Экспериментальная часть

Исследование термоэлектронной эмиссии осуществляется с помощью вакуумного диода, схематическое устройство которого показано на рис.3. Проволока К из вольфрама с по­крытием (катод) окружена цилиндрическим анодом А и помещена в вакуумный бал­лон Б.

Рис. 3. Схематическое устройство вакуумного диода. К - катод, А - анод, Б - вакуумный баллон

Катод нагревается до требуемой температуры током накала. Если, поддерживая температуру накаленного катода постоянной, менять напряжение U_a между анодом и катодом, то термоэлектронный токI_aсначала будет возрастать. Однако это возрастание идет не пропорциональноU_a, т.е. для вакуумного диода закон Ома не выполняется. При достижении определенного напряжения дальнейшее нарастание термоэлектронного тока практически прекращается и ток достигает предельного значенияI_нас, называемоготоком насыщения. Зависимость анодного токаот анодного напряженияU_aдля ряда температур (вольт-ампер­ная характеристика) показана на рис.4.

Наличие тока насыщения имеет следующее объяснение. Его величина определяется количеством электронов, которое покидает поверхность катода в единицу времени (т.е. температурой катода). Если электрическое поле между анодом и катодом способно отвести все электроны, испускаемые катодом, то дальнейшее увеличение анодного напряжения U_aуже не может привести к увеличению термоэлектронного тока.

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики вакуумного диода. Температуры катода

При малых напряжениях между катодом и анодом ток практически не зависит от темпера­туры катода и подчиняется так называемому закону трёх вторых, т. е. в этом слу­чае(кри­волинейный пунктир на рис.4). При дальнейшем увеличении напряжения ток насыщения растет очень незначительно. Зави­симость тока насыщенияот температуры и работы выхода определяется формулой Ри­чардсона-Дэшмана :

, где= 1,3810^23Дж/Кпостоянная Больцмана,а некоторая константа, завися­щая от свойств конкрет­ного металла.

Прологарифмировав последнее равенство, получим

.

Таким образом, зависимость отлинейная. Угловой коэффициент пря­мойпозволяет оп­ределить работу выходаА = еиз экспериментальных вольт-амперных характеристик вакуумного диода, что является целью данной работы.

Температуру катода можно определить, воспользовавшись зависимостью сопротив­ления ка­тода от температуры. В исследуемом диапазоне температур эту зависимость с достаточной точ­ностью можно считать линейной:

. (1)

Здесь t температура вС,сопротивление катода приt= 0С,температурный коэффициент сопротивления материала катода. По закону Ома сопротивление катода

, (2)

где ток накала,напряжение накала. Из (1) и (2) легко определить абсолютную тем­пературу катода:

(3)