II. Приборы и принадлежности

1. Радиолампа ГУ-4.

2. Источник постоянного тока.

3. Вольтметр.

4. Амперметр.

III. Описание экспериментальной установки и метода измерения

Если накалить вольфрамовый катод лампы и постепенно увеличивать анодное напряжение, ток будет уве­личиваться, пока не достигнет насыщения (рис.2). Увеличение анодно­го тока при малых анодных напряжениях связано с тем, что анод при­тягивает электроны из области пространственного заряда вблизи като­да. В этих условиях анодный ток согласно закону Богуславского-Ленгмюра пропорционален анодному напряже­нию.

(3)

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от формы элек­тродов лампы.

Насыщение тока наступает тогда, когда все электроны, испускаемые катодом в единицу времени, попадают на анод. Поэтому при дальнейшем увеличении анодного напряжения ток уже не может увеличиться. Таким образом, величина тока насыщения опреде­ляется термоэлектронной эмиссией катода. При увеличении тока нака­ла, а следовательно, температурыТ катода, ток насыщения возрастает (рис. 2).

Для построения графика в соответствии с формулой (2) необхо­димо знать температуру катода. Расчет температуры может быть прове­ден путем рассмотрения теплового равновесия катода. Подводимая к катоду мощность расходуется на тепловое излучение, так как в вакуум­ной лампе потери тепла через конвекцию отсутствуют. Некоторое ко­личество тепла теряется из-за теплопроводности держателей катода, но при высоких температурах доля этих потерь; обычно невелика. Для вольфрама были экспериментально проведены определения температу­ры в зависимости от мощности нагрева, приходящейся на единицу площади поверхности катода, так как потери на излучение пропорцио­нальны этой площади (табл.1).

В табл. 1 для упрощения расчетов указаны значения мощности нагрева Р, деленной на произведение длины l катода на его диаметр d, то есть величины, в π раз большие. Интерполяцией этих данных можно рас­считать температуру катода при любой, подводимой к нему мощности.

Таблица 1

Значения температуры вольфрамового катода

Т, К	P/ld, Вт/см^2	T, K	P/ld, Вт/см^2
1500	17,33	2300	148,2
1600	24,32	2400	181,2
1700	33,28	2500	219,3
1800	44,54	2600	263,0
1900	58,45	2700	312,7
2000	75,37	2800	368,9
2100	95,69	2900	432,4
2200	119,8	3000	503,5

При использовании лампы типа ГУ - 4 не рекомендуется произ­водить измерения при температурах катода ниже 2000 К, так как при этом доля потерь энергии из - за теплопроводности держателей катода становится значительной. Кроме того, неравномерность температуры катода, возникающая по той же причине, при низких температурах ска­зывается сильнее. Оба этих фактора приводят к тому, что эффективная температура катода оказывается заметно меньше величины, рассчитан­ной по таблице. При наиболее высоких температурах ошибка становится незначи­тельной.

Схема для проведения измерений пред­ставлена на рис. 3. Радиолампа типа ГУ-4 с вольфрамовым катодом включена диодом (управляющая сетка соединена с анодом). Источником анод­ного напряжения является кенотронный выпрямитель. Анодное напряжение мо­жет изменяться при помощи потенцио­метра и измеряться вольтметром. При изучении зависимости плотности тока эмиссии от температуры анодное напря­жение должно быть достаточным для получения тока насыщения. Анодный ток измеряется миллиамперметром с не­сколькими пределами измерений.

Нагрев катода осуществляется постоянным током от батареи аккумуля­торов; сила тока регулируется реоста­том. Амперметр и вольтметр в цепи накала служат для определе­ния мощности, расходуемой на нагрев катода, что необходимо при расчете его температуры.

Значение величины l·d для ГУ-4 принять 0,05 см².