Методика эскперимента

В данной лабораторной работе изучается термоэлектронная эмиссия из вольфрамовой нити, служащей катодом электронной лампы.

Используется генераторный триод типа ГУ-4, работающий в диодном режиме (управляющая сетка соединена с анодом). Потенциометр П_д служит для изменения анодного напряжения и тока.

Потенциометром П_м регулируется напряжение и ток в цепи накала катода, что позволяет получать различные температуры вольфрамовой нити.

Целью работы является:

1) экспериментальное изучение зависимости плотности эмиссионного тока насыщения j от температуры металла и проверка формулы Ричарда-Дешмана (43.8), выражающей эту зависимость;

2) определение работы выхода электронов из металла.

Для решения задачи необходимо, как следует из формулы (43.8), определить ряд значений температур Т катода, при различном накале последнего, и соответствующих им плотностей эмиссионного тока насыщения j.

а) Определение температуры катода.

Температура вольфрамовой нити определяется на основании зависимости сопротивления металлов от температуры:

(43.9)

где R_t — сопротивление нити накала при рабочей температуре t (по шкале Цельсия),

R_o — ее сопротивление при 0⁰С (Для лампы ГУ-4 R_o = 0,3 Ом);

 - температурный коэффициент сопротивления (для вольфрама ).

Сопротивление R_t определяется оп закону Ома

(43.10)

где U_n, J_n — напряжение и ток в цепи накала.

На основании зависимости (43.9) находят t.

Для ускорения определения t зависимость R_t от t (43.9) представлена графически. График приведен на лабораторной установке. Температуру определяют графически (рис. 43.4). Затем находят Т = 273 + t.

Rt

Rt

Ro

t

t⁰C

Рис. 43.4 Зависимость сопротивления катода от температуры

б) Определение плотности тока насыщения j

Снимают семейство вольт-амперных характеристик лампы, то есть зависимостей анодного тока от анодного напряжения. Зависимости J_a от U_a исследуются при нескольких (не менее 5) значениях напряжения накала катода U_n .

При увеличении анодного напряжения ток вначале растет, но начиная с некоторого напряжения, становится практически постоянным. Такая зависимость J_А от U_А объясняется следующим образом. Электроны, вылетающие из нагретого катода, образуют вблизи него электронное облако, и при низких напряжениях только часть электронов достигает анода. С увеличением напряжения на аноде электронное облако рассасывается и все электроны, покидающие катод, принимают участие в анодном токе. Это и есть ток насыщения J нас. Определив из вольт-амперных характеристик токи насыщения при различном накале катода, находят соответствующие им плотности тока:

(43.11)

где — поверхность испарения электронов с нити катода.

в) Проверка формулы Ричардсона-Дешмана.

Получив набор значений j и T, проверяют зависимость(43.8). Для этого удобнее преобразовать формулу так, чтобы получить линейную зависимость между исследуемыми величинами.

Разделив правую и левую часть формулы (43.8) на Т² и прологарифмировав, имеем:

(43.12)

Согласно (43.12) зависимость между и линейная. Построив график зависимости от по экспериментальным данным, мы должны получить прямую линию. Получение линейной зависимости будет являться экспериментальным подтверждением закона термоэлектронной эмиссии (43.8).

При построении графика не следует начинать отсчет по осям координат с нуля. Начало и конец отсчета по осям следует выбрать близкими к минимальным и максимальным значениям экспериментальных величин и .

Согласно (43.12) угловой коэффициент прямой равен , т.е. по тангенсу угла наклона графика и оси абсцисс определяется работа выхода eφ .