Физ. Прак / Лаба 14 15 / Лабораторная работа №14

Лабораторная работа №14

ОПРВДШНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА. ЭЛЕКТРОНА.

Определение удельного заряда электрона с помощью Мхууиьсго диада. Принадлежности; 1. Вакуумный дмдц 2Ц2С

2. Источим* оитения БУП

3. Мия «амперметр 0-1бма 4» Вольтметр О-150в

5. Амперметр 0 - 1 - 2 А

6. Реостат

Опыт показывает,что сила тока В двухэлект^одной электрон- ной лампе (диоде) зависит от температуры катода и от раз- ности потенциалов между хатод^ . и анодом. Ори постоянной температуре катода сила анодного тока возрастает о уведи- чеьием разноси потенциалов >а 7Л между электрода- ми. Однако зависимость между силой тока «7д и разностью потенциалов не выражается законом 0иа,а носит бо-

лее сложный характер и подчиняется г.акону БОГУСЛАВСКОГ0-ЛЭНГШСРА.Объясняется это тем,что в вакуумной электронной лампе электрическое поле,действующее на каждый электрон, складывается из внешнего поля,создаваемого разностью по­тенциалов между электродами,и поля,создаваемого всеми ос­тальными электронами,образующими пространственный заряд. Благодаря пространственному заряду при малых анодных на­пряжениях анодный ток может быть значительно меньше воз­можного тока эмиссии катода и постепенно увеличивается при нов; лении анодного напряжения. Применительно к диоду с плоскопараллельными электродами вольт-амперная характеристика описывается формулой:

V€L *> величина анодного тока 1в А),

80 - диэлектрическая проницаемость вакуума,численно

равная 8,85« 10" U % , 3 - площадь электрода {в М2),

- расстояние между электродами <в м), ~ - удельный заряд электрона (в j§r-), ^£ - анодное напряжение (в 8).

Применительно к диоду о цилиндрическими электродами фор­мула Богуславского-Лэнгмюра имеет вид:

,где 12)

- площадь анода (в м2),

~ расстояние между анодом и катодом св м) ^ - численный коэффициент.зависящий от отношения *~t

при %i*io,J***

Теоретическое рассмотрение вопроса о зависимости анодно­го тока от величины анодного напряжения в вакуумном дио­де (получение формул 1 и 2) было проведено при следую­щих допущениях:

1. Начальные скорости электронов,эмитируемых като­дом,настолько малы,что можно считать их равными нулю.Так как энергия электронов,покидающих катод,не превышает нес­кольких десятых электронвольта.при анодных напряжениях в десятки вольт это допущение вполне оправдано.

2. Около катода имеется много электронов и анодный ток далек от насыщения.

3. Пространственный заряд создает такое распределе­ние потенциала между катодом и анодом,что непосредствен­но у поверхности катода напряженность электрического по­ля равна нулю.

Из факторов,приводящих к отклонениям от закона трех вто­рых, наиболее существенными являются следующие:

1. Начальные скорости электронов,эмитируемых катодом, фактически не равны нулю.За счет, этого изменяется харак­тер распределения потенциала между электродами;в чест­ности,напряженность электрического поля у поверхности ка­тода не равняется нулю»

2.Контактная разность потенциалов между катодом и анодом,т.к. в уравнениях 11) и (2) под напряжением подразумевается истинная величина разности потенциалов между электродами.Влияние контактной разности потенциалов наиболее заметно при малых анодных напряжениях. ■

3. Асимметрия системы электродов (например,неконцен­тричность катода и анода).

4. Наличие остатков газа в лампе.При достаточно вы­соких анодных напряжениях происходит ионизация газа.Поло­жительные ионы нейтрализуют действие отрицательного про­странственного заряда,и анодный ток возрастает значитель­но быстрее,чем следует из закона трех вторых»

Перечисленные выше факторы приводят к заветным отк­лонениям от закона трах вторых и погрешности при опреде­лении удельного заряда электрона по формуле 12).Существен­но и то обстоятельство,что величина удельного заряда элек­трона входит в выражение закона трех вторых под знаком квадратного корня.Поэтому при расчете удельного заряда электрона по формуле (2) погрешность соответственно уве­личивается. При снятии вольтамперныХ характеристик вакуум­ного диода

при разных токах накала получается семейство характерис-

тик, несколько различных даже при низких анодных напряжениях {рис.1).Это связано с тем.что при из­менении температуры ка­тода контактная разность потенциалов между катодом и анодом и начальные скорости электронов изменяется.

Чтобы уменьшить влияние выше перечисленных факторов на точность результатов определения величины , Необходимо производить измерения при небольших токах накала и при анодных напряжениях в 20-40 в.

Порядок выполнения упражнения.

1. Собрать цепь по схеме рис.2.

2. С помощью реостата установить ток в цепи накала

3. Изменяя плавно, с помощью потенциометра напряжение на аноде лампы, снять зависимость анодного тока от

напряжения на аноде (в пределах от 0 до 80 В).

4. По данным измерений построить графики зависимости

5. Из второго графика определить угловой коэффициент полученной прямой и по нему рассчитать величину

удельного заряда электрона,

Из уравнения

Отсюда

Данные вакуумного диода 2Ц2С: площадь поверхности анода Расстояние между анодом и катодом При определении углового коэффициента необходимо силу тока брать в амперах, а напряжение в вольтах. Величину удельного заряда электрона можно рассчитать и по формуле (2), зная и по результатам опыта.