Лабораторный практикум по курсу "Физика плазмы" (Лабораторные работы № 1-3. Определение радиального профиля температуры в плазме дугового разряда. Определение температуры дуговой плазмы методом относительных интенсивностей), страница 8

Рис. 2.4. Теоретическая зависимость напряженности электрического поля в трубке от параметра Pd.

Таблица 2.2

Зависимость T_e от параметра Pdдля разряда в аргоне, в виде зависимости безразмерной величины F=k_BT_e/I^* от значения комплекса X=3.79 10⁵ (Pd)², приведена на рис. 2.5. В Таб. 3 та же зависимость дана численно. Здесь I^* – энергия однократной ионизации атома, для аргона I^*≈16 эВ. По известному значению Pd по рис.2.5 или с помощью Таблице 2.3 следует найти теоретическое значение температуры электронов T_e для разряда, горящего в режиме Шоттки.

Таблица 2.3

Рис. 2.5. Теоретическая зависимость величины F=k_BT_e/I^* от комплекса X=3.79 10⁵ (Pd)².

После того, как по величине Pd определены теоретические значения E и T_e, подставив эти величины в уравнение (2.4), следует определить τ –  время потери импульса электронами при столкновениях с тяжелыми частицами.

2.6. Обсуждение погрешности эксперимента

Так как в ходе лабораторной работы не имеется возможности получить достаточно большой массив экспериментальных данных, позволяющий провести оценку погрешности путем соответствующей процедуры осреднения, то оценку погрешности эксперимента следует провести простейшим способом.

Ошибка в измерении параметра Холла может быть оценена как:

.

Ошибка же в измерении напряженности электрического поля определяется погрешностью измерения напряжения между зондами δU и погрешностью измерения расстояния δl ~ 1 мм  между ними,

.

Погрешность в измерении времени потери импульса можно определить как

.

Погрешность измерения индукции магнитного поля δB складывается из погрешности приборов; погрешности тарировочной зависимости, устанавливающей связь между током в обмотке магнита и индукцией магнитного поля в зазоре между его полюсами, где и установлена разрядная трубка; погрешности, связанной с пространственной неоднородностью распределения поля в зазоре. Суммарная погрешность δB/B оценивается в 30 %.

При расчете погрешности времени потери импульса τ, определяемого через уравнение энергии (4), при определении температуры электронов по расчетной методике для разряда, горящего в режиме Шоттки, следует учесть, что многие механизмы потери энергии в нем не принимаются во внимание. В первую очередь, не учтены потери за счет теплопроводности на стенки и неупругие потери. Поэтому результаты сопоставления значений времени потери импульса, полученного из измерения параметра Холла и рассчитанного из уравнения баланса энергии, могут весьма сильно различаться. Значение τ, полученное из измерений параметра Холла, следует считать более точным.

2.7. Отчет о работе

Отчет должен содержать следующие материалы:

1.  Схему лабораторной установки и краткое описание методики проведения эксперимента.

2.  Протокол наблюдений разности напряжений между зондами 1-2 (продольная разность потенциалов, по оси x) и 3-4 (поперечная разность потенциалов, по оси y) в зависимости от величины тока, текущего в обмотках магнита.

3.  Полученный в результате обработки измерений график зависимости E_y/E_x от индукции магнитного поля B_z.

4.  Результаты расчета времени потери импульса τ по наклону графика E_y/E_x от B_z; результаты расчета соответствующей электронной температуры T_e по уравнению энергии (2.4).

5.  Результаты расчета электронной температуры T_e по измеренному в эксперименте значению давлению внутри газоразрядной лампы в предположении, что разряд горит в режиме Шоттки; результаты расчета соответствующего времени потери импульса τ по уравнению энергии (2.4).

6.  Сопоставление времени потери импульса и электронной температуры, полученных по результатам эксперимента и по теоретической зависимости.