- •Методические указания к лабораторным работам по разделу "электричество и магнетизм"
- •Введение
- •Правила выполнения работы и офрмления полученных результатов
- •Рекомендуемая литература
- •Практические задания
- •1. Регулировка тока в широких пределах с помощью реостата.
- •2. Регулировка напряжения с помощью потенциометра.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестного сопротивления методом амперметра и вольтметра.
- •2. Определение неизвестного сопротивления мостовым методом.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение эдс и внутреннего сопротивления источника тока.
- •2. Проверка энергетических соотношений в замкнутых цепях постоянного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение неизвестной эдс методом компенсации.
- •2. Определение компенсационным методом напряжений, токов и сопротивлений.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Предварительный расчет параметров зарядной и разрядной цепи.
- •2. Исследование зависимостей напряжения и тока от времени при зарядке и разрядке конденсатора.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение параметров воздушного конденсатора.
- •2. Определение емкости плоского конденсатора с диэлектрической пластиной и расчет диэлектрической проницаемости.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Снятие временных зависимостей.
- •2. Снятие вольт-вольтовых характеристик.
- •3. Определение частоты сигнала и сдвига фаз методом фигур Лиссажу.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Практические задания
- •1. Определение индуктивности, активного сопротивления катушки.
- •2. Расчет параметров колебательного контура и экспериментальное получение затухающих колебаний.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 10
- •Практические задания
- •1. Определение емкости конденсатора.
- •2. Определение активного сопротивления и индуктивности катушки.
- •3. Проверка закона Ома для переменного тока.
- •4. Изучение резонанса напряжений в цепи переменного тока.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Лабораторная работа № 11
- •Практические задания
- •1. Исследовать зависимость анодного тока от напряжения между электродами при разных токах накала катода. Проверка закона Богуславского-Ленгмюра.
- •2. Расчет температуры катода при различных токах накала. Определение работы выхода электронов из вольфрама.
- •Вопросы к зачету по работе.
- •Оглавление
- •Электричество и магнетизм
- •3,5 Усл. Печ. Л. Тираж 250 экз. Заказ № 8
Практические задания
1. Определение емкости конденсатора.
С обрать схему (Рис. 3), выставить напряжение источника переменного тока ВС-24 U = 10 В и рассчитать емкость конденсатора, зная, что частота промышленного тока = 50 Гц:
.
2. Определение активного сопротивления и индуктивности катушки.
Собрать схему (Рис. 4), выставить напряжение источника переменного тока U0 10 В. Используя показания амперметра и ваттметра р ассчитать активное сопротивление:
,
а по закону Ома – полное сопротивление катушки, включающее в себя и активную, и реактивную составляющие:
53
Исходя из получаем формулу для расчета индуктивности катушки:
.
3. Проверка закона Ома для переменного тока.
По полученным значениям индуктивности и емкости и выбранном значении активного сопротивления R порядка 500 Ом рассчитать величину тока, который должен протекать в цепи при напряжении источника переменного тока U = 10 В:
,
где R0 включает в себя активные сопротивления магазина сопротивлений, катушки и амперметра .
С обрать схему, приведенную на (Рис. 5), и убедиться, что экспериментально измеренный ток соответствует расчетному. Тем самым будет подтверждена выполнимость закона Ома для переменного тока.
4. Изучение резонанса напряжений в цепи переменного тока.
Зная индуктивность катушки и емкость конденсатора, входящих в последовательный контур, рассчитать резонансную частоту:
.
Д
54
П остроить и проанализировать зависимости,,,и.
Вопросы к зачету по работе.
Что такое переменный ток, и какие параметры характеризуют переменный ток?
Как определяется напряжение переменного тока в цепи, содержащей резистор, конденсатор и катушку индуктивности?
Объяснить вид векторной диаграммы, характеризующей соотношение фаз напряжений на активных и реактивных элементах цепи.
Как рассчитывается полное сопротивление электрической цепи переменного тока, содержащей резистор, конденсатор и катушку индуктивности?
Что такое резонанс напряжений, и при каком условии он возникает в последовательной цепи переменного тока?
От чего зависит соотношение напряжений на активном и реактивных элементах цепи?
55
Лабораторная работа № 11
Изучение явления термоэлектронной эмиссии
Цель работы.
Изучение условий и закономерностей протекания тока в вакууме на примере явления термоэлектронной эмиссии.
Знания, необходимые для допуска к работе.
Понятие "электронного газа" в металлах;
Условия протекания тока в вакууме;
Закон Богуславского-Ленгмюра.
Краткие сведения из теории.
П ротекание тока в вакууме можно рассмотреть на примере вакуумной двухэлектродной лампы (вакуумного диода). Она представляет собой герметично запаянную стеклянную колбу, из которой откачан воздух, с двумя электродами (Рис. 1). Для того, чтобы через вакуум протекал электрический ток, необходимо электрическое поле и наличие свободных носителей заряда в промежутке между электродами. Понятно, что в вакууме практически нет носителей, поэтому нужно каким-либо способом внести некоторое количество заряженных частиц в вакуумный промежуток.
П
56
возвращающие электроны в металл. Металл окружен "облаком", состоящим из электронов.
П отенциальные энергии электронов иллюстрирует энергетическая диаграмма (Рис. 2). УровеньW0 соответствует энергии покоящегося электрона вне металла, Eс – наименьшая энергия электронов проводимости (дно зоны проводимости). Распределение потенциальной энергии имеет вид потенциальной ямы, глубина которой называется электронным сродством и является важной характеристикой вещества. Понятно, что если электрон имеет полную энергиюW меньше W0, то он не может покинуть металл. Для этого ему нужно сообщить дополнительную энергию, и в зависимости от способа сообщения этой энергии явление выхода электронов из металла называется термоэлектронной (при нагревании), фотоэлектронной (под воздействием света), вторичной электронной (в результате бомбардировки другими частицами) эмиссией.
Р
57
,
где C – постоянная, зависящая от формы и размеров электродов. Например для плоских электродов с площадью S и расстоянием между ними d
.
Формула зависимости тока от напряжения носит название закона Богуславского-Ленгмюра или "закона ".
Х арактер зависимости можно объясняеть следующим образом. При эмиссии электронов из катода между электродами находится созданный этими электронами объемный отрицательный заряд, плотность которого плавно уменьшается по мере приближения к аноду (Рис. 4). Этот заряд оказывает тормозящее действие на движущиеся к аноду электроны. Увеличение анодного напряжения приводит к быстрому уходу электронов от катода и, следовательно, уменьшению плотности объемного заряда, вследствие чего анодный ток увеличивается.
З
58
,
где – плотность тока насыщения,К – постоянная, которая для всех металлов с совершенно чистой поверхностью имеет примерно одинаковые значения, А – величина, имеющая размерность энергии, называемая термоэлектронной работой выхода и равная разности между энергией покоящегося электрона в вакууме W0 и наибольшей кинетической энергией электрона в металле (уровнем Ферми) ЕF:
.
Работа выхода электронов из металла также является одной из важнейших характеристик эмиссионных свойств металлов.