Физика \ Общая физика

Изучение явления термоэлектронной эмиссии (Методическое пособие по выполнению лабораторной работы), страница 2

Из формулы (5) видно также, что для получения больших значений тока необходимо использовать катоды из материалов с меньшей работой выхода электронов. Опыт показал, что робота выхода электронов из оксидированных (т.е. покрытых окислами лужноземельных металлов) и торированных (вольфрамовых, покрытых молекулярным слоем тория) катодов значительно меньше, чем робота выхода электронов с поверхностей чистых металлов. Используются также бариевые и ( ) и цезиевые ( ) катоды.

Описание экспериментальной установки.

Величина тока через лампу зависит от температуры катода и напряженности электрического поля в лампе. При достаточно большой напряженности электрического поля, все электроны, которые выходят из катода, попадают на анод. В этом случае достигается насыщение тока через лампу, когда дальнейшее увеличении напряжения на аноде не приводит к росту анодного тока. Напряжение на аноде  и температура катода определяется блоками питания постоянного тока.

Температуру катода рекомендуется находить, по зависимости тока насыщения эмиссии катода от температуры катода в соответствии с графиком, изображенным на рис.4.

При проведении расчетов считать, что диаметр провода катода , а его длина . В режиме насыщения ток эмиссии катода равен анодному току.

Рис.3

Выполнение работы.

  1. Собрать схему, изображенную на рис. 3 для лампы 1Ц11П.
  2. Исследовать зависимость анодного тока  от анодного напряжения , изменяя напряжение  в пределах от  до , пользуясь блоком питания постоянного тока.
  3. Нарисовать график зависимости  для трех значений тока накала , выходя на режим насыщения анодного тока.
  4. Вычислить роботу выхода . Для этого из формулы (5) получим .                                          (6)

Поскольку  изменяется очень медленно по сравнению с , то можно считать, что  . Тогда .                    (7)

Таким образом, на графике зависимости  от величины обратной абсолютной температуре катода  будет прямая линия. Тангенс угла наклона этой прямой будет равен . Вместо плотности тока  можно брать величину тока насыщения , причем в любых единицах измерения.

  1. Записать  в электронвольтах и сравнить с работой выхода для других металлов, пользуясь справочной литературой. Оценить погрешность в определении .
  2. Определить зависимость анодного тока  от анодного напряжения  для различных токов накала на нелинейном участке вольтамперной характеристики диода, пользуясь схемой, показанной на рис. 3. Построить графики .
  3. Из полученных графиков определить среднее значение углового коэффициента , который входит в формулу (4).
  4. Вычислить величину удельного заряда электрона, пользуясь формулой

.                                                          (8)

Отметим, что формула (8) записана в системе СГСЭ. При этом для лампы 1Ц11П считать, что , , .

  1. Нарисовать зависимость силы анодного тока от температуры для постоянного значения анодного напряжения.

Контрольные вопросы.

  1. Какие виды эмиссии электронов из металла Вам известны?
  2. Что такая работа выхода?
  3. Выведите закон Богуславського-Ленгмюра в случае плоских электродов.
  4. Почему образуется потенциальный барьер на границе металл-вакуум?
  5. Какие физические процессы происходят на различных участках вольтамперной характеристики вакуумного диода?
  6. Как зависит вольтамперная характеристика лампы от температуры катода?
  7. Что такое ток насыщения? Как он зависит от температуры катода и почему?
  8. Почему в вакуумном диоде может существовать анодный ток даже тогда, когда на анод подается небольшой отрицательный потенциал?

Рис.4


Дополнительная информация 1)

Если электроды (катод и анод) представляют собой бесконечные параллельные пластины, то плотность тока задается формулой:

, где  - расстояние между катодом и анодом,  - анодное напряжение. В этом случае изменение напряженности электрического поля, скорости электронов и плотности объемного заряда описывается следующими формулами:

,

,

, где  - расстояние до катода.

В случае, когда начальной скоростью электронов нельзя пренебречь, плотность тока насыщения задается формулой:

 - потенциал относительно катода в точке , где находится минимум потенциала.

Если электроды (катод и анод ) воображают собой цилиндрические электроды, то сила тока задается формулой:

, где

 - длина анода,  - радиус анода в см, - радиус катода, параметр  определяется за формулой:

Для  составленные таблицы, которые приведенные в следующих работах: Longmuir, Phys. Rev. , 21, 435(1923); Longmuir, Blodgett, Phys. Rev. , 22, 347(1923)

Изменение напряженности электрического поля, скорости электронов и плотности объемного заряда описывается следующими формулами:

,

,

, где  - расстояние до катода.

 

1) Основные формулы физики. под ред Д. Мензела , Москва, ИЛ, 1957, 657с.

Скачать файл