Название: Изучение распределения термоэлектронов по скоростям : методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Физика»(Э. Н. Старов.)

Жанр: Авиационные технологии и управление

Просмотров: 1012


Экспериментальная установка

 

Распределение термоэлектронов по скоростям проверяется на установке, схема которой приведена на рис. 6.

Электронное облако образуется в пространстве катод-сетка 1. В силу особенностей конструкции лампы распределение электронов по скоростям может отличаться от максвелловского. К факторам, ис-

кажающим такое распределение, относятся следующие:

 

1) используется оксидный катод, вблизи которого существует сильное микрополе, сообщающее электронам дополнительную скорость;

2) вблизи катода существует пространственный заряд, ограни-

 

чивающий анодный ток, существует и ряд других факторов.

 

Подпись: ИП-2мА       +

R2

3          _

2

.  .        .  .

R1        .           . . .       1          V

. . .. . .

R

 

 

6,3В

+          -

ИП-1

 

Рис. 6. Принципиальная схема установки

Между сетками 1 и 2 создается тормозящее поле, напряжение между ними измеряется вольтметром V, изменение напряжения про- изводится с помощью потенциометра R. Электроны, преодолевшие тормозящее поле, ускоряются между сеткой 3 и анодом. R1 и R2 – со- противления утечки, равные 200 Ом и 5 мОм. Напряжение накала ка- тода можно менять от 6,3 В до 4,5 В.

Проведение измерений и обработка результатов

 

1          П2

 

6,3V

 

4,5V

 

П4

 

Вкл

 

6П9

Ia         250

мкА

50

 

V         R

 

15

V

3

 

 

П3

Рис. 7. Лицевая панель прибора

Внешний вид установки приведен на рис. 7.

 

1 – электронная лампа 6П9;

 

П1 – переключатель напряжения накала катода лампы;

 

Ia – микроамперметр для измерения анодного тока;

П2 – переключатель пределов измерения тока: верхнее положе-

 

ние – 250 мкА, цена одного деления шкалы

 

250  10 мкА ; нижнее поло-

 

 

жение – 50 мкА, цена деления

 

 

50  2 мкА ;

25        дел

25        дел

 

V – вольтметр для измерения задерживающего напряжения U3;

П3 – переключатель пределов измерения. Нижнее положение –

 

3 В, цена деления

 

3   0,1

30

 

В

дел

 

, верхнее положение – 15 В, цена деления

 

15  0,5

30

 

В  ;

дел

 

R – ручка потенциометра для изменения задерживающего на-

 

пряжения от 0 до 10 В.

 

П4 – выключатель сети питания.

 

Перед включением прибора поставьте переключатель П1 в по- ложение 6,3V (напряжение накала катода), переключатель П2 в поло- жение 250 мкА (Ia – измеритель тока в анодной цепи), переключатель П3 в положение 3V (V – измеряет задерживающее напряжение U3), ручку R (изменяет величину U3) поверните влево до упора. Включите прибор в сеть переключателем П4 и дайте пентоду 6П9 прогреться в течение 5 минут.

 

Задание 1. Определение зависимости анодного тока Ia от задер-

живающего напряжения U3 при напряжении накала катода 6,3 В.

Ручкой потенциометра R установите U3=0 и занесите в таблицу значение анодного тока. Далее записывайте значения тока изменяя напряжение через 0,1 В в интервале 0÷2 В; через 0,2 В в интервале

2÷3 В; через 0,5 В в интервале 3÷5 В и через 1 В в интервале 5÷10 В.

По результатам измерений постройте график Ia от

 

U 3 .

 

Ia  

f1 (

U3 ).

(19)

 

Задание 2.  Определение зависимости анодного тока Ia от U3 при

напряжении накала 4,5 В. Повторите измерения в том же порядке, как

 

в задании 1. Постройте график Ia от

 

U 3 .

 

Ia  

f2 (

U3 ).

(20)

 

К  каждому  графику  должна  прилагаться  таблица  результатов

 

измерений:

 

 

Результаты измерений

 

Таблица

 

 

Ia

(мкА)

U3

(В)

U3

(В1/2)

0

0,1

 

 

Задание  3.  Определение  распределения  термоэлектронов  по скоростям. Графически дифференцируя сначала функцию (19) и затем

(20) постройте графики

dIa

 

 F (

 

U3 ).

 

 

(21)

d (  U3 )

 

График функции  F (

U3 ) должен соответствовать функциональ-

 

ной зависимости (18) – распределению электронов по скоростям. Оба графика (при разных напряжениях накала) постройте на одном листе.

Задание 4. Для проверки, совпадает ли полученное вами рас- пределение с распределением Максвелла, следует на одном рисунке представить теоретическую кривую (см. рис. 3) и одну из экспери- ментальных зависимостей (19). Так как кривая на рис. 3 приведена

u  V

для относительной скорости

, то при построении эксперимен-

VH

тальной кривой по оси абсцисс следует отложить отношение:

 

uэ  

(

U 3      ,

U 3 ) m

 

 

(22)

 

где (

 

U 3 )m

 

отвечает максимуму экспериментальной кривой.

 

При  нормировке  экспериментальной  кривой  по  оси  ординат,

подберите нормирующий множитель β для функции F(

U 3  ) из (21)

 

так, чтобы ее максимальное значение равнялось, как и для теоретиче-

ской кривой значению 0,83: βF(

U 3  )max=0,83.           (23)

 

Таким образом, для сравнения с теоретической кривой надо по-

строить зависимость:

β F(

U 3  )  как функцию от uэ      (24)

 

Если кривые совпадут, то распределение термоэлектронов явля- ется чисто максвелловским. Таблицу для построения графика (24) также приведите в отчете.

По указанию преподавателя эксперимент можно провести толь-

ко при одном значении напряжения накала катода равным 6,3 В.

 

Пример графического дифференцирования функции

Пусть задана функция  f(x) (рис. 8). Требуется графически опре-

 

делить значение производной

df (x)

dx

 

в точке х0. Выберем интервал ∆х с

центром в точке х0  настолько малым, чтобы в его пределах функция

f(x) была линейной, и находим по графику соответствующее измене-

ние функции ∆f. Значение отношения изводной в точке х0.

f дает среднее значение про-

x

f(х)

 

∆f

 

∆х

 

х0        х

 

Рис. 8. Пример дифференцирования функции f(x