ЛР-17_Работа выхода Электрона

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Предмет: Физика

Лабораторная работа № 17 по теме:

«Определение работы выхода электрона из металла»

Отчет по лабораторной работе №17

«Определение работы выхода электрона из металла»

Цель работы: определение работы выхода электрона из металла. Эта характеристика (определение которой дано ниже) тесно связана с явлением термоэлектронной эмиссии, т.е. с явлением, при котором за счет разогрева металл эмитирует (выбрасывает) электроны. На основе этого явления работает целый ряд приборов, например, радиолампы. Во всех случаях знание работы выхода важно для правильного расчета соответствующих приборов и установок.

СХЕМА И ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Основными ее элементами являются: I - электронная лампа (диод), 2 - выпрями­тель, 3 - миллиамперметр А₁ в анодной цепи, 4 - вольтметр в анодной цепи, 5 - амперметр А₂ в цепи накала, 6 -вольтметр в цепи накала. Выпрямитель служит источником анодного напряжения в напряжения накала. Ток накала регулируется реостатом.

Обработка результатов измерений

1) Вольт-амперные характеристики

1. IН = 1,400 А, UН = 3,14 В

Таблица 1

UА, В	0,61	10,7	17,7	50,0	57,7	97,8
IА, мА	1,0	2,0	3,0	3,2	3,5	3,5

2. IН = 1,500 А, UН = 3,55 В

Таблица 2

UА, В	0,53	9,2	16,2	24,1	30,5	97,6
IА, мА	1,0	2,0	4,0	6,0	7,0	7,5

3. IН = 1,525 А, UН = 3,70 В

Таблица 3

UА, В	8,4	15,0	21,0	27,0	37,6	97,6
IА, мА	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	11,0

4. IН = 1,625 А, UН = 4,20 В

Таблица 4

UА, В	16,0	26,2	36,1	46,0	58,0	96,3
IА, мА	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0	28,0

Графики измеренных вольт-амперных характеристик

2) Определяем токи насыщения

I_нас1 = 3,5 мА

I_нас2 = 8,0 мА

I_нас3 = 12,0 мА

I_нас4 = 30,0 мА

3) Определяем мощности нагрева катода Р_н по формуле:

4) По графику зависимости между Т и . определяем температуры катода Т, соответствующие измеренным значениям .

Параметр ld = 0,025 см².

, Т₁ = 2390 К

, Т₂ = 2480 К

, Т₃ = 2520 К

, Т₄ = 2620 К

Таблица 5

	T, К	1/T, ·10-4 К-1	Iнас, мА	Iнас/T2, ·10-9 А/ К2	ln(Iнас/T2)
1	2390	4,184	3,5	0,6127	‒21,2131
2	2480	4,032	8,0	1,3007	‒20,4603
3	2520	3,968	12,0	1,1889	‒20,0869
4	2620	3,817	30,0	4,3704	‒19,2484

5) Строим график зависимости ln(Iнас/T²) от 1/T

График зависимости ln(Iнас/T²) от 1/T

Выбираем на построенной прямой две произвольные точки:

1/T₁ = 3,968·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₁ = ‒20,0869 (точка 3 из таблицы 5)

1/T₂ = 4,140·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₂ = ‒21,0000

По формуле

,

где k₀ = 1,38·10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана, определим работу выхода:

Из числа экспериментальных точек, не лежащих на прямой, выбираем две, соответствующие наибольшей разнице температур и расположенные так, чтобы левая точка была выше прямой, а правая – ниже:

1/T₁ = 4,184·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₁ = ‒21,2131 (точка 1 из таблицы 5)

1/T₂ = 3,968·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₂ = ‒20,0869 (точка 1 из таблицы 5)

Вычисляем величину W' по формуле

,

Затем по такому же принципу выбираем другие две точки, но так, чтобы левая была ниже прямой, а правая – выше:

1/T₁ = 3,968·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₁ = ‒20,0869 (точка 3 из таблицы 5)

1/T₂ = 3,817·10^-4 К^-1, ln(Iнас/T²)₂ = ‒19,2484 (точка 4 из таблицы 5)

Вычисляем величину W'' по формуле

,

По абсолютной величине выражения

оцениваем абсолютную погрешность в определении работы выхода:

Относительная погрешность в определении работы выхода

Результат расчета работы выхода:

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы определена работа выхода электрона из металла. Получен результат:

.

Согласно справочным данным, наиболее близкое к полученному значению работы выхода имеет вольфрам, для которого работа выхода электрона из металла W = 4,54 эВ.

8