1.5. Определение удельного заряда электрона

В случае коаксиальных цилиндрических электродов формула (8.11) остается справедливой, однако коэффициент К, преобразуется к виду [1]

, (8.12)

где r – радиус анода, l – длина катода, β² – коэффициент, зависящий от соотношения радиуса анода и катода. Для определения удельного заряда электрона (e/m) поступим следующим образом. Построим вольтамперную характеристику диода в координатах I_a=f(U_a^3/2). В этом случае график зависимости имеет вид прямой линии, а угловой коэффициент будет определяться формулой (8.12). Тогда удельный заряд электрона может быть вычислен при помощи выражения

, (8.13)

где K – тангенс угла наклона экспериментальной прямой в координатах I_a=f(U_a^3/2).

В реальных радиолампах ряд факторов приводит к отклонению от закона трех вторых, что приводит к погрешности при определении e/m:

1. начальные скорости эмиссионных электронов отличны от нуля; это приводит к перераспределению пространственного заряда и электрическое поле у катода не равно нулю;

2. существует контактная разность потенциалов анода и катода;

3. неэквипотенциальность катода (прямой накал);

4. асимметрия системы электродов;

5. наличие остатков газа в лампе.

2. Порядок выполнения работы

В настоящей работе используется лампа с подогревным оксидным катодом. Внешнее поле сильно влияет на величину тока эмиссии такого катода, поэтому у него не наблюдается резкого насыщения анодного тока. Данные радиолампы 2Ц2С: длина катода l=0,9см, радиус анода r=0,95см, ²=0,98.

1. Собрать схему, изображенную на рис. 8.3. Цепь накала подключается к клеммам переменного напряжения 6.3В; R₁=6 Ом. Амперметр измеряет ток накала, миллиамперметр – анодный ток, вольтметр – анодное напряжение.

Рис.8.3. Схема экспериментальной установки

2. Изучить зависимость анодного тока от анодного напряжения, изменяя его от 0 до 100В через каждые 10В при токах накала 0.32, 0.34, 0.36 А.

3. Построить графики зависимости анодного тока от анодного напряжения в степени 3/2 (I_a=f(U_a^3/2)) при разных токах накала.

4. Проанализировать выполнение закона Богуславского-Ленгмюра.

5. По лучшему из графиков определить K и рассчитать величину удельного заряда электрона. Все расчеты выполнять в системе СИ.

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция вакуумных диодов?

2. Поясните эффект термоэлектронной эмиссии.

3. Что такое катодный ток, анодный ток, анодное напряжение?

4. При каких предположениях верен закон «степени трех вторых»?

5. Вывод закона Богуславского-Ленгмюра.

6. При каких токах накала полученные вами кривые ближе к закону трех вторых? Почему?

7. Объясните полную вольтамперную характеристику диода с участком насыщения.

8. Сравните вольтамперные характеристики вакуумного и полупроводникового диодов.

Литература

1. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и в вакууме. М-Л: ГИТТЛ, 1950.

2. Физический практикум / Под ред. В.И.Ивероновой. М.: Физматгиз, 1968.

3. Калашников С.Г. Электричество. 5-е изд. М.: Наука, 1985.

4. Дулин В.Н. Электронные приборы. М.: Энергия, 1977.