Порядок выполнения работы

Включить установку на прогрев; время прогрева не менее 2 мин.

2. Ознакомиться с приборами, заполнить табл. 3.1, записать данные о параметрах магнетрона (см. приложение).

Таблица 3.1 Средства измерений
Наименование прибора	Предел измерений	Цена деления шкалы	Абсолютная погрешность
Миллиамперметр
Микроамперметр

3. Провести пробное испытание: постепенно увеличивая ток в соленоиде (с помощью регулятора П₁), следить по микроамперметру за изменением анодного тока. Вблизи критического тока в соленоиде анодный ток должен быстро уменьшаться с ростом тока в соленоиде. Приближенно оценить интервал значений тока в соленоиде, в пределах которого анодный ток изменяется наиболее быстро.

4. Снять зависимость силы анодного тока от силы тока в соленоиде в найденном интервале. Ток в соленоиде изменять через 10 мА. Результаты измерений занести в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Экспериментальные результаты

Ic, мА
Ia, мкА

5. По экспериментальным данным в масштабе тетрадной страницы построить график I_a = f(I_c) на миллиметровой бумаге.

Обработка результатов измерений

После заполнения таблиц и построения графика осуществляют обработку результатов измерений в следующем порядке.

1. Определение I_c.кр по полученным данным производят численным дифференцированием зависимости I_a = f(I_c). Дифференцирование осуществляют так: по парам ближайших экспериментальных точек таблицы 3.2 находят приращение анодного тока ׀I_a׀, приращение тока соленоида ׀I_c ׀ и их отношение ׀I_a /_c ׀. Эти результаты заносят в табл.3.3.

Таблица 3.3

Результаты численного дифференцирования

׀Ia׀, мкА
׀Ic ׀ , мА
׀Ia /c ׀, мкА/мА
<Ic> = (Ic1+Ic2)/2, мА

По полученным данным строят график зависимости ׀I_a /_c ׀ = f(<I_c>). Точку на оси абсцисс, соответствующую максимуму этой зависимости, принимают за I_c.кр. Абсолютная погрешность  I_c.кр = 5 мА.

2. Расчет удельного заряда электрона производится по формуле (3.9).

3. Оценка погрешности результата осуществляется по формуле



Контрольные вопросы

1. В каком случае траектория электрона, движущегося в однородном магнитном поле, представляет собой окружность?

2. При каких условиях траектория электрона, движущегося в скрещенных электрическом и магнитном полях, будет прямолинейной?

3. Что такое сбросовая характеристика магнетрона? Каков ее реальный и идеальный виды?

Литература

Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Изд. центр «Академия», 2007. § 114 – 115.

Приложение

Контрольные данные:

Напряжение на аноде U_a = (9,00±0,02) B.

Радиус анода R_a = (5,00±0,02) мм.

Диаметр соленоида D = (38,0±0,2) мм.

Длина соленоида L = (26,00±0,08) мм.

Число витков N = 1450.

РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ЭФФЕКТА

Цель работы: исследование влияния разности температур на величину термоэлектродвижущей силы.

Приборы и принадлежности: хромель – алюмелевая термопара, ртутный термометр.

Краткая теория

Если привести два разных металла в соприкосновение, между ними возникнет разность потенциалов, которая называется контактной. Контактная разность потенциалов вызывается тем, что при соприкосновение металлов часть электронов переходит из одного металла в другой. Граница металла является потенциальным барьером, ограничивающим выход электрона во внешнее пространство. Чтобы вырвать свободный электрон из металла, надо совершить определенную работу. Эта величина называется работой выхода и зависит от природы металла. Из-за различия в величине работы выхода и диффузный поток электронов через границу металлов не будет уравновешенным, и металл с меньшей работой выхода зарядится положительно. Подобным образом и различие концентрации свободных электронов в контактирующих металлах приведет к появлению скачка потенциала в месте контакта.

С точки зрения современных представлений, основанных на зонной теории, появление контактной разности потенциалов связано с различной глубиной потенциальных ям (Е_р), в которых находятся электроны у поверхности металлов, и различием уровней Ферми (рис. 4.1,а).

а б

Рис. 4.1. Зонная структура приповерхностных областей металла:

а – металлы не соприкасаются друг с другом;

б – контакт двух металлов.

Условием равновесия между контактирующими металлами является равенство энергий, соответствующих уровням Ферми. Это приводит к изменению положения потенциальных ям (рис. 4.1,б) и образованию контактной разности потенциалов, величина которой определяется первым законом Вольты:

, (4.1)

где A – работа выхода; е – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; Т – температура; n – концентрация свободных электронов в металле.

Если из двух разнородных металлов составить замкнутую цепь (рис. 4.2) и контакты поддерживать при разной температуре Т_A и Т_B , то в цепи пойдет ток.

Рис. 4.2. Контакты металлов при различных температурах в замкнутой цепи.

Причиной появления тока является возникновение термоэлектродвижущей силы. Контактная разность потенциалов, возникающая в спае с большей температурой, окажется больше, чем в холодном. В результате между спаями возникает разность потенциалов, называемая термоэлектродвижущей силой (т.э.д.с.). Величина термоэ.д.с. зависит только от разности температур и свойств металлов. Во многих случаях оказывается, что т.э.д.с. пропорциональна разности температур спаев:

. (4.2)

Величина  называется удельной т.э.д.с. или дифференциальной т.э.д.с. Для металлов величина  порядка десятков мкВ К^–1 и, как правило, слабо зависит от температуры. У полупроводников она на один-два порядка больше и сильно зависит от температуры.

Удельная т.э.д.с. зависит от концентрации свободных электронов в контактирующих материалах. При введении в один из них или в оба примесей, изменяющих эту концентрацию, но практически не влияющих на кристаллическую структуру, изменяется .

Вместе с тем удельная т.э.д.с. является структурно чувствительным параметром, существенно меняющимся при структурных превращениях.

Т.э.д.с. широко используется для измерения температур, контроля состава сплавов, структурных изменений и т.д. Измерение температуры осуществляется с помощью термопары: цепи разнородных проводников, имеющих два контакта-спая. Зная температуру одного спая, можно, замерив величину , определить температуру среды, в которой находится другой спай. Этим пользуются для измерения очень высоких и очень низких температур, а также в случаях, когда нельзя воспользоваться термометром. Для измерения температуры с помощью термопары, ее надо предварительно проградуировать, т.е. определить удельную т.э.д.с. в данном интервале температур. Каждой термопарой можно измерять температуру в определенных пределах, в которых дифференциальная т.э.д.с. данной термопары практически не зависит от температуры. Подобрав соответствующую термопару, можно производить измерения с точностью до сотых долей градуса как при низких, так и при высоких температурах. Если же приходится использовать термопару, для которой удельная т.э.д.с. зависит от температуры ( = f(T)), используются градуировочные таблицы или графики  = f(T). Для измерения низких температур используется пара хромель-алюмель (ХА). Эта термопара градуируется в данной работе.