• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ИЗНАЧЕННЯ РОБОТИ ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНА З МЕТАЛУ НА ОСНОВІ ЯВИЩА ТЕРМОЕЛЕКТРОННОЇ ЕМІСІЇ

1. Теоретичні відомості.

Термоелектронною емісією називають явище випускання електро­нів твердими або рідкими тілами, яке відбувається внаслідок їх нагрівання. Для одержання помітної термоелектронної емісії біль­шість твердих тіл необхідно нагріти до температури 2000-2500К. Це пояснюється тим, що для виходу електрона з твердого тіла, зокрема металу, необхідно виконати певну роботу , яка називається роботою виходу, оскільки всередині металу результуючою силою взаємодії між даним електроном і системою позитивно заря­джених іонів та інших електронів є сила притягання. При кімнат­ній температурі зовсім незначна частина електронів має енергію, необхідну для подолання сил притягання. Необхідно підкреслити, що мова йде про так звані вільні електрони в металі (електрон­ний газ), які рухаються хаотично між іонами кристалічної ґратки металу. При підвищенні температури різко зростає число електронів які в результаті хаотичних зіткнень отримують кінетичну енергію і можуть вилетіти за межі металу.

Явище термоелектронної емісії використовують у вакуумних електронних приладах, де розжарений катод є джерелом електронів. Зокрема, у вакуумній двоелектродній лампі (діоді) катод випускає електрони, які спрямовуються до дру­гого електрода (анода) електричним полем. Різницю потенціалів електричного поля між катодом і анодом називають анодною напру­гою , а силу струму в лампі - анодним струмом . Залежність сили струму від анодної напруги при сталій температурі розжарення катоду, яка називається вольт-амперною характеристикою діода, зображена на рис. 1.

Як видно, ця залежність нелінійна, тобто струм у діоді не підлягає закону Ома. Незначний струм в діоді при від'єм­них анодних напругах , (практично це означає, що на катод замість від’ємного подається додатній потенціал від джерела напруги – “плюс” джерела, а на анод – навпаки) зумовлений тим, що деякі електрони, які імітує катод, мають початкову кінетичну енергію, достатню для подолання затримуючого електричного поля між катодом і анодом. Цей струм звичайно дуже малий навіть при .

При збільшенні від нуля додатньої напруги зростає число електронів, які досягають до анода, і таким чином зростає анодний струм. Відповідно до закону Богуславського-Ленгмюра („закону трьох других”):

, (1)

де С – коефіцієнт пропорційності, який залежить від розмірів та форми електродів.

При достатньо великій анодній напрузі усі електрони, які вилітають із катода за одиницю часу, будуть досягати до анода і при дальшому збільшенні анодної напруги зростання струму припиняється. Максимальний струм, який можливий при даній температурі катода, називається струмом насичення нас. Струм насичення зростає з підвищенням температури катода (див. рис. 1) за формулою Річардсона-Дешмена:

, (2)

де - стала емісії, яка залежить від матеріалу катода та стану його поверхні, - площа поверхні катода, = 2,7182 – основа натурального логарифму, А- робота виходу електрона з металу, Дж/К – стала Больцмана.

Знаючи струми насичення нас.1 та нас.2 при температурах катоду та відповідно, можна визначити роботу виходу електрона з металу :

. (3)

Розв’язуючи систему рівнянь (3), отримуємо:

. (4)

Температура катода визначається через опір нитки розжарення лампи :

, (5)

де – опір нитки розжарення при температурі , – опір катоду при температурі С, – температурний коефіцієнт опору металу (для вольфраму І/К ).

З формули (5) одержуємо :

(6)

або

. (7)

Опір визначається за законом Ома :

, (8)

де – напруга розжарення, яка вимірюється вольтметром ;

– струм розжарення, який вимірюється амперметром .

Роботу виходу можна визначити також іншим способом. Логарифмуючи вираз (2), одержимо :

(9)

Якщо визначити : ; ; , то видно, що залежність має лінійний характер :

, (10)

де .

Таким чином, з графіка функції (10) за нахилом прямої лінії до горизонтальної осі можна визначити роботу виходу :

(11)

2. Опис схеми установки

Для проведення вимірювань використовується установка, схема якої зображена на рис.2.

Об’єктом досліджень є вольфрамова нитка, яка служить катодом двоелектродної лампи. Джерелом анодної напруги та напруги розжарення катоду є стабілізоване джерело живлення. Анодну напругу регулюють потенціометром П та вимірюють вольтметром ; анодний струм вимірюється міліамперметром . Сила струму розжарення регулюється реостатом R .

3. Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему згідно з рисунком 2.

2. За допомогою реостату встановити вказану на установці напругу розжарення і виміряти струм розжарення .

3. Зняти вольтамперну характеристику лампи та представити її графічно.

4. По графіку визначити силу струму насичення при заданому значенні .

5. Провести вимірювання, які вказані в пунктах 2, 3, 4, для інших значень напруги розжарення.

6. За формулою (8) знайти для різних значень та ,а за формулою (7) знайти відповідні значення температур нитки розжарення. Значення вказане на прикладі.

7. За формулою (4)знайти роботу виходу для трьох різних пар значень і та відповідних їм нас.1 і нас.2 . Знайти середнє значення та обчислити похибки вимірювань.

8. Побудувати графік залежності від І/Т . За графіком визначити кут нахилу одержаної прямої лінії до горизонтальної осі і за формулою (11) обчислити роботу виходу .

9. Порівняти значення роботи виходу, визначені за формулою (4) і за графічною залежністю (9) . Порівняти точність обох методів.

Переглядів: 1847