Метод измерения работы
Измеряя на опыте зависимость тока насыщения от температуры, можно определить работу выхода для данного металла.
В нашем случае для определения работы выхода используем метод прямых Ричардсона. Поясним идею метода.
Для этого прологарифмируем уравнение (6.2):
(6.3)
Переходя к десятичным логарифмам, находим
(6.4)
Подставляя lge=0,43, имеем
(6.5)
Такой вид уравнения удобен для его экспериментальной проверки.
График зависимости от является прямой линией с угловым коэффициентом 0,43 Авых/К. Определив тангенс наклона прямой к оси абсцисс, рассчитываем работу выхода:
(6.6)
Для построения графика необходимо знать плотность анодного тока насыщения и температуру катода. Температуру рассчитаем следующим образом. 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, который прилагается к работе, приведены результаты этих измерений. По этому графику, зная мощность, подводимую к катоду, можно определить его температуру.
Приборы и оборудование
ИП - источник питания;
ФПЭ-06 – модуль (ток в вакууме)
PV – вольтметр (DIGITAL MULTIMETER M890G).
РА – миллиамперметр (MULTIMETER ЛРРЛ 205)
Электрическая схема для проведения опыта представлена на рис. 6.5 и 6.6. 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.
Порядок выполнения работы
1. Подключить модуль ФПЭ-06 соединительным кабелем к источнику питания (ИП на рис. 6.5). Амперметр на панели источника питания служит для контроля тока накала , максимальное значение которого не должно превышать 2,2 А. Плавная регулировка напряжения накала осуществляется ручкой, расположенной под амперметром.
Напряжение накала измеряется вольтметром (PV), который подключается к тем клеммам на источнике питания, где указано напряжение 2.5 – 4.5В.
|
Рис. 6.5. Схема подключения модуля ФПЭ-06 к источнику питания ИП. |
|
Рис. 6.6 Электрическая схема установки для измерения анодного тока . |
Вольтметр на панели источника питания измеряет анодное напряжение , регулировка которого осуществляется ручкой на панели источника питания, расположенной непосредственно под вольтметром.
Для измерения анодного тока используется миллиамперметр (РА), измеряя ток до 20 мА.
2. Установить напряжение накала 3,7 В и, увеличивая анодное напряжение от 10 до 100 В через каждые 10 В, записать значения анодного тока в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Uа,В |
|
Ia, mA |
|||||
Iн=1,4 А Uн=3,7 В
|
Iн =… Uн=3,8 В
|
Iн = … Uн=3,9 В
|
Iн = … Uн=4,0 В
|
Iн = … Uн=4,1 В
|
Iн = … Uн=4,2 В
|
Iн = … Uн=4,3 В
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
3. Провести измерения (пункт 2) для 4-5 любых значений напряжения накала в интервале от 3,7 до 4,3 В.
4. Для каждого значения тока накала построить вольт-амперную 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 поверхности катода. Для данной лампы площадь поверхности катода принять Sn=3,52 10-2см2.
6. По графику (рис.6.7) зависимости температуры катода от Р/ Sn определить температуру катода для каждого значения мощности нагрева.
|
Рис. 6.7 График зависимости температуры катода от . |
7. Рассчитать плотность анодного тока насыщения по формуле , принять S=11 10-6 м2.
8. Все полученные данные занести в табл. 6.2.
Таблица 6.2
N n/n |
Iнас, мА |
IH, A |
, B |
Р/ Sn, Bт/см2 |
Т, К |
1/Т |
jнас, mA/m2 |
jнас/T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Построить график зависимости от 1/Т, откладывая по оси абсцисс 1/Т, а по оси ординат - .
10. Определить тангенс угла наклона полученной прямой к оси абсцисс и рассчитать работу выхода по формуле (6.6).
11. Рассчитать погрешность измерений по правилу графической обработки результатов измерений.