Экспериментальная установка

Распределение термоэлектронов по скоростям проверяется на установке, схема которой приведена на рис. 6.

Электронное облако образуется в пространстве катод-сетка 1. В силу особенностей конструкции лампы, распределение электронов по скоростям может отличаться от максвелловского. К факторам, искажающим такое распределение относятся следующие:

1) используется оксидный катод, вблизи которого существует сильное микрополе, сообщающее электронам дополнительную скорость,

2) вблизи катода существует пространственный заряд, ограничивающий анодный ток, существует и ряд других факторов.

мАььььь

ИП-2

мА +

. . . . . . . . . . .. . .

R₂

³ _

V

²

R₁ ¹

R

ИП-1

+ -

6,3В

Рис. 6. Принципиальная схема установки

Между сетками 1 и 2 создается тормозящее поле, напряжение между ними измеряется вольтметром V, изменение напряжения производится с помощью потенциометра R. Электроны, преодолевшие тормозящее поле, ускоряются между сеткой 3 и анодом. R₁ и R₂ – сопротивления утечки, равные 200 Ом и 5 мОм. Напряжение накала катода можно менять от 6,3В до 4,5В.

Проведение измерений и обработка результатов

П1 1

500 4,5 2,5

250 V 1,0

100 6,3 0,5 U₃

50

Сеть

R

Выкл.

I_aa

V

П3

П2

П3

Рис. 7. Лицевая панель прибора

Внешний вид установки приведен на рис. 7.

1 – электронная лампа (пентод);

П1 – ручка установки напряжения накала катода;

I_a – микроамперметр для измерения анодного тока;

П2 – переключатель пределов измерения тока: 500 мкА, цена деления шкалы ; 250 мкА, цена деления шкалы ; 100 мкА, цена деления шкалы ; 50 мкА, цена деления шкалы ;

V – вольтметр для измерения задерживающего напряжения U₃;

П3 – переключатель пределов вольтметра: 2,5В, цена деления , 1,0В, цена деления , 0,5В, цена деления ;

R – ручка потенциометра для изменения задерживающего напряжения.

П4 – выключатель сети питания.

Перед началом работы переключатель в нижнем положении «выкл». Ручку П1 установите в положение 6,3V (напряжение накала катода), переключатель П2 в положение 500 мкА, переключатель П3 в положение 0,5V (V – измеряет задерживающее напряжение U₃). Ручку потенциометра R поверните влево до упора. Включите тумблер «Сеть» и дайте лампе прогреться в течение 3-5 минут.

Задание 1. Определение зависимости анодного тока I_a от задерживающего напряжения U₃ при напряжении накала катода 6,3В.

Ручкой потенциометра R установите U₃=0 и занесите в таблицу значение анодного тока. Далее ручкой потенциометра R уменьшите значение тока на 20 мкА (т. е. на одно деление шкалы) и запишите соответствующее значение задерживающего напряжения на вольтметре. Продолжите измерения уменьшая каждый раз ток на 20 мкА и фиксируйте показания вольтметра как можно более тщательно, до тех пор, пока задерживающее напряжение не увеличится до 2В.

Результаты измерений заносите в таблицу 1 и постройте график:

(19)

Таблица 1

Результаты измерений

Ia (мкА)	U3 (В)	(В1/2)
… … …	0 0,1 …	… … …

_{Задание 2.} Определение зависимости анодного тока I_a от U₃ при напряжении накала 4,5В. Повторите измерения в том же порядке, как в задании 1. Постройте график I_a от

(20)

_{К каждому графику должна прилагаться таблица 1 результатов измерений:}

_{Задание 3. Определение распределения термоэлектронов по скоростям. Графически дифференцируя сначала функцию (19) и затем (20) постройте графики}

(21)

График функции должен соответствовать функциональной зависимости (18) – распределению электронов по скоростям. Оба графика (при разных напряжениях накала) постройте на одном листе.

Задание № 4. Для проверки, совпадает ли полученное вами распределение с распределением Максвелла, следует на одном рисунке представить теоретическую кривую (см. рис. 3) и одну из экспериментальных зависимостей (19). Так как кривая на рис. 3 приведена для относительной скорости , то при построении экспериментальной кривой по оси абсцисс следует отложить отношение:

(22)

где отвечает максимуму экспериментальной кривой.

При нормировке экспериментальной кривой по оси ординат, подберите нормирующий множитель β для функции F( ) из (21) так, чтобы ее максимальное значение равнялось, как и для теоретической кривой значению 0,83: β F( )_max = 0,83. (23)

Таким образом, для сравнения с теоретической кривой надо построить зависимость:

β F( ) как функцию от u_э (24)

Если кривые совпадут, то распределение термоэлектронов является чисто максвелловским. Таблицу для построения графика (24) также приведите в отчете.

По указанию преподавателя эксперимент можно провести только при одном значении напряжения накала катода равным 6,3В.