electricity Labworks / 2.1-2.8 Электрический ток / Labwork(electricity)2-6

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

Лабораторная работа 2.6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМОЭЛЕКТРОНОВ В ВАКУУМНОМ ДИОДЕ

Цель работы: - экспериментальное изучение распределения по скоростям электронов, покидающих катод вакуумного диода при термоэлектронной эмиссии, сравнение температуры электронного газа с температурой катода, определение контактной разности потенциалов между электродами и глубины потенциального барьера электронного газа в диоде.

Содержание

1.Введение

2.Теория

2.1Вольтамперная характеристика цилиндрического диода

2.2Структура распределения потенциала в диоде

2.3Контактная разность потенциалов

3.Экспериментальная часть

3.1Описание метода

3.2Оборудование

3.3Описание установки

3.4Порядок выполнения работы

4.Задания.

4.1Обработка данных

4.2Определение величины ϕmin

4.3Определение температуры электронного газа по наклону ВАХ

4.4Определение КРП и температуры электронного газа из графика

I/I0 = F(-eU/kT)

5.Контрольные вопросы

6.Приложение

6.1.Параметры диода 2Д3Б

6.2.Работы выхода для некоторых металлов

6.3.К определению температуры вольфрамового катода

6.4.График I/I0 = F(-eU/kT)

7.Литература

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

1. Введение

Распределение электронов по скоростям в металле описывается квантовой статистикой Ферми-Дирака, которая существенно отличается от классической статистики частиц в газе. В электронном вакуумном диоде при термоэлектронной эмиссии катод покидают лишь самые быстрые электроны. Поскольку плотность электронного газа в диодном промежутке много меньше плотности электронов в металле, эмитированные из катода электроны подчиняются статистике Максвелла-Больцмана [1, стр.185]. Для электронного газа в диоде катод фактически является термостатом с заданной температурой, с которым взаимодействует электронный газ. Поэтому можно ожидать, что температура электронного газа должна быть равна температуре катода, если функция распределения электронов не деформируется, например, вследствие неустойчивостей электронных потоков в диодном промежутке. В настоящей работе распределение по скоростям изучается в условиях торможения потенциалом анода теплового электронного потока, эмитируемого катодом. Рассматриваются также распределение потенциала в диоде, контактные потенциалы в металлах и влияние пространственного заряда электронов.

2. Теория

2.1 Вольтамперная характеристика цилиндрического диода. Поверх-

ность нагретого катода характеризуется эмиссионной способностью, которая описывается формулой Ричардсона-Дэшмана ([2], [3]) и определяет поток j0 с поверхности металла тех электронов, кинетическая энергия которых превышает работу выхода w:

Здесь a - константа, определяемая структурой и свойствами металла, теоретическое значение ее для чистых металлов составляет a = 2πmek2/h3 = 60.2 A/(смК) 2 ([4], стр.276), но практически она существенно зависит от вида металла (например, для железа она равна 26, а для цезия 160 A/(смК) 2 [5], стр.121). Соответственно, максимально возможный ток диода с катодом площади S равен I0 = j0S. Здесь k – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка.

В зависимости от температуры катода возможны три режима работы диода: режим ограничения тока диода эмиссионной способностью катода и режим ограничения тока потенциалом анода или потенциалом пространственного заряда электронов в промежутке катод - анод.

Вольтамперная характеристика диода [6, 7] измеряется при постоянном токе накала катода и представляет собой зависимость анодного тока от потенциала анода. Общий вид вольтамперной характеристики показан на

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

рис. 1. На ней выделяются три участка, различающиеся физическими состояниями диода. Потенциал катода примем равным нулю.

I

(1)

I0

(2)

∆U

(3)

Рис.1. Вольтамперная характеристика вакуумного диода.

При больших потенциалах анода U > U0 (участок (1) на рис.1) запирания тока эмиссии не происходит, ток диода близок к ричардсоновскому току насыщения I0 и с ростом потенциала U ток нарастает за счет уменьшения работы выхода электронов из материала катода под действием электрического поля на его поверхности (формула Шотки, [7]).

При U ≤ U0, как будет показано ниже, с уменьшением потенциала анода диод переходит в режим ограничения тока потенциалом объемного заряда (участок (2) на рис.1). Этот переход происходит при U ~ U0 на участке конечного диапазона по потенциалу ~ ∆U (Объясните, с чем связано наличие такой переходной области шириной ∆U ?).

Наконец, при дальнейшем уменьшении потенциала анода ток диода начинает ограничиваться не потенциалом объемного заряда электронов, а потенциалом самого анода U. Это происходит в области U < 0 (участок (3) на рис.1).

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

2.2. Структура распределения потенциала в диоде.

Рассмотрим качественно распределение потенциала в пространстве в диоде для всех трех участков ВАХ на примере плоского диода.

ϕ

U

1

Рис.2. Распределение потенциала в плоском диоде при различных токах и потенциалах анода. I0 – ток эмиссии катода.

1 - 3 - различные токи диода: I1 = I0= 0, I2 = I0 > 0 и I3 < I0 ; 3 - 7 - уменьшение потенциала анода U:

U3,4 > 0, U5 = 0, U6 = ϕ < 0, U7 < ϕ .

Звездочками показано положение минимума потенциала ϕmin(xmin); x = 0 и L - положение катода и анода.

Зададим потенциал анода положительной величиной, U > 0. В отсутствие эмиссии электрическое поле однородно по диодному зазору, а потенциал линейно возрастает по его длине (Рис.2, график 1).

С возрастанием тока эмиссии I0 в диоде появляется пространственный заряд электронов, который уменьшает потенциал в зазоре, электрическое поле E на катоде уменьшается, и при E = 0 происходит переход диода в режим ограничения тока пространственным зарядом (Рис.2, график 2). При

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

этом все эмитируемые катодом электроны все еще достигают анода, I = I0 (I – ток анода). Это состояние диода соответствует участку (1) на рис.1.

С дальнейшим увеличением тока эмиссии в пространстве между катодом и анодом образуется область с отрицательным потенциалом ϕmin< 0 на координате xmin, которая является потенциальным барьером для электронов и ограничивает ток диода величиной I < I0 (Рис.2, график 3). Действительно, в соответствии с распределением Больцмана

n = n0 exp(eϕmin / kT )

(здесь n0 – плотность электронов вблизи поверхности катода, где потенциал равен нулю, e > 0 - элементарный заряд) плотность электронов n в области барьера экспоненциально падает и, соответственно, уменьшается число электронов, проходящих его и достигающих анода, что можно записать так:

где F - функция, учитывающая геометрию диода (F ≡ exp для плоского диода). До тех пор, пока минимум потенциала находится вблизи катода, xmin << L, зависимость тока диода от потенциала анода описывается "законом трех вторых" (участок (2) на рис.1).

Зафиксируем температуру катода и ток эмиссии I0 и будем уменьшать потенциал анода U относительно катода. Уменьшение потенциала U, как показано на рис.2 (графики 3-6), приведет к увеличению величин -eϕmin и xmin . Они возрастают до тех пор, пока координата минимума потенциала не достигнет анода xmin.= L (график 6). При этом "критическом" значении потенциала анода U = ϕ минимум потенциала сравнивается с ним,

ϕmin(L) = ϕ .

Во всех случаях, показанных на рис.2, при U > ϕ запирание тока диода определяется минимумом потенциала ϕmin, который достаточно сложно зависит и от температуры катода, и от потенциала анода. Только в случае

U < ϕ потенциалом, запирающим ток диода, является сам потенциал

анода U, и зависимость тока от потенциала имеет вид

Именно в этой области проведем исследование зависимости тока диода от потенциала анода, и определим температуру электронного газа.

Для анализа распределения по скоростям электронов, эмитированных с катода, достаточно изучить вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в условиях, когда термоэлектронный ток на анод задерживается отрицательным напряжением анода, т.е., при U < ϕ* < 0. Рассмотрим вакуумный диод с коаксиальными электродами, где катод прямого накала расположен по оси цилиндрического анода. Если радиус катода много меньше радиуса анода,

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

Из выражения (8) температуру электронного газа (или катода) можно определить несколькими способами:

1)построив график вольтамперной характеристики диода (ВАХ) в таких переменных, чтобы его наклон определялся температурой электронов, как основным параметром;

2)используя обратную к зависимости (8) функцию F −1 для вычисления температуры

из измеренного отношения I/I0 для любого потенциала из ВАХ (предложено студентом ФФ И.Орловым [6]);

3)численным дифференцированием ВАХ по потенциалу можно, как видно из (8), рассчитать подынтегральное выражение и даже выразить через него явный вид функции распределения электронов по энергиям. Такой метод на практике применяется довольно часто для произвольного вида f(V). Однако, из-за операции численного дифференцирования он в нашем случае значительно уступает по точности первым двум способам, поэтому здесь мы его рассматривать не будем.

Отметим три существенных для дальнейшего рассмотрения обстоятельства.

Первое: в уравнении (8) потенциал анода должен отсчитываться от потенциала катода, а не, например, от потенциала U0 или от потенциала начала запирания тока анодом ϕ !

Второе: ток I0 является током диода при полном отсутствии его запирания потенциалом анода, или потенциалом объемного заряда ϕmin, то есть, "ричардсоновским" током, определяемым эмиссионной способностью катода. Этот ток достигается при достаточно большом положительном потенциале анода (U = U0 на рис.1) в начале участка насыщения тока.

И, наконец, третье: как мы покажем ниже, поскольку катод и анод изготовлены из разных металлов, между ними возникает дополнительная внешняя контактная разность потенциалов, которую также необходимо учитывать при измерениях и обработке.

2.3. Контактная разность потенциалов.

При соединении двух нейтрально заряженных проводников между ними может произойти обмен электронов, в результате чего может возникнуть так называемая контактная разность потенциалов (КРП). Рассмотрим качественно это явление. Для электронов, находящихся в пространстве, проводник представляет собой потенциальную яму, связанную с наличием работы выхода электронов w из него. Глубина потенциальной ямы равна

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

этой работе выхода. Если работа выхода электронов из незаряженных проводников в пространство различна, это означает, что у них глубины ям различаются на разность работ выхода w1 - w2 (Рис.3а).

Для простоты рассмотрим случай отсутствия внешних полей. Тогда электрическое поле и потенциал в пространстве вблизи поверхности незаряженных изолированных проводников равны нулю. Если привести их в контакт, то электроны начнут перетекать в проводник с большей глубиной ямы. При этом глубина потенциальной ямы, а, следовательно, и работа выхода каждого проводника не изменится, поскольку число перетекающих электронов пренебрежимо мало по сравнению с их полным количеством в проводнике. Однако, проводники заряжаются, их потенциалы начинают изменяться таким образом, что энергетические уровни дна ям становятся равными (Рис.3б) и переход электронов прекращается. Это происходит при изменении разности потенциалов проводников на величину

Рис.3. Схема образования контактной разности потенциалов двух металлов UКРП = ∆ϕ12; а) – металлы изолированы, их заряды равны нулю, потенциалы равны; б) – металлы соединены, из-за перетекания зарядов их потенциалы сместились на UКРП .

Соответственно, появляется разность потенциалов пространства вблизи поверхностей на эту же величину. Она и называется внешней контактной разностью потенциалов проводников, которую, собственно, и "чувствуют" находящиеся в вакууме электроны. Появление КРП иллюстрируется на рис.3, где показаны потенциальные ямы для электронов (а) изолированных проводников и (б) находящихся в контакте. Проводник с большей

работой выхода приобретает более отрицательный внешний потенциал.

В вакуумном диоде, так как анод и катод изготовлены из различных материалов, контактная разность потенциалов между ними отлична от нуля. У используемого в работе диода 2Д3Б катод изготовлен из торированного карбидированного вольфрама (т.е., вольфрама с примесью тория и углеро-

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

да) с работой выхода около 2.6 эВ1, а анод - из никеля (работа выхода около 4.5 эВ). Это означает, что при подсоединении анода к катоду, т.е., при равном нулю напряжении на аноде, измеряемом вольтметром, Uизм = 0, анод изза наличия КРП имеет отрицательный внешний потенциал относительно катода. Для компенсации контактной разности потенциалов к аноду необходимо приложить относительно катода от источника ЭДС положительный потенциал, равный по величине КРП. Обозначим его с индексом "0"

поскольку при Uизм = U 0изм внешняя разность потенциалов между катодом и анодом становится равной нулю.

Это означает, что запирающее напряжение в диоде U необходимо

отсчитывать от значения U 0изм, а именно: U = Uизм - U 0изм . В случае дио-

да 2Д3Б запирающее напряжение в диоде U предположительно необходимо отсчитывать от измеряемого значения U0изм ~ (4.5 - 2.6) = + 1.9 Вольт! Реальное же значение UКРП существенно зависит от состояния катода и от того, насколько гуманно он эксплуатировался.

Пережог катода может приводить к потере поверхностным слоем вольфрама полезных примесей и увеличению его работы выхода, что приведет к уменьшению величины U0изм . Однако, в любом случае она не может стать заметно меньше нуля, так как работы выхода электронов у чистых вольфрама и никеля практически равны (см. приложение 6.2).

3. Экспериментальная часть.

3.1.Описание метода. Для определения температуры электронного газа в диоде применяется метод задерживающего потенциала анода, создающего потенциальный барьер, пропускающий на анод только ту часть электронов, полная энергия которых больше высоты потенциального барьера. Обработка вольтамперной характеристики анода позволяет найти температуру электронов.

3.2.Оборудование (Рис.4): генератор переменного тока Г3-109 или Г5-54 (1), стабилизированный источник Б5-44 или Б5-49 (2), миллиамперметр переменного тока Э-59 (3), цифровой микроамперметр ВТ-21А с фильтром низких частот или вольтметр Aligent 34401 с дополнительным шунтом (4) (см.стр.18), сборка с вакуумным диодом 2Д3Б (5), резистором R ~ 240 Ом

(6) и полупроводниковым диодом (7), осциллограф.

1 Для работы выхода электронов из катода диода 2Д3Б точных данных нет, есть данные только на торированный вольфрам (w ~ 2.63 эВ [5], с.121 и [8], с.445) и карбид вольфрама W2C (w ~ 2.6-4.58 эВ [3], с.569)

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

3.3. Описание установки. Электрическая схема установки приведена на рис.4.

В диоде 2Д3Б катод прямого накала нагревается переменным током, вырабатываемым генератором (1). Однако, при пропускании тока накала катод оказывается неэквипотенциальным: возникает разность потенциалов между различными участками катода, которая сравнима по величине с потенциалом анода. Это не позволяет получить правильную ВАХ при протекании тока накала. Для преодоления этого затруднения используется следующий прием. В цепь накала включен полупроводниковый диод (7) и ре-

Рис. 4. Схема для получения вольтамперной характеристики вакуумного диода.

зистор (6), так что катод нагревается однополупериодными импульсами тока. На резисторе (6) в фазе прохождения тока накала появляется падение напряжения, которое оказывается приложенным между катодом и анодом и имеет такую полярность, что анодный ток прекращается. Таким образом, анодный ток протекает только в промежутках между импульсами тока накала, когда катод можно считать эквипотенциальным. Частота сигналов генератора составляет несколько сотен герц, и в промежутках между импульсами катод не успевает заметно остыть. Для нагрева катода можно также использовать генератор прямоугольных импульсов, задавая, например, частоту генерации 500 Гц и длительность импульсов 1 мсек.

Среднее значение анодного тока измеряется микроамперметром (4). Форма импульсов тока накала и анодного тока может быть проконтролиро-

вана с помощью осциллографа. Внимание! Ток накала катода не должен

превышать 100 mA !

3.4. Порядок выполнения работы. Соберите схему (Рис.4) и убедитесь в правильной полярности подключения п/п диода (7) в цепи накала. После

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

проверки схемы преподавателем установите на генераторе (1) частоту 400500 Гц и, увеличивая амплитуду выходного сигнала генератора, установите ток накала Iн = 80 mA. Измерьте ВАХ диода I(U) по точкам в интервале

6 В < Uизм < 30 В через 3 В, в области 2 В < Uизм < 6 В через 0.5 В и в области Uизм < 2 В через 0.1 В до потенциала, соответствующего минимально

возможному значению анодного тока (~ 1 - 10 нА), ограниченному чувствительностью приборов или шумами. При выполнении этой части задания необходимо поменять полярность включения источника напряжения Ua (2). Эти измерения следует повторить для токов накала 90 и 100 mA. Результаты измерений внесите в EXCELL в виде таблицы, аналогичной приведенной ниже:

Схема оформления результатов измерений.

27…

……

6 …

5,5 …

……

……

0 …

,,,…

I0, µA …

4. Задания.

4.1. Обработка данных. Для каждой таблицы постройте в EXCELL следующие графики:

1)зависимость выходного тока от потенциала анода в линейном масштабе (ВАХ). Определите из нее ток насыщения I0, внесите его в таблицу.

2)рассчитайте и занесите в таблицу отношение Ian/I0;

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

3) используя график приложения 6.4, внесите в таблицу значения обратной функции x = F-1 для всех токов в области Uизм < 2 В;

4) задав предполагаемое значение U0изм, например, U0изм= -UКРП = 1.9 В, рассчитайте в таблице для каждого потенциала Uизм < U0изм температуру катода как T = e(U0изм - Uизм)/F-1, постройте график Т(Uизм - U0изм).

5) для заданного U0изм рассчитайте в таблице значения функции

B= ln(Iан/sqrt(U0изм - Uизм)) для Uизм < U0изм , постройте график B(Uизм - U0изм).

6)подберите такое значение U0изм , при котором на участке запирания тока анода расчетная температура катода не зависит от потенциала Uизм .

4.2. Определение величины ϕmin. Для удобства и облегчения численных оценок величин температуру электронного газа будем выражать в специальных энергетических единицах - электрон-вольтах. Для пересчета используем соотношение

1 эВ = 1.6·10-12 эрг = 1.6·10-19 Дж 11600 К.

Как следует из формулы (8), анодный ток можно представить состоящим из двух слагаемых. Интеграл в (8) становится меньшим первого (экспоненциального) члена в ~ 10 раз и более (чтобы им можно пренебречь) при

η = −eU * / kT ≥ 2. Так как температура катода в диоде близка к 2000 К,

или, с учетом контактной разности потенциалов 1.9 В, это происходит при измеряемом напряжении Uизм < U*изм < (1.9-0.8) ~ +1.1 В.

Поэтому, если запирание тока диода определяется потенциалом анода (U < ϕ , формула (3)) и если U < U*, ВАХ диода (8) имеет простой вид зависимости тока от запирающего напряжения

которая в полулогарифмическом масштабе является линейной функцией

Характер отклонения реальной ВАХ от этой зависимости указывает на причину отклонения. Если при увеличении потенциала ток диода становится меньше значения, описываемого формулой (13) (ток отклоняется "вниз" в полулогарифмическом масштабе), начало отклонения "вниз" от линей-

ной зависимости (14) соответствует граничному потенциалу

U = ϕ . Действительно, при U > ϕ имеет место запирание тока электронов не потенциалом анода U, а большим по высоте потенциальным барьером с потенциалом ϕmin. Это приводит к снижению логарифма тока по сравнению со значением, описываемым в (14). Напомним также, что в формулах (13) -

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

(14) потенциал U должен отсчитываться от UКРП, точное значение которого

нам неизвестно: U = Uизм – U 0изм = U + UКРП . Поэтому для нахождения температуры электронного газа и влияния этой неопределенности на погреш-

ность ее вычисления правильно будет построить несколько зависимостей (14) с разными U0изм (например, 1.9, 1, и 0 В) и сравнить получаемые из них температуры.

В обратном случае, когда ток диода при увеличении потенциала становится больше, чем в (13), это означает, что еще до достижения потенциала U = ϕ в ток диода помимо экспоненциального члена начинает давать вклад интегральное слагаемое (см. формулу (8)). При обработке реальной ВАХ такое нарастание тока "вверх" от линейной зависимости (14) возникает из-за наличия особенности U = 0 под логарифмом. Оно происходит при приближении потенциала анода к потенциалу катода меньше, чем на ~ 0.8 В

(нарушается условие (12)). Следовательно, в этом случае запирающий

потенциал остается близким к потенциалу анода во всем диапазоне

U < 0, что означает ϕ ~ - 0.8 ÷ 0 В.

B

(2)ϕ

Uизм= 0 U0изм

Рис.5. Характерные точки ВАХ в координатах (Uизм, B = ln[I/(-Uизм+U0изм)1/2])

Общий вид вольтамперной "теоретической" характеристики диода, построенной в полулогарифмических координатах, приведен на рис.5. Точка начала отклонения графика от линейной зависимости (участок (2) на рисунке) отмечена цифрой (1). Здесь приведены также характерные потенциалы: U0изм = - UКРП , фактически являющийся началом отсчета остальных потенциалов; "критический" потенциал ϕ , соответствующий окончанию линейного участка ВАХ (намеченного далее пунктиром); потенциал U*, начиная с которого возрастает вклад в ВАХ интегрального слагаемого в (8). Участок

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

нарастания тока в области U > 0 соответствующий "закону 3/2" и дальнейшему выходу тока анода на насыщение, формулами (8) и (12) – (13) не описывается из-за появления отрицательного значения под корнем и на рисунке отсутствует.

4.3. Определение температуры электронного газа по наклону ВАХ. По-

стройте график B(U )=ln(I(U ) / −U ), где U = Uизм - U0изм, и приняв U0изм равным предполагаемому из табличных данных значению 1.9 В, а затем 1 В и 0 В. Наклон линейного участка ВАХ (участок (2) на рис.5) позволяет определить температуру электронов, как kT = ∆eU/∆B. Оцените погрешность проведения прямой через экспериментальные точки, а также погрешность, связанную с неопределенностью U0изм. Сравните полученную температуру с температурой катода, получаемой из графика приложения 6.4 (Рис.6). Температуру катода прямого накала (прямой нити) можно рассчитать по величине тока накала IH и диаметру катода d: она является однозначной функцией параметра IН/d 3/2 (докажите правильность этого утверждения).

4.4. Определение КРП и температуры электронного газа из графика

I/I0 = F(-eU/kT). Поскольку ток I0 представляет собой незапертый ("ричардсоновский") ток диода, его следует определить как ток насыщения в положительной ветви ВАХ при U > 0 (см. рис.1). Далее, для каждой точки ВАХ, находящейся на участке запирания тока потенциалом анода U < ϕ (что соответствует прямолинейному участку (2) графика рис.5), из тока диода по графику I/I0 = F(-eU/kT) приложения 6.4 находим значение аргумента - eU/kT, а из него - температуру газа T. Напомним, что запирающий потенциал анода U, как и ранее, следует отсчитывать от значения U0изм , которое сначала положим равным теоретическому U0изм = 1.9, а затем 1.0 и 0 В. Таким образом можно построить график T(U) для потенциалов всех точек ВАХ с U < ϕ . Если величина U0изм была выбрана правильно, то значение вычисленной температуры не должно зависеть от U. Таким образом,

внешнюю контактную разность потенциалов можно определить по напряжению U 0изм, при котором в области U < ϕ зависимость T(U) отсутствует.

Сравнивая графики T(U), можно приближенно найти UКРП и температуру электронов. Сравните ее с температурой, определенной по наклону ВАХ. Оцените ошибку определения температуры электронного газа Т таким способом.

5.Контрольные вопросы.

1.Оцените, при каких значениях R и Iн запирание тока анода при прохождении тока накала катода будет эффективным. Оцените ошибку, вызванную недостаточным запиранием тока анода.

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

2.Оцените изменение температуры нити катода за время, когда ток накала заперт диодом (7) (Рис.3).

3.Как при U > ϕ из экспериментального графика (в координатах

рис.5) найти минимум потенциала ϕmin для каждого потенциала анода?

6.Приложение

6.1.Параметры диода 2Д3Б.

ra = 7·10 -2 см - радиус анода; rк = 10 -3 см - радиус катода; lk = 1.3 см - длина катода;

Uн ~ 2 В - номинальное напряжение накала;

Iн ~ 100 мА - номинальный (не превышать!) ток накала;

6.2.Работы выхода для некоторых металлов в поликристаллическом состоянии ([3], стр.568, [8], с.445).

Лаб. работа 2-6. Температура электронного газа в вакуумном диоде.

6.3. К определению температуры вольфрамового катода (одиночная нить) по величине тока накала и диаметру катода

Рис.6. Зависимость Tc (IH/d3/2) Ток накала IН - в амперах, диаметр катода d - в сантиметрах. Данный график получен прямым измерением температуры одиночной вольфрамовой нити.

7.Литература

1.Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. Новосибирск; Издательство НГУ, 2000. -608 с.

2.Физические величины. Справочник / Под ред.И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. -1231 с.

3.Методы физических измерений / Под ред.Р.И. Солоухина. Новосибирск: Наука. Сиб. Отделение, 1975. -250 с.

4.Эберт Г. Краткий справочник по физике, ФизматГИЗ, М.:1963. -551 с.

5.Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике.

М.: Наука, 1980. -207 с.

6.И. Орлов. Изучение распределения термоэлектронов по скоростям. Курсовая работа, Электромагнитный практикум физического факультета НГУ, Новосибирск, 2001 г.

7.Описание лабораторных работ. Часть 3. Электричество и магнетизм. Новосибирск: НГУ, 1988. -116 с.

8. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. -1004 с.

9.Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. М.: Наука, 1968. - 344 с.

17