- •Техника безопасности
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •28 Движущуюся со скоростью V в магнитном поле с индукцией b , действует Сила Лоренца направлена перпендикулярно к плоскости, в которой лежат
- •V . Таким образом,
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •7. Вывести соотношение (6.3) и найти зависимость напряженности
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Библиографический список
- •Электричество и магнетизм
Описание эксперимента
В установке дополнительно к схеме (рис. 4.1) установлен делитель
напряжения на выходе вспомогательного источника. В качестве этого
источника
используется
стабилизированный
выход
блока
питания
калькулятора с напряжением 5 В. Эталонным источником служит
нормальный ненасыщенный элемент Э–303 с весьма стабильным
значением ЭДС э 1,0186 В при 20С и малой зависимостью от
температуры. Его недостатком являются малые значения допустимых
токов (порядка единиц микроампера), что не позволяет воспользоваться в
установке низкоомным реохордом. В установке роль высокоомного
реохорда выполняет круговой реостат.
Порядок выполнения работы
1. Включите в сеть вспомогательный источник.
2. Замкните ключ К и переключатель П установите в положение э .
При этом в схему подключается нормальный элемент.
3. Переключите
тумблер
на
панели
установки
в
положение
«компенсация».
4. Вращая рукоятку реостата компенсации, добейтесь нулевого (или
весьма близкого к таковому) тока через гальванометр.
5. Переключите тумблер в положение «измерение R2э + R2х».
Запишите измеренное значение сопротивления R2э.
6. Установите переключатель П в положение х . При этом в схему
подключается исследуемый источник тока (сухой элемент А – 20).
7. Добейтесь нулевого тока через гальванометр при этом источнике и
измерьте сопротивление R2х.
22
8. Делителем напряжения измените значение 0 и повторите опыт
согласно пунктам 2 — 7 еще дважды.
9. Найдите среднее значение
х
по результатам трех серий
измерений. Оцените погрешность полученного результата. Результаты
занесите в таблицу.
Контрольные вопросы
1. Метод компенсации является по своей сути относительным
методом измерения ЭДС. Как можно определить ЭДС источника
абсолютным методом?
2. В работе определяется ЭДС источника постоянного тока. Можно
ли аналогичным образом определять переменную ЭДС?
3. Выведите расчетную формулу (4.6).
4. Какой из элементов экспериментальной установки в наибольшей
степени влияет на погрешность измерений?
5. Можно ли на данной установке изучить законы соединения
источников? Если да, то как?
23
№ изм. |
R2x, Ом |
R2э, Ом |
x, В |
|
2 |
S |
tp,n |
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
||||
3. |
|
|
|
|
|
||||
Сред. |
|
|
|
|
|
Лабораторная работа № 2.5
ПРОВЕРКА УРАВНЕНИЯ БОГУСЛАВСКОГО – ЛЕНГМЮРА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
Цель
работы:
исследование
вольтамперной
характеристики
вакуумного диода и определение удельного заряда электрона на основании
уравнения Богуславского – Ленгмюра.
Теоретические сведения
Простейшим электронно-вакуумным прибором является вакуумный
диод. Он представляет собой герметичный стеклянный баллон, из которого
откачен воздух до давления 10-7 мм рт. ст., и два металлических электрода
– анод и катод, расположенных внутри него. Электроды представляют
собой два соосных тонкостенных цилиндра (катод внутри анода), часто
катод выполняют просто в виде нити.
Для создания свободных зарядов в пространстве между электродами
используется явление термоэлектронной эмиссии. Для этого катод
разогревают либо непосредственным пропусканием тока через него (если
катод изготовлен в виде нити), либо через дополнительную спираль,
расположенную внутри цилиндрического катода. Величина анодного тока
диода зависит и от анодного напряжения, и от напряжения накала.
Электроны покидают катод с некоторой, отличной от нуля, скоростью. Это
обусловливает наличие анодного тока, даже если напряжение между
анодом и катодом равно нулю. Поэтому необходимо приложить некоторое
отрицательное напряжение, чтобы анодный ток стал равным нулю.
Вольтамперные характеристики (ВАХ) диода нелинейные. Это
свидетельствует о непостоянстве дифференциального сопротивления
вакуумного
диода,
что
обусловлено
образованием
вокруг
катода
объемного отрицательного заряда и его изменением, как при изменении
напряжения накала, так и анодного напряжения. В этом изменении играют
роль два противоборствующих процесса. Один из них обусловлен
притоком эмитирующих из нити накала электронов, а другой — оттоком
электронов под воздействием электрического поля между катодом и
анодом. При заданном напряжении накала, начиная с некоторого анодного
24
напряжения, происходит полное рассасывание объемного заряда. Все
эмитирующие электроны сразу принимают участие в образовании
анодного тока. Поэтому ток уже не растет за счет числа увлекаемых полем
электронов. Наступает состояние насыщения. Незначительный рост тока
обусловлен только ростом скорости дрейфа электронов. Ричардсон и
Дешман нашли формулу для тока насыщения в диоде.
.
KT
(5.1)
Здесь А — некоторая константа; S — площадь катода; Т —
температура нити накала; К — постоянная Больцмана; е — работа
выхода электрона из нити накала.
Для увеличения тока насыщения увеличивают Т (ток через нить
накала) и уменьшают работу выхода (покрывают нить особыми
составами).
В области достаточно далекой от состояния насыщения Ленгмюром
и Богуславским было найдено уравнение ВАХ вакуумного диода
I A CU A
32
.
(5.2)
Уравнение получило название закона трех вторых и хорошо
подтверждается многочисленными исследованиями.
Входящая в закон трех вторых константа С зависит от конструкции
системы катод — анод. Если эта система имеет вид цилиндрических
коаксиальных электродов, то
С
8 2
9
е l0
m r 2
.
(5.3)
Здесь е m — удельный заряд электрона; r — радиус анода; l — его
длина; — величина, зависящая от соотношения между радиусами анода
и катода.
Закон трех вторых не имеет универсального характера и справедлив
лишь в узком интервале токов и напряжений и при достаточно большой
разности потенциалов перестает выполняться. Другие отклонения от
закона трех вторых могут быть обусловлены целым рядом причин:
1) асимметрия системы катод — анод,
2) неэквипотенциальность катода,
25
I’€– AST 2 exp
e
3) различие скоростей вылета термоэлектронов,
4) наличие остатков газов,
5) наличие контактной разности потенциалов катод — анод (если
они выполнены из разных металлов).