- •Электростатика и электродинамика Лабораторный практикум по физике
- •Ковров 2005
- •Электростатика и электродинамика Лабораторный практикум по физике
- •О бщие положения по выполнению лабораторного практикума. Структура, требования и правила оформления отчетов по лабораторным работам
- •Общие положения
- •2. Структура отчета
- •Требования к содержанию разделов отчета
- •Правила оформления отчета
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.2 Изучение электрических свойств сегнетоэлектриков
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.3 Измерение сопротивления с помощью мостика Уитстона
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.5 Измерение эдс источника тока методом компенсации
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Лабораторная работа 2.6
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.7 Изучение явления Зеебека
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Оглавление
Порядок выполнения измерений
Собрать цепь по рис. 2.
По формуле (6) вычислить R1 и установить его на магазине сопротивлений R1.
По таблице, закреплённой на рабочем столе, выписать три значения R2 и первое из них установить на магазине сопротивлений R2 (таблица приведена также в приложении под № 3).
По формуле (7) вычислить сопротивление R и установить его на соответствующем магазине.
Переключатель S2 поставить в положение εn и замкнуть ключ S1.
Нажать кнопку К и в случае необходимости небольшими изменениями сопротивления R добиться отсутствия тока через микроамперметр.
С помощью переключателей S2 подключить неизвестную ЭДС εx.
Кратковременно нажимая кнопку К, изменением сопротивлений R1 и R2, оставляя их сумму неизменной, добиться отсутствия тока через микроамперметр.
По формуле (8) вычислить величину неизвестной ЭДС εx.
Опыт повторить с двумя другими сопротивлениями R2.
Обработка результатов измерений
Рассчитанные и измеренные значения R, R1, R 2, и занести в разработанную таблицу для всех трех опытов.
Рассчитать величину εx для всех измеренных значений
Рассчитать доверительный интервал с учетом случайных и приборных погрешностей и относительную погрешность измерений.
Контрольные вопросы
Типы вольтметров и принцип их работы.
Почему с помощью вольтметра нельзя точно измерить ЭДС источника?
В чем заключается сущность метода компенсации ?
Каковы преимущества метода компенсации?
Лабораторная работа 2.6
Определение работы выхода электронов из металла
Цель работы: изучение термоэлектронной эмиссии и определение работы выхода электрона из металла на основании закона Ричардсона-Дешмана.
Введение
Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов твёрдыми телами, происходящее вследствие нагревания этих тел. Электроны, испускаемые нагретым телом, называются термоэлектронами, а само тело – эмиттером.
В классической теории металлов электроны проводимости в металле рассматриваются как полностью свободные. Внутри металла электроны удерживаются силами притяжения положительно заряженной кристаллической решётки, а также силами электрического поля двойного электрического слоя.
Этот слой возникает у поверхности металла благодаря тому, что в процессе теплового движения часть электронов может пересекать поверхность металла. При этом поверхность металла заряжается положительно и притягивает вылетевшие электроны.
У поверхности металла образуется тонкий слой электронов, который в совокупности с положительно заряженной поверхностью металла подобен заряженному конденсатору, электрическое поле которого препятствует вылету электронов из металла.
Рис.
1
Величина этой разности представляет собой энергию, необходимую для того, чтобы электрон покинул металл, и называется работой выхода электрона из металла:
A = W – EF = eφ , (1)
где e – заряд электрона; φ – потенциал выхода; W – потенциальная энергия взаимодействия электрона с кристаллической решёткой.
Работа выхода – характерная для каждого металла величина, которая в зависимости от чистоты металла и состояния его поверхности, может принимать значения от десятых долей электрон-вольта до нескольких электрон-вольт.
При комнатной температуре число электронов, способных совершить работу выхода, ничтожно мало, а термоэлектронная эмиссия практически отсутствует. С повышением температуры увеличивается скорость хаотического движения электронов. При этом число электронов, способных покинуть металл, резко возрастает. Покинувшие металл электроны находятся в динамическом равновесии с металлом и образуют у его поверхности пространственное электронное облако.
Если накаленный металл является катодом электронной лампы и напряжение между анодом и катодом невелико, то в направлении анода будет двигаться лишь часть электронов, составляющих электронное облако. С увеличением напряжения число электронов, образующих анодный ток, растёт, и электронное облако рассасывается.
При достижении некоторого напряжения все эмитируемые электроны будут достигать анода, и дальнейшее увеличение напряжения не будет сопровождаться увеличением анодного тока (рис. 2).
Рис.
2
Расчёт плотности тока насыщения приводит к формуле Ричардсона-Дешмана:
, (2)
где – плотность тока насыщения, равная отношению анодного тока насыщения к поверхности катода = Iнас/Sкат; eφ – работа выхода; k – постоянная Больцмана; Т – температура по шкале Кельвина; А – константа.
Формула Ричардсона может быть представлена в виде
, (4)
где А = А·Sкат – также константа.
Логарифмируя формулу (4), получаем
. (5)
Такой вид уравнений термоэлектронной эмиссии наиболее удобен для определения работы выхода электрона. Если построить график зависимости от , получается прямая линия, угловой коэффициент которой равен tgα = . Определив угловой коэффициент как тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс в координатах и , можно рассчитать работу выхода
. (6)
Этот метод определения работы выхода называется методом прямых Ричардсона.