Контрольные вопросы

1. Опишите работу и устройство электронного осциллографа.

2. Выведите формулу, определяющую чувствительность трубки к напряжению через параметры трубки.

3. Каково назначение генератора развертки?

4. Что необходимо сделать для управления электронным лучом?

5. Что, получается, от сложения взаимно перпендикулярных колебаний?

6. От чего зависит форма фигур Лиссажу?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. С.227–229.

2. Кортнев А.В. Практикум по физике. /Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Кузнецов А.М.: – М: Высшая школа, 1963. – 516с.

3. Паспорт электронного осциллографа С1-68.

4. Паспорт низкочастотного генератора сигналов ГЗ-109.

5. Конспект лекции.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Изучение термоэлектронной эмиссии

Цель работы: 1.Изучить явления термоэлектронной эмиссии.

2.Снять температурную и анодную характеристики диода.

Приборы и принадлежности: Электронная лампа (диод), миллиамперметр, вольтметры на 10В и 150В, 2 реостата, 2 ключа, источники постоянного тока на 4…6В и на 120…150В.

Краткая теория

Свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно, в поверхностном слое металла должно быть задерживающее поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Для того чтобы электрон покинул поверхность металла необходимо совершить определенную работу А, называемую работой входа. Укажем две вероятные причины появления работы выхода:

7. Если электрон по какой-то причине удаляется из металла, то в том месте, которое электрон покинул, возникает избыточный положительный заряд и электрон притягивается к индуцированному им самим положительному заряду.

1. Отдельные заряды, покидая металл, удаляются от него на расстояния порядка атомных и создают тем самым над поверхностью металла “электронное облако”, плотность которого быстро убывает с расстоянием. Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора. толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (10^-10 – 10^-9 м). Он не создает электрического поля во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла.

Таким образом, электрон при вылете из металла должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя. Разность потенциалов поля в этом случае называемая поверхностным скачком потенциала, определяет работу выхода свободных электронов из металла.

,

где е – заряд электрона;

U – изменение потенциала при переходе через поверхностный слой (поверхностный скачек потенциала).

При комнатной температуре имеющийся у электронов запас кинетической энергии недостаточен для совершения работы выхода. С увеличением температуры число быстрых электронов возрастает, возрастает число электронов, вырывающихся из металла. При достаточно высокой температуре наступает заметное испускание электронов металла. Это явление носит название термоэлектронной эмиссии.

Вырывание электронов удовлетворяет условию:

Для наблюдения и изучения термоэлектронной эмиссии служит электронная лампа. Простейшая электронная лампа содержит два электрода (катод и анод).

рис.1

В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух до давления порядка 10^-8мм.рт.ст. впаяно два металлических электрода: катод K в виде тонкой нити и анод A, выполненный обычно в форме цилиндра. Катод K нагревается спиралью С с помощью добавочной батареи накала Б_н (4...6В). При нагревании нити накала электроны получают энергию и вылетают из металла, образуя в баллоне электронное облако, препятствующее дальнейшему вылету электронов.

Если анод и катод соединить вместе вне лампы проводником, то часть электронов, оседающая на аноде, вызовет слабый ток во внешней цепи. Если же сообщить аноду положительное напряжение, то к нему устремятся большое количество электронов, ток во внешней цепи усилится.

При увеличении напряжения на аноде, ток будет расти, но лишь до определенного предела, пока не окажется, что все вылетающие из катода электроны попадают на анод. Предельная величина тока при данной температуре называется током насыщения . В итоге анодный ток зависит от температуры накала и величины анодного напряжения.

Зависимость анодного тока от анодного напряженияпри постоянной температуры накала называется анодной характеристикой диода рис.2. Эта зависимость не выражается законом Ома и носит более сложный характер. Эта зависимость была установлена Богуславским и Ленгмюром.

,

где е – заряд электрона;

m – масса электрона;

k – коэффициент пропорциональности, зависимый от формы электродов.

рис.2 рис.3

Эта зависимость носит название “закона трех вторых” или закона Богуславского–Ленгмюра. Когда наступает насыщение “закон трех вторых” теряет силу. Количество испускаемых электронов зависит от температуры нити накала. Поэтому при увеличении температуры увеличивается и ток насыщения. Зависимость тока насыщения от температуры выражается формулой

,

где S – площадь поверхности катода;

T – абсолютная температура катода;

a и b – постоянные, зависящие от материала нити.

Зависимость анодного тока от напряжения накаланазывается температурной характеристикой диода рис.3.

Диоды в основном используется для выпрямления переменного тока. В данной работе необходимо – определить зависимость силы тока от температуры накала (температурная характеристика) и напряжения на аноде(анодная характеристика).