- •Министерство образования и науки
- •Ббк 22.33я73
- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 Изучение электростатического поля
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Шунты и дополнительные сопротивления
- •Введение
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение электроемкости конденсаторов
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Измерение сопротивления проводников
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Изучение зависимости мощности источника тока от сопротивления нагрузки
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение процессов заряда и разряда конденсатора
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Определение заряда электрона
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Изучение эффекта Зеебека
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 Изучение температурной зависимости электропроводности германия
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 Изучение свойств полупроводникового диода
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Определение горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение магнитного гистерезиса
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13 Изучение затухающих электромагнитных колебаний
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 Изучение закона Ома для цепей переменного тока
- •Введение
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 Изучение вынужденных колебаний и резонанса в цепи переменного тока
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Приложения
- •Табличные значения некоторых физических величин
- •Условные обозначения на шкалах приборов
- •Определение погрешности измерения, проведенного с помощью электрического прибора
- •Принцип действия некоторых электроизмерительных приборов Измерительный механизм магнитоэлектрической системы
- •Измерительный механизм электромагнитной системы
- •Измерительный механизм электродинамической системы
- •Электростатические приборы
- •Оглавление
- •Общая и экспериментальная
Контрольные вопросы
Дайте определение электроемкости конденсатора.
Какие типы конденсаторов Вам известны?
От чего зависит электроемкость плоского конденсатора? Выведите формулу для электроемкости плоского конденсатора.
Изобразите схемы последовательного и параллельного соединения трех конденсаторов. Сделайте вывод формул для расчета эквивалентных емкостей при этих соединениях конденсаторов.
По каким формулам вычисляется энергия заряженного конденсатора?
Напишите формулы, выражающие зависимость энергии конденсатора от времени в процессах, когда конденсатор заряжается и разряжается через линейное сопротивление.
Лабораторная работа № 7 Определение заряда электрона
Цели работы: исследование вольтамперной характеристики вакуумного диода на участке задерживающих напряжений, сопоставление результатов с формулой Ричардсона; определение заряда электрона.
Приборы и принадлежности: электровакуумная лампа на панели, выпрямитель универсальный школьный ВУП-2М, микроамперметр постоянного тока М24-87, милливольтметр постоянного тока на 750 мВ, амперметр переменного тока на 0,5 А, вольтметр переменного тока на 10 В, потенциометр, реостат на 10 Ом, соединительные провода.
Литература: [1], § 1.5; [2], § 23; [4], § 169-171; [6], § 90-95; [7], § 44, 104-105.
Введение
Известно, что прямые измерения элементарного электрического заряда были проведены американским физиком Р. Милликеном в 1910 - 1914 годах. Хотя идея его опытов достаточно проста, осуществить ее в рамках учебного физического практикума весьма сложно. В данной лабораторной работе заряд электрона определяется на основе закономерностей, теоретически установленных для электрического тока в вакуумном диоде. Эти закономерности были получены английским физиком О. Ричардсоном, который провел детальные экспериментальные и теоретические исследования явления термоэлектронной эмиссии, отмеченные Нобелевской премией в 1928 г.
Нагретый катод в вакуумном диоде испускает электроны. Они создают вокруг катода электронное облако, и при нулевом напряжении между катодом и анодом часть этих электронов долетает до анода, в результате чего во внешней цепи лампы течет небольшой электрический ток. Если создать на аноде отрицательный относительно катода потенциал, то сила тока в лампе уменьшится, и при некотором отрицательном напряжении станет равной нулю, т.е. ток через лампу прекратится. Таким образом, если повышать отрицательный потенциал на аноде, то электроны, кинетическая энергия которых меньше модуля работы электрического поля eU, не будут достигать анода, и сила тока через лампу будет уменьшаться.
Теория Ричардсона исходит из предположения о том, что электронный газ, возникающий вокруг катода при термоэлектронной эмиссии, по своим свойствам подобен одноатомному молекулярному газу. Согласно молекулярно-кинетической теории идеальный газ, находящийся в термодинамическом равновесии при температуре Т, подчиняется строгой статистической закономерности: доля молекул , имеющих кинетическую энергию в малом интервале от Е до E+dE, является однозначной функцией T, E и dE. Используя методы теории вероятностей, Дж. Максвелл нашел функцию распределения молекул идеального газа по скоростям и, соответственно, по значениям кинетической энергии:
(1)
График функции f(E) приведен на рис. 1. Так как при возрастании Е множитель уменьшается быстрее, чем растет множительЕ1/2, то функция f(E), начинаясь от нуля, достигает максимума при некотором значении Е и затем асимптотически стремится к нулю. Таким образом, доля молекул, кинетическая энергия которых существенно превышает среднее значение, быстро уменьшается с ростом Е.
Рис. 1
Используя функцию распределения Максвелла, Ричардсон получил формулу, выражающую зависимость анодного тока i от задерживающего анодного напряжения UЗ:
(2)
где i0 – сила тока при нулевой разности потенциалов между катодом и анодом, e – заряд электрона, Т – температура электронного газа, k – постоянная Больцмана.
Если прологарифмировать выражение (2), то мы получим:
(3)
где Таким образом, по теории Ричардсона зависимость натурального логарифма анодного тока от величины задерживающего напряжения должна быть линейной. Если это действительно имеет место, то по наклону графикаможно определить заряд электронаe. Для этого, однако, необходимо знать температуру электронного газа в условиях проведения опыта. Ее нетрудно найти, учитывая, что при термоэлектронной эмиссии электронный газ находится в тепловом равновесии с катодом. При этом температуру t электронного газа можно считать равной температуре катода. Последнюю можно найти по сопротивлению нити накала лампы, используя известную формулу для зависимости сопротивления R металла от температуры t:
R = R0(1 + αt), (4)
где R0 – сопротивление при t = 0 0С, - температурный коэффициент сопротивления.