Экспериментальное изучение характеристик вакуумного диода и определение работы выхода электронов из вольфрама

Цель работы

Экспериментальное изучение характеристик вакуумного диода и определение  работы выхода электронов из вольфрама.

Теоретические основы лабораторной работы

ток насыщения

плотность тока насыщения

По формуле Ричардсона-Дешмана:

(1), где G – Эмиссионная постоянная, k- постоянная Больцмана.

W_Э - Эффективное значение работы выхода

В результате эффектов Шоттки

На данном этапе требуется найти зависимость I₀(T), при . Для этого достаточно провести несколько групп экспериментов с различными токами накала, а в каждой группе найти зависимость анодного тока от напряжения (на линейном участке). После экстраполяции, можно узнать значение I₀, при , для каждой группы (со своей T).

Для нахождения G и W достаточно всего 2 набора экспериментальных данных (I₀,T). Но для минимизации погрешностей, имеет смысл получить больше наборов данных. А потом аппроксимировать на линейную функцию, где параметрами будут являться искомые величины:

где  

, где - постоянная Стефана-Больцмана,  - степень черноты поверхности катода, S – площадь поверхности катода равная , где d = 0,11 мм и l = 32 мм.

Результаты измерений и их обработка.

Задание 1.

Таблица 1
№ п/п	I, А	U, В	T, К	I0, мА	x=1/T	y=ln I0/T2
1	1,30	2,50	2053,43	0,12	0,000487	-17,371468
2	1,40	3,06	2200,24	0,53	0,000454	-16,030171
3	1,50	3,58	2328,10	1,03	0,000430	-15,477128
4	1,60	4,08	2444,58	7,16	0,000409	-13,634144
5	1,70	4,56	2551,89	18,88	0,000392	-12,751077

Задание 2.

№ п/п	UА, В	IА, мА	№ п/п	UА, В	IА, мА
1	-1,00	0,005	11	19,00	1,009
2	1,00	0,129	12	20,00	1,005
3	3,00	0,493	13	30,00	1,002
4	5,00	0,877	14	40,00	1,035
5	7,00	0,990	15	50,00	1,045
6	9,00	1,010	16	60,00	1,057
7	11,00	1,010	17	70,00	1,064
8	13,00	1,010	18	80,00	1,072
9	15,00	1,010	19	90,00	1,079
10	17,00	1,010	20	100,00	1,086

Задание 3.

Таблица 3

№ п/п	Iн =	1,3 A	Iн =	1,4 A	Iн =	1,5 A	Iн =	1,6 A	Iн =	1,7 A
	UА, В	IА, мА	UА, В	IА, мА	UА, В	IА, мА	UА, В	IА, мА	UА, В	IА, мА
1	40,000	0,125	40,000	0,536	40,000	1,035	40,000	7,210	40,000	18,960
2	50,000	0,127	50,000	0,537	50,000	1,045	50,000	7,290	50,000	19,260
3	60,000	0,131	60,000	0,542	60,000	1,057	60,000	7,360	60,000	19,460
4	70,000	0,133	70,000	0,547	70,000	1,064	70,000	7,430	70,000	19,640
5	80,000	0,136	80,000	0,553	80,000	1,072	80,000	7,490	80,000	19,770
6	90,000	0,141	90,000	0,558	90,000	1,079	90,000	7,530	90,000	19,920
7	100,000	0,146	100,000	0,564	100,000	1,086	100,000	7,590	100,000	20,050
I0	0,120		0,529		1,029		7,164		18,880

x=1/T	y=ln I0/T2
0,000487	-17,371468
0,000454	-16,030171
0,000430	-15,477128
0,000409	-13,634144
0,000392	-12,751077

Из графика получаем A = 5,9857, B = -48432. Исходя из полученных значений, рассчитаем величины G и W:

 

Расчет погрешностей.

Погрешность первого эксперимента

Погрешность измерения G:

Погрешность измерения W:

Результат:

Вывод

В ходе данной лабораторной работы с указанной погрешностью было найдено экспериментальное значение эмиссионной постоянной G для вольфрама и определена работа выхода электронов из вольфрама.