4.2. Обработка результатов

1. Построить график ВАХ диода I(U_а).

2.Составить таблицу значений (I, U_а, U_а^3/2) и нанести полученные точки на координатную плоскость в системе (I, U_а^3/2); теоретически это должна быть прямая, проходящая через начало координат. Провести прямую, визуально наилучшим образом проходящую через все экспериментальные точки. Убедиться, что закон «трёх вторых» выполняется весьма точно, т.е что экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую.

3. По наклону прямой I(U_а^3/2) определить коэффициент k в формуле (9), а затем по формуле (12) вычислить искомое отношение e/m.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Что такое термоэлектронная эмиссия?

2. Что такое режим объёмного заряда? Показать, что в режиме объёмного заряда поле Е вблизи катода равно нулю.

3. Что такое режим насыщения? Изобразить графики U(х) в плоском диоде в режиме объёмного заряда и в режиме насыщении.

4. Сформулировать закон «трёх вторых». Изобразить полную ВАХ вакуумного диода.

5. Вывести уравнение Пуассона.

6. Перечислит возможные причины уменьшения точности определения e/m из закона «трёх вторых».

7. Каким ещё методом можно определить удельный заряд электрона?

8. Решить уравнение (4), разделив в нём переменные U и х и учитывая начальные условия: U(0)=0, U'(0)=0.

9. Составить дифференциальное уравнение, описывающее распределение потенциала в цилиндрическом диоде.

10. Экспериментально можно обнаружить, что при анодном напряжении U_а=0 анодный ток немного отличается от нуля, что противоречит теоретической зависимости (9). Объяснить этот эффект.

11. Решить следующую задачу. В момент t=0 из катода плоского диода вышел электрон с нулевой начальной скоростью. На анод подаётся линейно растущее напряжение U_а=αt, где α=100 В/с. С какой скоростью электрон упадёт на анод, если промежуток катод-анод d=5 см?

Ответ. υ= =16 км/с.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников С. Г. Электричество. – М. :Наука, 1977. – §§ 156, 157, 184.

2. Шимони К. Физическая электроника. – М.: Энергия, 1977. – С. 329-332, 339-340.

3. Соболев В. Д. Физические основы электронной техники. – М.: Высшая школа, 1979. – § 6.5.

Работа № Ф323

Измерение малых сопротивлений

Цель работы: знакомство с методами измерения малых сопротивлений: методом шунта и методом двойного моста; определение удельного сопротивления проводника по его размерам и измеренному сопротивлению.

1. Теоретическое введение

1.1. Проблема измерения малых сопротивлений

Под малыми обычно понимаются сопротивления порядка 0,1…0,001 Ом. Это характерные сопротивления достаточно толстых (~1 мм²) и коротких (<1 м) проводников из меди, алюминия, железа.

При измерениях «не малых» сопротивлений обычным омметром через проводник пропускается небольшой ток, порядка нескольких миллиампер, и измеряется напряжение на нём. При этом вместо «вольт» на шкале прибора просто пишут соответствующие «омы». Однако, если сопротивление проводника мало, то для измерения напряжения на нём при таком токе просто не хватит чувствительности типового прибора магнитоэлектрической системы. Действительно, пусть, например, сопротивление проводника составляет около 0,01 Ом (это примерно полуметровый медный провод диаметром 1 мм). Тогда при токе i=1 мА напряжение на проводнике и=iR=0,01 мВ. А цена деления шкалы хорошего гальванометра^*) составляет обычно 0,1-1,0 мВ, так что ни на одно деление стрелка такого омметра не сдвинется и фактически он покажет ноль. Использование цифровых приборов дела не меняет: при переводе аналогового сигнала в цифровой точность не повышается, так что единица последнего разряда цифрового табло не точнее одного деления стрелочного гальванометра.

Мостовой метод измерения сопротивлений более точен, но и он оказывается неэффективным при измерении малых сопротивлений, причём его погрешность тем больше, чем меньше измеряемое сопротивление. Однако здесь главной причиной неэффективности является неучёт сопротивления, вносимого монтажными проводами, пренебрегать которым уже никак нельзя, поскольку оно будет соизмеримым с сопротивлением исследуемого проводника, а иногда и больше его.

Повышения эффективности (т.е. точности) измерения малых сопротивлений можно достичь двумя путями: 1) увеличением тока через исследуемый проводник, например, до 1 А, т.е. примерно в 1000 раз; тогда и напряжение на нём тоже увеличится в 1000 раз, и станет надёжно измеряемым; 2) исключением из измерительной цепи паразитного сопротивления соединительных проводов. Эти пути и используются в настоящей работе.

__________________________

^*) Гальванометр – это высокочувствительный прибор магнитоэлектрической системы, служащий, вообще говоря, для измерений малых токов порядка микро- и даже наноампер. Внутреннее сопротивление r гальванометра весьма велико, до нескольких кОм.