Методика измерений

Измеряя на опыте зависимость тока насыщения от температуры, можно определить работу выхода для данного металла. В нашем случае для определения работы выхода используется метод прямых Ричардсона. Прологарифмируем уравнение (9.3):

(9.4)

График зависимости от является прямой линией с угловым коэффициентом (рис.9.5). Определив тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс, можно найти работу выхода:

. (9.5)

Для построения графика необходимо знать плотность анодного тока насыщения j_нас и температуру катода. Температуру можно найти разными способами:

а) Подводимая к катоду мощность расходуется в вакуумной лампе в основном на тепловое излучение. Для вольфрама была экспериментально определена зависимость температуры катода от расходуемой на его нагрев

джоулевой мощности, приходящейся на единицу площади поверхности катода. На графике (рис. 9.8), который прилагается к работе, приведены результаты этих измерений. По этому графику, зная мощность, подводимую к катоду, можно определить его температуру.

б) По температурной зависимости сопротивления катода:

, (9.6)

где – сопротивление катода, нагретого до тем­пе­ра­ту­ры Т, R_o=1.5 Ом – со­про­тив­ле­ние ка­то­да при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре; Т₀= 300 К.

Экспериментальная часть

ВАРИАНТ 1 (ФПЭ-06 – новая установка)

Приборы и оборудование: ип – источник питания, фпэ-06 – модуль “Определение работы выхода”, pv – вольтметр (прибор ф-214 1/2), pa – амперметр (прибор ф-214 1/4). Экспериментальная установка

Э лектрическая схема для проведения опыта представлена на (рис. 9.6 и 9.7). В качестве диода в работе используется радиолампа с вольфрамовым катодом прямого накала. Нагрев катода осуществляется постоянным током. Амперметр и вольтметр в цепи накала служат для определения мощности, расходуемой на нагрев катода, что необходимо для определения температуры.

Амперметр на панели источника питания служит для контроля тока накала I_Н, максимальное значение которого не должно превышать 2.2 А. Плавная регулировка напряжения накала осуществляется ручкой, расположенной под амперметром. Напряжение накала U_Н измеряется вольтметром (PV), который подключается к тем клеммам на источнике питания, где указано напряжение 2,5–4,5 В. Вольтметр на панели источника питания измеряет анодное напряжение U_А, регулировка которого осуществляется ручкой на панели источника питания, расположенной непосредственно под вольтметром. Для измерения анодного тока I_Н используется амперметр, который подключается к модулю ФПЭ-06 к клеммам РА. Он должен работать в режиме миллиамперметра, измеряя ток до 20 mA.

Порядок выполнения работы

1. Подключить модуль ФПЭ-06 соединительным кабелем к источнику питания.

2. Установить напряжение накала U_Н равным 3.7 В, измерить и записать силу тока накала I_H и, увеличивая анодное напряжение в интервале от 10 до 100 В через каждые 10 В, измерять значение анодного тока I_А. Все результаты записать в табл. 9.1.

Таблица 9.1

UH=3.7 B, IH= А		UH=3.9 B, IH= А		UH=4 B, IH= А		UH=4.2 B, IH= А		UH=4.3 B, IH= А
UA, B	IA, A	UA, B	IA, A	UA, B	IA, A	UA, B	IA, A	UA, B	IA, A
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100

3. Провести измерения (пункт 2) для следующих значений напряжения накала U_Н: 3.9; 4.0; 4.2; 4.3 В.

4. Для каждого значения тока накала построить вольтамперную характеристику и точку перегиба полученной кривой считать точкой насыщения.

5. Для всех значений напряжения накала рассчитать мощность, выделяемую на катоде, по формуле: ,а также мощность, приходящуюся на единицу площади катода: . Для данной лампы площадь поверхности катода принять S_n=3.5210^-2 см².

6. По графику (рис. 9.8) зависимости температуры катода от расходуемой на его нагрев мощности определить температуру катода для каждого значения мощности нагрева.

7. Рассчитать плотность анодного тока насыщения по формуле , принять S=1110^-6 м².

8. Все полученные данные занести в табл. 9.2.

Таблица 9.2

№ п/п	IНАС, мA	IH, A	UH, В	P/Sn, Bт/см2	Т, К	1/Т, К-1	jНАС, мA/м2
1
2
3
4
5

9. Построить график зависимости от (1/Т), откладывая по оси абсцисс х=(1/Т), а по оси ординат – (рис.9.5).

10. Определить тангенс угла наклона α полученной прямой к оси абсцисс:

и рассчитать работу выхода по формуле (9.5): . Все данные занести в таблицу 9.3.

11. Сделать выводы.

Таблица 9.3

	, К-1	, К	, Дж	, эВ

ВАРИАНТ 2 (старая установка)

Приборы и оборудование: ва­ку­ум­ный ди­од, циф­ро­вые при­бо­ры Щ4313 для из­ме­рения то­ков и на­пря­же­ний, по­тен­цио­мет­ры, ис­точ­ник по­сто­ян­но­го то­ка.