V. Содержание отчета

Отчет по работе составляется в произвольной форме и должен содержать:

1. Описание работы.

2. Все электрические схемы и расчетные формулы.

3. Таблицу, содержащую результаты измерений и расчетов.

4. Результаты расчетов.

5. Выводы, в которых должны быть указаны полученные результаты по каждому виду соединений в следующем виде:

,

где R_ср – среднее значение сопротивления, полученное опытным путем,

ΔR – соответствующая данному виду соединения абсолютная погрешность.

VI. Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током, силой тока? Напряжением? ЭДС?

2. Какова природа электрического тока в металлах?

3. Сформулируйте закон Ома для участка цепи в интегральной и дифференциальной форме.

4. Выведите закон Ома в дифференциальной форме для металлов.

5. Объясните причину возникновения сопротивления в металлах с точки зрения электронной теории проводимости.

6. Нарисуйте схему последовательного и параллельного соединения проводников и запишите формулы для расчета эквивалентных сопротивлений.

7. Объясните принцип действия мостовой схемы и получите условие равновесия моста.

8. Стальная и алюминиевая проволоки имеют одинаковую длину и одинаковое сопротивление. Во сколько раз стальная проволока тяжелее алюминиевой?

9. Найти сопротивление железного прутка диаметром 0,5 см, если его масса равна 0,6 кг.

10. Найдите падение напряжения на стальном проводе длиной 200м, диаметром 1 мм, если ток в нем протекает 1,5 А.

11. В цепь подключены последовательно алюминиевая и стальная проволоки одинаковой длины и диаметра. Найдите отношение количеств теплоты, выделяющихся в этих проводниках.

2.3 Изучение явления термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электрона

Цель работы: Исследование зависимости плотности тока от температуры катода и определение работы выхода электрона.

I. Теоретическое введение

При обычных температурах, имеющиеся в металле, свободные электроны удерживаются внутри металла, так как на границе металл - вакуум существует потенциальный барьер, ме­шающий электронам покидать его. При выходе электрона в вакуум на него действуют силы электрического притяжения со стороны металла, в котором, благодаря выходу электрона, произошло перераспределение свободных зарядов. Под действием этих сил электрон, если его энергия недостаточна, воз­вращается в металл. Кроме того, электроны, временно вышедшие из металла в вакуум, создают электрическое поле, также препятствующее выходу их из металла.

Чтобы электрон мог покинуть металл, он должен обладать некоторой энергией, характерной для каждого металла. Величина дополнительной энергии, которую необходимо сообщить наиболее быстрым электронам при абсолютном нуле, чтобы они могли покинуть металл (при соответствующем направлении их скорости), на­зываетсяработой выхода электрона. Величина работы выхода опре­деляет высоту потенциального барьера φ (рис.1) для электронов на границе ме­талл - вакуум и является характерной для каждого металла. Обычно работа выхода выражается в электрон-вольтах (эВ).

При повышении температуры увеличивается скорость хаотиче­ского движения электронов в металле, при этом число их, спо­собных покинуть металл, резко возрастает. Расчет плотности тока при термоэлектронной эмиссии, приводит к выражению

ј=АТ² exp(-φ/kT), (1)

где А- постоянная величина.

Формула (1) называется уравнением термоэлектронной эмиссии. Благодаря экспоненциальному множителю плотность термоэлектрон­ного тока чрезвычайно сильно зависит от температу­ры катода. При повышении температуры вольфрама от 2000 до 2500° К плотность тока эмиссии возрастает почти в 200 раз.

Логарифмируя уравнение (1), получаем:

(2)

Такой вид уравнения термоэлектронной эмиссии наиболее удобен для его экспериментальной проверки и определения работы выхода. Если построить график зависимости ln (j/T²) = f(l/T), получается прямая линия, угловой коэффициент которой равен φ/k. Определив его, можно рассчитать работу выхода. Этот метод определения работы выхода называется методом прямых Ричардсона.