Максвелл11111111111111

Министерство образования и науки Российской федерации

Томский государственный университет систем управления и

радиоэлектроники (ТУСУР)

Лабораторная работа по физике на тему:

Изучение распределения Максвелла

Преподаватель Студенты гр.810

А.В.Медовник В.В.Верин

Д.С.Арешкина

С.К.Грызлов

2010

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной лабораторной работы является изучение распределения по скоростям электронов, эмитированных термокатодом, и сравнения полученного распределения с максвелловским.

1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

В качестве экспериментальной установки в данной работе используется лабораторная установка.

Внешний вид лабораторной установки представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Внешний вид лабораторной установки.

1 – выключатель «Сеть»

2 – рукоятка «Давление» (в данной работе не используется)

3 – рукоятка «Реверс» (в данной работе не используется)

4 – кнопки выбора лабораторной работы

5 – рукоятки «Накал лампы»

6 – «Напряжение анода»

7 – «Нагрев нити» (не используется)

8, 9 – переключатели режимов работы измерительных приборов 10 и 11

10, 11 – измерительные приборы

12 – лампочки индикации

13 – электронная лампа

Схема включения электронной лампы представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Электрическая схема установки.

Включим питание лабораторной установки кнопкой 1 «Сеть». Одной из кнопок 4 включим работу «Распределение Максвелла». Рукояткой 5 «Накал лампы» установим максимальные значения тока и напряжения накала. Рукояткой 6 «Напряжение анода» установим минимальное значение напряжения анода и подождём 1 – 2 минуты до достижения анодным током установившегося значения. Снимем зависимость тока анода от анодного напряжения, повторив измерения не менее 10 раз, увеличивая при каждом измерении напряжение анода на 10 – 20 мВ и выжидая 0,5 – 1 мин. после каждого увеличения напряжения. Появляющийся на стенде график зависимости тока анода от напряжения анода позволяет контролировать ход эксперимента. Повторим измерения для двух других значений напряжения и тока накала. При выборе тока накала исходим из условия, чтобы при минимальном задерживающем напряжении анодный ток не был менее 90-100 мкА.

2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

;

(2.1)

где e – заряд электрона (-1,6*10^-19 Кл)

k – постоянная Больцмана (1,38*10^-23 Дж/К)

- угловой коэффициент линейной зависимости Ln(Ia) от Uз

;

(2.2)

где m_e – масса электрона

кг

(2.3)

(2.4)

3 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Таблица 3.1 – Результаты измерений

Uн, B	Iн, A	Uз, мВ	Ia, мА	Ln(Ia)	Ln(Ia)
4,68	0,51	20,49	0,141	-8,87	0,0035
		30,50	0,133	-8,93	0,0037
		41,25	0,126	-8,98	0,0039
		52,27	0,118	-9,04	0,0042
		66,37	0,110	-9,12	0,0045
		79,00	0,101	-9,20	0,0049
		85,28	0,097	-9,24	0,0051
		99,32	0,088	-9,33	0,0056
		110,30	0,081	-9.42	0,0061
		120,70	0,075	-9,50	0,0066
4,47	0,50	18,12	0,118	-9,04	0,0042
		29,47	0,110	-9,11	0,0045
		40,27	0,103	-9.20	0,0048
		51,32	0,095	-9,30	0,0052
		62,21	0,088	-9.33	0,0056
		74,48	0,08	-9,43	0,0062
		82,52	0,075	-9.50	0,0066
		95,22	0,067	-9,61	0,0074
		105,10	0,062	-9,70	0,0080
		116,40	0,056	-9,80	0,0084
4,26	0,48	14,72	0,088	-9,33	0,0056
		28,26	0,079	-9,44	0,0063
		39,42	0,073	-9,52	0,0068
		50,18	0,067	-9,61	0,0074
		61,15	0,062	-9,70	0,0080
		72,20	0,056	-9,80	0,0089
		81,48	0,051	-9,90	0,0098
		94,40	0,046	-10,00	0,0108
		103,50	0,042	-10,10	0,0119
		114,40	0,038	-10,20	0,0131

Рисунок 3.2 – График зависимости Ln(I_А) от U_з

Из рисунка 3.2 определяем коэффициенты линейных зависимостей и b:

а1=-9,7645 b1=-9,2434 а2=-10,954 b2=-10,431

а3=-11,645 b3=-11,312

Используя формулу [2.1], рассчитаем температуру T катода:

Т₁= 1113,21 К

Т₂= 1270,02 К

Т₃= 1350,14 К

С помощью метода наименьших квадратов рассчитываем погрешности и b:

Используя формулу [2.4], рассчитаем погрешности в определении температуры T катода:

К

К

К

Используя формулы [2.2], [2.3] и [2.4], находим среднюю, среднеквадратичную и наиболее вероятную скорости электронов для T₁:

<V> = 324739,54 м/с

V_ср.кв = 2549043,72 м/с

V_вер = 199170,23 м/с

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Линейность зависимости Ln(I_А) от U_з свидетельствует о том, что эмитированные катодом лампы электроны подчиняются распределению Максвелла.

ВЫВОД

В ходе данной работы, мы научились измерять зависимость анодного тока лампы от задерживающего напряжения. Линеаризовали полученные данные зависимости и убедились в максвелловском характере распределения электронов по энергиям.

Т1=11,321*10 в 4 степени или 1113211,5942 Т2=12,7*10 в 4 или 127002,8985 Т3=13,5*10 в 4 или 135014,4927

Т₁=1307,92 К

Т₂=1113,44 К

Т₃=985,32 К

а1=-9,7645 а2=-10,954 а3=-11,645 в1=-9,2434 в2=-10,431 в3=-11,312