формулы Ричардсона – Дэшмана путем логарифмирования получим:

(17.6)

Величина с повышением температуры меняется слабо и поэтому может считаться постоянной. Т.е.,

.

Рис. 17.8. График зависимости lnI_нас от 1/T.

Построив график зависимости , найдем как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, т.е.

.

Обратите внимание, что при построении графика величина анодного тока может быть представлена в любых единицах.

Полученное значение работы выхода следует выразить в электрон-вольтах.

Температуру катода определяют следующим образом. Т.к. сопротивление нити накала есть функция температуры, то берут значение сопротивления ее при комнатной температуре и при температурах накала, для которых снималась зависимость тока насыщения лампы от температуры на катоде . Исключая R₀ из обоих уравнений, получим

. (17.7)

Здесь: R₀ – сопротивление нити накала при 0⁰ С; – температурный коэффициент сопротивления металла (для вольфрама ), t_k – комнатная температура, R_k – сопротивление нити накала при комнатной температуре (R_k = 1,55 Ом), R_t – сопротивление нити накала при исследуемой температуре ( ).

Выполнение работы

1. Снять вольтамперную характеристику диода при различных температурах катода (две – три кривые по указанию преподавателя). Напряжение катода изменять при этом в пределах 0,4 – 0,8 В. Для увеличения анодного напряжения последовательно использовать потенциометры R₁, R₂, R₃. При необходимости произвести расширение пределов измерения амперметра, используя шунты R_ш1 и R_ш2. Полученные результаты представить графически в виде зависимости .

2. Снять зависимость тока насыщения лампы от температуры на катоде. Для этого установить напряжение на аноде лампы максимальное (~60В), т.е. такое, при котором наблюдается насыщение анодного тока при всех исследуемых температурах на катоде. Начальное напряжение на катоде при этом должно быть наименьшим (т.е. ~ 0,55 В). Повышение температуры катода производить путем повышения напряжения на катоде через 0,05 В. Следует помнить, что катод лампы имеет инерцию на разогрев. Поэтому показания приборов записывать лишь по истечению 2 – 3 минут.

3. На основании полученных данных определить работу выхода электронов.