Обоснование метода измерений:

Снятие нескольких вольтамперных характеристик и определение соответствующих им токов насыщения позволяет далее рассчитать работувыхода электрона А_в с поверхности катода.

Поскольку плотность тока насыщения можно представить как

=, где S — площадь поверхности анода, формула (3) запишется в виде:

(4)

Прологарифмировав это выражение, получаем:

(5)

или, перенеся In S в правую часть,

(5)

Величины S и В в этом уравнении являются постоянными, а величина изменяется очень медленно по сравнению с величиной . Поэтому приближенно можно считать =const, и записать:

(6)

Если известно несколько значений тока насыщенияпри разных, то можно построить график зависимостикоторый согласно уравнению (6) представляет собой прямую вида

(рис. 4).

Тангенс угла наклона этой прямой составляет. Его можно определить из графика, взяв два произвольных значения на прямой, как .Затем можно рассчитать работу выхода: (7)

Опиcание установки:

Установка для снятия характеристик диода собрана на отдельной панели согласно схеме, приведенной на рисунке 5.

Рис. 5.

Напряжение накала U_н и ток накала регулируется потенциометром накала П_н и измеряются вольтметром V₁ и амперметром А. Клеммы Е_н подключаются к выпрямителю ВС-24М. Анодный ток измеряется миллиамперметром mА. Анодное напряжение U_a регулируется анодным потенциометром П_а и измеряется анодным вольтметром V₂. Клеммы Е_а подключаются к выпрямителю ВСА-4К (1 ступень до 100 В). Оба выпрямителя располагаются отдельно от рабочей панели и включаются в сеть с напряжением 220В.

Под миллиамперметром mА расположен тумблер, переключающий пределы измерения этого прибора либо на 20 мА, либо на 100 мА. Под вольтметром V₂ также находится тумблер, переключающий пределы его измерения либо на 15В, либо на 150В.

Перед началом работы следует поставить движки потенциометров П_н и П_а в положение, соответствующее минимальным значениям напряжений, т.е. в положение 1.

Порядок выполнения работы:

Задание 1. Определение работы выхода электрона

1. Ознакомиться с элементами рабочей панели и определить цены делений измерительных приборов в цепи накала и в цепи анода. Записать в рабочей тетради цены делений всех приборов, учитывая, что для миллиамперметра и вольтметра V₂ будет две цены деления. Проверить положение движков потенциометров П_а и П_н до включения в сеть!

2. Включить выпрямитель цепи накала, обеспечивающий U_н, в сеть на 220В. Постепенно с помощью П_н увеличить напряжение накала до значения около 1.8 В. Подождать 2-3 минуты для установления стационарной эмиссии электронов при данном накале.

3. При неизменном напряжении накала включить выпрямитель анодной цепи. Убедиться, что миллиамперметр mА и вольтметр V₂ включены на меньший предел измерения (переключить, если это не так). Занести в таблицу 1 значения напряжения накала тока накалакатода, атакже значение анодного тока при нулевом значении анодного напряжения (проверить по вольтметру V₂). Затем переключить предел измерения вольтметра V₂ на 150 В и, медленно изменяя положение ползунка потенциометра П_а в направлении к 2, устанавливать значения анодного напряжения U_a через каждые 15 В до 105 В, или до тех пор, пока не будет достигнут ток насыщения. При этих напряжениях измерять значения , занося их в таблицу 1 (еслипревышает 20 мА, переключитьтумблер миллиамперметра на предел измерения до 100 мА).

4. Описанным способом снять еще 3 вольтамперные характеристики при других напряжениях накала катода U_н2, U_н3 и U_н4 (величины их могут быть заданы преподавателем) в пределах от 1.8 до 2.2 В и,соответственно им, других токах накала:, и. Полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

№ п/п	Uа В	, мА
1	0
2	15
3	30
4	45
5	60
6	75
7	90
8	105

5. На миллиметровой бумаге построить графики всех вольтамперных характеристик, используя один и тот же масштаб и координатные оси: По графикам определить значения токов насыщения .

6. Для определения работы выхода электрона А_в по графику, аналогичному тому, что представлен на рисунке 4, необходимо сначала определить температуру накала катода Т_н. Поэтому для каждого значения надонайти значение сопротивления R_н нити накала катода по закону Ома, исходя из известных значений U_н и . Используя известную зависимость сопротивленияR_u от температуры, гдеОм и- термический коэффициент сопротивления, равный 4.8-10^-3 К^-1, определить температуру накала. Поскольку в приведенной формуле температура выражена в градусах Цельсия, следует перевести ее в абсолютную шкалу (). Такой расчёт провести для каждого из четырёх значений тока насыщения. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п	, В	, A	, Ом	°С	К	1/,	мА
1
2
3
4

7. По данным таблицы 2 на миллиметровой бумаге построить зависимость и по формуле (7) определить работу выхода электрона A_в, выразив её в эВ. Для повышения точности графических вычислений следует на графике диапазон значений абсциссы начинать не от 0, а от значений, близких к минимальному значению .

Задание 2. Экспериментальная проверка «закона 3/2»

1. Поставить движки потенциометров П_н и П_а в положение 1 и установить переключателями минимальные пределы измерения миллиамперметра mА и вольтметра V₂ (соответственно 20 мА и 15 В).

2. Снять одну вольтамперную характеристику вакуумного диода, меняя анодное напряжение от 0 до 15В через каждые 3 В при максимальном напряжении накала (уточнить у преподавателя). Занести в таблицу 3 значения напряжения U_н и тока накала катода, а также измеренные приразличных анодных напряжениях значения анодного тока .

3. Рассчитать значения и. Занести их в таблицу 3.

Таблица 3

;
№ п/п		, м А
1	0
2	3
3	6
4	9
5	12
6	15

4. По данным таблицы 3 на миллиметровой бумаге построить зависимость и определить тангенс угла наклона на линейном участке этой зависимости. Проверить, насколько он близок к 3/2.