Описание экспериментальной установки и методики эксперимента

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

где m_e – масса электрона

кг

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