3 Лабораторная работа / 3-Лабораторная работа (Физика)_11 / Отчет по ЛР №3

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Физика-1"

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ БОЛЬЦМАНА

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ВЫХОДА

ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ МЕТАЛЛА В ВАКУУМ

Преподаватель Студент группы

г.

200

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является изучение распределения Больцмана на примере исследования температурной зависимости тока термоэлектронов, а также определение работы выхода электронов из металла в вакуум.

2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

С хема экспериментальной установки приведена на рис.2.1. Первичная обмотка трансформатора Т питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Вторичная обмотка подключена к диодному мосту VD, выпрямленное напряжение с которого подается на накальную спираль электронной лампы Л.

Регулировка тока накала производится сопротивлением R, движок управления которым выведен на лицевую панель установки. На этой же панели расположен миллиамперметр ИП1. Определение температуры катода осуществляется по величине тока накала I_Н , измеренного миллиамперметром ИП1, с помощью градуировочной кривой. Для измерения тока I_A термоэлектронов, попадающих на анод, служит микроамперметр ИП2, включенный в анодную цепь. Прибор ИП2 также расположен на лицевой панели установки.

Суть эксперимента заключается в измерении зависимости анодного тока I_A от тока накала I_Н .

3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1) Погрешность измерения величины анодного тока I_A:

,

где – максимальное значение величины, которое может показать прибор,

– класс точности применяемого прибора.

2) Погрешность косвенного измерения:

,

где – абсолютная погрешность значения логарифма анодного тока,

– значение анодного тока.

3) Работа выхода электрона из металла (в Дж):

E = -k a, (3.1)

где - постоянная Больцмана;

a - угловой коэффициент линеаризованного графика

,

где

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ.

Экспериментальные данные и результаты их обработки представлены в таблице.

Таблица

Результаты прямых и косвенных измерений

	1	2	3	4	5	6	7	8
IН , 10-4 А	2	2,8	3,3	3,8	4,3	5,7	6,5	7,5
IA ,10-6 А	9	12	14	16	20	30	38	52
T,К	1029	1053	1068	1081	1096	1134	1156	1187
ln IA	-11,618	-11,331	-11,176	-11,043	-10,820	-10,414	-10,180	-9,864
1/T 10-4	9,718	9,497	9,363	9,251	9,124	8,818	8,651	8,424

Абсолютная погрешность измерения анодного тока:

Абсолютная погрешность:

Построение графика.

Расчет доверительных интервалов:

точка	По оси ,	По оси ,10-7, К
1	0,334	18,888
2	0,250	18,038
3	0,214	17,534
4	0,188	17,116
5	0,150	16,650
6	0,100	15,552
7	0,078	14,940
8	0,058	14,194

1/T ₁₀^-4

ln I_A

Экспериментальные точки, нанесенные на график укладываются на прямую в пределах погрешности измерений.

Угловой коэффициент прямой:

Уравнение прямой:

,

где

Работа выхода электрона из металла:

5. ВЫВОДЫ

В результате проделанной работы, на примере исследования температурной зависимости тока термоэлектронов, мы убедились в справедливости закона распределения Больцмана, так как экспериментальные точки, нанесенные на график укладываются на прямую в пределах погрешности измерений.

А также из графика определили угловой коэффициент прямой, что позволило нам по формуле (3.1) рассчитать работу выхода электронов из металла .

6. Контрольные вопросы:

1) Что называется распределением Больцмана?

Распределение частиц по потенциальным энергиям в силовых полях: гравитационном, электрическом называют распределением Больцмана.

2) Сколько значений потенциальной энергии частиц реализуется в экспериментальной установке, применяемой в данной работе?

В экспериментальной установке потенциальная энергия частиц имеет 2 значения: в металле и в вакууме.

3) Что общего и в чем различие распределений Больцмана и Мак­свелла?

Распределение Больцмана и Максвелла: общее - распределение по экспоненциальному закону.

Различие: распределение Больцмана - это распределение по коорди­натам молекул.

Распределение Максвелла - по скоростям молекул.

4) Какова физическая причина существования работы выхода электронов из металла? Что было бы, если бы работа выхода равня­лась нулю или была отрицательной?

Физическая природа существования работы выхода электронов заключается в следующем. Все металлы в твердом и жидком состоянии характеризуются наличием свободных отрицательно заряженных частиц – электронов. Эти электроны, могут покинуть металл и при этом, из-за нехватки электронов в металле образуется положительный заряд, который препятствует другим электронам выйти из металла. Кроме того, те электроны, которые покинули металл, образуют около его поверхности отрицательный объемный заряд, который так же препятствует выходу новых электронов из металла. Поэтому по преодолению этих сил, сил притяжения и отталкивания электрону нужно совершить работу, для того чтобы этот электрон покинул металл. Эта работа и называется работой выхода.