Хід роботи

1. Ознайомитися з розташуванням та призначенням органів управління приладу Е12-1 А, користуючись інструкцією до приладу.

1. Підключити головні телефони та з'єднувальні проводи, ввімкнути живлення приладу і дати йому прогрітися протягом 3...5 хвилин. Провести настройку еталонного генератора.

2. Виміряти ємність конденсатора при декількох значеннях відстані між пластинами конденсатора. Порівняти її з ємністю, одержаною за формулою: .

4. Ввести між пластинами діелектрик і , зафіксувавши їх, виміряти ємність конденсатора С₁. Вийняти діелектрик, виміряти ємність конденсатора без діелектрика С₂. Розрахувати відносну діелектричну проникність даного діелектрика ( С₁/С₂).

5. Провести такі ж вимірювання для інших двох діелектриків. Дані вимірювань занести к таблицю:

№ п/п	Діелектрик	С1, пФ	С2, пФ
1.
2.
3.
4.

6. Виміряти за допомогою приладу Е12-1А дані в роботі еталонні ємності.

7. З’єднати еталонні ємності послідовно, виміряти ємність і порівняти її з результатом, розрахованим по формулі .

8. Виміряти ємність паралельно з’єднаних конденсаторів і порівняти результат з розрахованим по формулі С = С₁ + С_2.

Контрольні запитання

1. Поняття ємності конденсатора, діелектричної проникності.

1. Полярні та неполярні діелектрики (означення).

2. Ємність при послідовному та паралельному з’єднанні.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ТЕМА: Вивчення вакуумного діода і експериментального визначення роботи виходу електрона з металу

Мета роботи: Ознайомитися з будовою вакуумного діода, експериментально одержати сімейство вольт-амперних характеристик, розрахувати по одержаним характеристикам внутрішній опір та крутизну діода.

Прилади та матеріали: діод на панелі; джерело живлення ~6,ЗВ, 250В; реостат 6 Ом: реостат 30 Ом; вольтметр до 60 В; міліамперметр 10 мА; амперметр змінного струму до 2,5 А; з'єднувальні проводи.

Теоретичні відомості

Для протікання електричного струму необхідно виконання двох умов: а) наявність електричного поля, б) наявність вільних носіїв заряду.

В вакуумному діоді, що являє собою двохелектродну лампу, носіями можуть бути лише вільні електрони. Джерелом вільних електронів може бути розжарена металічна поверхня, з якої проходить термоелектронна емісія.

О дин із електродів діода виготовляється у вигляді нитки, котра може бути розжарена протікаючим по ній струмом (струмом розжарення), другий електрод виготовлений у вигляді циліндра, що охоплює нитку. Така форма електродів дозволяє повністю використовувати електрони, які вирвалися з катоду.

Якщо підключити гарячий електрод до катоду, а холодний - до аноду, електрони будуть переноситися електричним полем до аноду і прийдуть у впорядкований рух, тобто потече електричний струм. Зворотне включення не приводить до появи електричного струму, тому що із холодного електрода емісії немає, а емітовані гарячим електродом електрони за короткий час будуть повернуті електричним полем назад. Ця важлива властивість діода одержала назву односторонньої провідності або вентильного ефекту, а електроди лампи одержали назву анод і катод - по полярності пропускного підключення джерела.

В лампі повинен бути створений високий вакуум, при якому довжина вільного пробігу електронів більша, ніж розміри балону лампи. На схемах діод позначається наступним чином:

1- анод діода;

2- катод прямого розжарення;

3- катод непрямого розжарення;

4- підігрівач катода.

Для струму, що проходить через діод, закон Ома не виконується. Залежність анодного струму від анодної напруги одержала назву вольт-амперної характеристики (ВАХ) діода.

На мал.2 зображено сімейство вольт-амперних характеристик лампи для різних температур катода.

При великих напругах на аноді всі електрони, що вилетіли з катоду, приймають участь в переносі заряду, і анодний струм не залежить від анодної напруги. Наступає так зване насичення анодного струму лампи. Струм насичення залежить від температури. Така залежність в класичній фізиці описується законом Річардсона:

де В - стала термоелектронної емісії,

Т - абсолютна температура катоду,

А - робота виходу електронів з матеріалу катода,

k - стала Больцмана.

З двох множників, що залежать від температури, більший вплив на густину струму насичення здійснює експонента.

З урахуванням квантових уявлень про природу електронного газу, густина насичення опишеться формулою Дешмана:

Різниця між двома законами і їх відхилення від експерименту менше 1%, тому часто говорять, що залежність струму насичення від температури описується формулою Річардсона-Дешмана:

в якій множник, що слабо впливає на струм насичення, ввели в константу.

При малих напругах на аноді, коли всі емітовані електрони перенесені полем, навколо катоду утворюється електронна хмара, що являє собою просторовий заряд між катодом та анодом. Режим роботи діода, при якому існує електронна хмара, одержав назву струму, обмеженого просторовим зарядом (СОПЗ).

Дослідженнями ВАХ діода в режимі СОПЗ займався Богуславський, який довів, що для плоских катода та анода струм підлягає закону:

Пізніше Ленгмюром була доведена істинність цього закону для будь-яких конфігурацій електродів і цей закон одержав назву закону трьох других або формули Богуславського-Ленгмюра.

Постійна k в формулі визначається геометрією лампи і не залежить від температури. Тому початкові ділянки ВАХ лампи для різних температур катодів співпадають. По співпадаючих ділянках ВАХ лампи визначають характеристики лампи. Найважливішими характеристиками лампи вважають внутрішній опір та крутизну. Внутрішній опір визначається по формулі:

а крутизна - є величина обернена:

Оскільки ВАХ діода криволінійна, і R_i і S являються диференційними характеристиками, тобто залежать від анодного струму, то для діода