Экспериментальная установка и методика измерений

В данной работе находят первый потенциал возбуждения для атома криптона, другими словами, определяют, при какой наименьшей энергии происходит первое неупругое столкновение атома криптона с быстро летящим электроном.

На экране осциллографа получают зависимость анодного тока газонаполненной лампы (триода с подогревным катодом) от напряжения катод – сетка при фиксированном напряжении анод – сетка с последующим измерением напряжения в характерных точках.

Установка состоит из объекта исследования и измерительного устрой­с­тва, которые соединены при помощи кабеля. Объект исследования выполнен на базе манометрической лампы ПМИ-2, заполненной крип­тоном. Лампа помещена в металлический корпус, который крепится на специальном штативе.

Измерительное устройство выполнено в виде конструктивно законченного объекта. На передней панели корпуса расположены органы управления (ручки НАКАЛ, ГРУБО и ТОЧНО), цифровой вольтметр для индикации напряжения катод-сетка и выходы для подключения осциллографа и его синхронизации. На его задней стенке расположен разъем для подключения криптоновой лампы, клемма заземления и сетевой шнур.

Изображение соединения блоков установки приведено на рис.1.3.

Рис. 1.3. Установка для изучения резонансных потенциалов криптона.

Принцип работы установки состоит в следующем. С генератора пилообразного напряжения на объект исследования подаются импульсы амплитудой примерно 40 В. Кроме того, на криптоновую лампу подается также регулируемое напряжение накала и запирающее напряжение, которые обеспечивают нормальный режим работы лампы. Анодный ток лампы измерительное устройство преобразует в напряжение, про­пор­ци­о­нальное току, и подает на вход осциллографа. На экране осциллографа отображается зависимость анодного тока I_а от напряжения U_c.

Измерительное устройство при этом формирует на экране осциллографа маркер, который можно перемещать по экрану осциллографа при помощи ручек ГРУБО и ТОЧНО. При наведении маркера на интересуемые точки отображаемого графика происходит совпадение опорного напряжения и мгновенного пилообразного напряжения, что позволяет измерять напряжение U_c в вольтах (В) с помощью цифрового измерителя напряжения.

Порядок выполнения работы

1. Установите на осциллографе развертку и усиление по указанию преподавателя.

2. Включите осциллограф и с помощью ручек « ↔ », « ↕ » установите развертку луча в центре экрана.

3. Включите измерительное устройство. При этом должна засветиться криптоновая лампа. Выдержать лампу во включенном состоянии в течение времени не менее 10 мин. для установления рабочего режима лампы.

4. На экране получите устойчивую картину. Вид осциллограммы приведен на рис.1.2. (В случае искажения картины отрегулируйте её при помощи регулятора НАКАЛ на измерительном устройстве)

5. С помощью ручек ГРУБО и ТОЧНО перемещайте маркер по осциллограмме, совмещая левый край маркера с характерными точками (минимумами и максимумами) и произведите измерения напряжения U_c по индикатору измерительного устройства.

6. При совпадении положения маркера с первым минимумом на осциллограмме показания на цифровом измерители напряжения дадут значение первого потенциала возбуждения криптона. Падение анодного тока наблюдается при потенциалах кратных первому потенциалу возбуждения криптона. Запишите эти значения. Таким образом, мы убедились в справедливости первого постулата Бора.

7. Второй постулат Бора также экспериментально подтвердился в опытах Франка и Герца. По формуле (1.3), учитывая, что , можно вычислить длину волны излучения:  = hc/, где с – скорость света.

8. Сравните полученные результаты с табличными данными по энергиям перехода и длинам волн излучения с учетом того, что погрешность измерения напряжения – 10%.

Лабораторная работа № 2