IV. Содержание отчета.

Отчет по работе составляется в произвольной форме и должен содержать:

1. Краткое описание работы.

2. Расчетные формулы.

3. Электрическую схему.

4. Экспериментальные данные.

5. Графики I_a=f(I_C), ΔI_a=f(I_C)..

6. Результаты расчета.

7. Выводы.

V. Контрольные вопросы:

1. Что такое удельный заряд?

2. Что называется силой Лоренца? Почему сила Лоренца не совершает работы при перемещении заряженной частицы?

3. Как ведут себя заряженные частицы, влетающие в магнитное поле?

4.Объяснить закономерности одновременного действия магнитного и электрического полей на движение электрона.

5. Объяснить, как определяются направления векторов и в данной работе.

6. Вывести расчетную формулу для определения магнитной индукции соленоида.

7. Объяснить смысл критического значения индукции магнитного поля.

8. Как влияет электрическое поле на кинетическую энергию электрона?

9. Вывести расчетную формулу для определения величины удельного заряда .

10.Работа выхода электрона из металла равна 2,5 эВ. Определите скорость вылетающего из металла электрона, если он обладает энергией 10^-18 Дж.

11.Определите температуру, соответствующую средней кинетической энергии поступательного движения электронов, равной работе выхода из вольфрама?

12.Электрон обладая скоростью 10 Мм/с, влетел в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции. Индукция магнитного поля 0,1 мТл. Определите нормальное ускорение электрона.

13.Протон, ускоренный разностью потенциалов 0,5 кВ, влетая в однородное магнитное поле с магнитной индукцией 2мТл, движется по окружности. Определите радиус этой окружности.

14. Протон и электрон, имеющие одинаковую скорость, попадают в однородное магнитное поле, индукция которого перпендикулярна скорости зарядов. Как будут отличаться траектории заряженных частиц?

2.10 Изучение вакуумного диода и определение удельного заряда электрона.

Цель работы: исследовать вольтамперные характеристики вакуумного диода и определить удельный заряд электрона.

I. Теоретическое введение.

Если два электрода поместить в герметичный сосуд, и удалить из него воздух, как показывает опыт, электрический ток в вакууме не возникает. Причина заключается в том, что в вакууме нет заряженных частиц, спо­собных переносить электрические заряды от одного электрода к дру­гому. Заряженные частицы — элект­роны и положительно заряженные ионы — есть в каждом из электро­дов, но они не могут выйти в ва­куум, так как удерживаются сила­ми кулоновского притяжения друг к другу.

Для освобождения электрона с поверхности твердого тела нужно совершить работу против сил элект­ростатического притяжения, дейст­вующих на отрицательный электрон со стороны положительно заряжен­ных атомных ядер. Работа, которую нужно совершить для освобождения электрона с поверхности тела, называется работой выхода. Работа вы­хода обычно выражается в электрон-вольтах и для большинства метал­лов лежит в пределах от 2 до 6 эВ. Например, для цезия она равна 1,8 эВ, для серебра 4 эВ, для никеля 4,9 эВ.

Американский ученый и изобрета­тель Т. А. Эдисон в 1879 г. обнару­жил, что в вакуумной стеклянной колбе может возникнуть электриче­ский ток, если один из находящихся в ней электродов нагреть до высокой температуры.

Явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел называется термоэлектронной эмиссией.

Явление термоэлектронной эмис­сии объясняется тем, что при по­вышении температуры тела увеличи­вается кинетическая энергия некото­рой части электронов в веществе. Если кинетическая энергия электро­на превысит работу выхода, то он, может преодолеть действие сил при­тяжения со стороны положительных ионов и выйти с поверхности тела в вакуум.

Термоэлектронная эмиссия на­поминает процесс испарения жид­кости или твердого тела с той разницей, что с нагретого металла, испаряются электроны, а из жид­кости — нейтральные молекулы. Под действием электрического поля между диском и нагретой спиралью элек­троны свободно движутся в вакуу­ме — это и есть электрический ток. На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа различных электронных ламп.

Про­стейшей электронной лампой являет­ся вакуумный диод. Он представляет собой вакуумированный баллон, обычно стеклянный, в котором нахо­дятся два электрода — анод и катод (рис.1). Катодом лампы служит проволочная спираль с двумя выводами для подключения к источнику тока, либо цилиндр из тонкой фольги, внутри которого находится спиральная нить накала. Второй электрод – анод – представляет собой металлический диск, находящийся над катодом, ли­бо цилиндр, на оси которого находит­ся катод.

При подключении выводов нити накала к источнику тока катод нагре­вается, и с его поверхности испуска­ются свободные электроны. При отсутствии электрического поля между катодом и анодом лишь небольшая часть электронов, испускаемых като­дом, достигает анода. Большинство вылетающих из катода электронов возвращаются на катод под действи­ем сил электростатического отталки­вания со стороны электронов, ранее вылетевших с катода и образующих вокруг него «электронное облако». При подключении положительно­го полюса источника постоянного то­ка к аноду и отрицательного полюса к катоду электроны, испускаемые на­гретым катодом, движутся под дейст­вием электрического поля через ва­куум к аноду — в цепи течет электри­ческий ток.

Для управления действием элект­ронных приборов необходимо знать зависимость силы тока от приложен­ного напряжения. График зависимости силы тока от напряжения называется вольт-амперной характеристикой ва­куумного диода (рис.2).

Катод при данной тем­пературе ежесекундно испускает од­но и то же число электронов, неза­висимо от приложенного напряже­ния.

При малом напряжении между электродами анода достигает лишь часть электронов. По мере увеличения анодного напряжения все большее число вылетающих электро­нов может преодолеть силы оттал­кивания и достигнуть анода. Сила тока увеличивается, и электронное облако постепенно рассасывается. Нужно вполне определенное напря­жение, чтобы все электроны, вылетающие из катода, достигли анода. Дальнейшее увеличение напряжения уже не может вызвать роста силы тока: наступает насыщение.

Чем выше температура катода, тем больше число электронов, вылетающих еже­секундно из него, тем больше, следо­вательно, сила тока насыщения (на рис. 2 Т₂ >Т₁).

Через диод ток может протекать только тогда, когда нить накала яв­ляется катодом. При перемене полю­сов ток в цепи пре­кращается. Поэтому вакуумный диод, включенный в цепь переменного тока, превращает переменный ток в ток постоянного направления. Это свойство диода используется в выпрямите­лях.