2. Методика определения работы выхода электрона из металла (метод прямых Ричардсона).
Логарифмируя уравнение термоэлектронной эмиссии (3), получаем
.
(5)
Если
построить график зависимости
получится прямая линия, угловой
коэффициент которойa
= A/k (рис.6). Определив
его, можно рассчитать работу выхода А
:
;
(6)
.
(7)
Этот
метод определения работы выхода
называется методом прямых Ричардсона.
Т.к.
(гдеS
- площадь катода) и S
всегда остается постоянной, то в уравнении
(5) величину плотности тока насыщения
jHAC
можно заменить величиной тока IHAC.
Эта замена изменяет только величину
const, но не меняет угол наклона прямой на
рис.6.
Для
построения графика зависимости
от 1/Т необходимо знать температуру
катода. Для вольфрама были экспериментально
проведены определения температуры в
зависимости от мощности нагрева,
приходящейся на единицу площади
поверхности катода. Не рекомендуется
проводить измерения при температурах
ниже 2000 К, т.к. при этом становится
значимой доля потерь энергии из-за
теплопроводности держателей катода.
Мощность нагрева катода PHAК
определяется как произведение тока
накала JHAК
на напряжение накалаUHAК:
,
(8)
Зависимость температуры накала катода Т от мощности накала представлена на графике (прилагается к установке)
3. Схема и описание лабораторной установки
На рис.7 представлена электрическая схема установки. Для создания напряжения (0 250 В) между анодом и катодом и разогрева катода лампы ГУ-4 используется блок питания ВУП-2. Для изменения анодного тока используется миллиамперметр (mA), анодного напряжения - вольтметр (V1). Для изменения тока накала амперметр (А), напряжения накала - вольтметр (V). Напряжение накала регулируется потенциометром R, напряжение в анодной цепи - потенциометром R1.
4. Порядок выполнения работы
4.1. Исследование зависимости анодного тока от напряжения между анодом и катодом при различных температурах катода (снятие вольт-амперных характеристик)
1. Устанавливая различные значения напряжения накала UHAK катода, определить соответствующие им значения тока накала JHAK
2. Для каждого значения напряжения накала UHAK снять зависимость анодного тока от анодного напряжения (рекомендуемые значения напряжений смотри в приложении к установке). Результаты измерений записать в таблицу 1.
Примечание. Для определения работы выхода необходимо снять не менее шести вольтамперных характеристик.
3. На миллиметровой бумаге построить семейство вольт-амперных характеристик исследуемой лампы (6 графиков).
Таблица 1
|
№ n/n |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
UHAK, В |
3,75 |
4,00 |
4,25 |
4,50 |
4,75 |
5,00 | |
|
JHAK, А |
|
|
|
|
|
| |
|
UА, В |
IА, мА |
IА, мА |
IА, мА |
IА, мА |
IА, мА |
IА, мА | |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|