1.5. Определение удельного заряда электрона

В случае коаксиальных цилиндрических электродов формула (8.11) остается справедливой, однако коэффициент К, преобразуется к виду [1]

, (8.12)

где r – радиус анода, l – длина катода, β² – коэффициент, зависящий от соотношения радиуса анода и катода. Для определения удельного заряда электрона (e/m) поступим следующим образом. Построим вольтамперную характеристику диода в координатах I_a=f(U_a^3/2). В этом случае график зависимости имеет вид прямой линии, а угловой коэффициент будет определяться формулой (8.12). Тогда удельный заряд электрона может быть вычислен при помощи выражения

, (8.13)

где K – тангенс угла наклона экспериментальной прямой в координатах I_a=f(U_a^3/2).

В реальных радиолампах ряд факторов приводит к отклонению от закона трех вторых, что приводит к погрешности при определении e/m:

1. начальные скорости эмиссионных электронов отличны от нуля; это приводит к перераспределению пространственного заряда и электрическое поле у катода не равно нулю;

2. существует контактная разность потенциалов анода и катода;

3. неэквипотенциальность катода (прямой накал);

4. асимметрия системы электродов;

5. наличие остатков газа в лампе.

2. Порядок выполнения работы

В настоящей работе используется лампа с подогревным оксидным катодом. Внешнее поле сильно влияет на величину тока эмиссии такого катода, поэтому у него не наблюдается резкого насыщения анодного тока. Данные радиолампы 2Ц2С: длина катода l=0,9см, радиус анода r=0,95см, ²=0,98.

1. Собрать схему, изображенную на рис. 8.3. Цепь накала подключается к клеммам переменного напряжения 6.3В; R₁=6 Ом. Амперметр измеряет ток накала, миллиамперметр – анодный ток, вольтметр – анодное напряжение.

Рис.8.3. Схема экспериментальной установки

2. Изучить зависимость анодного тока от анодного напряжения, изменяя его от 0 до 100В через каждые 10В при токах накала 0.32, 0.34, 0.36 А.

3. Построить графики зависимости анодного тока от анодного напряжения в степени 3/2 (I_a=f(U_a^3/2)) при разных токах накала.

4. Проанализировать выполнение закона Богуславского-Ленгмюра.

5. По лучшему из графиков определить K и рассчитать величину удельного заряда электрона. Все расчеты выполнять в системе СИ.

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция вакуумных диодов?

2. При каких предположениях верен закон «степени трех вторых»?

3. Вывод закона Богуславского-Ленгмюра.

4. При каких токах накала полученные вами кривые ближе к закону трех вторых? Почему?

5. Объясните полную вольтамперную характеристику диода с участком насыщения.

6. Сравните вольтамперные характеристики вакуумного и полупроводникового диодов.

Литература

1. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и в вакууме. М-Л: ГИТТЛ, 1950.

2. Физический практикум / Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Физматгиз, 1968.

3. Калашников С.Г. Электричество. 5-е изд. М.: Наука, 1985.

4. Дулин В.Н. Электронные приборы. М.: Энергия, 1977.

8