Додаткове завдання

Порядок виконання роботи

1. Зібрати коло згідно з рис. 3 і встановити рухомий кон­такт на середину реохорда.

2. Включити в коло за допомогою перемикача нормальний елемент .

3. Замкнути спочатку ключ К₁, а потім — К₂ і, перемі­щуючи контакт Д, домогтись щоб струм через гальванометр став рівним нулю. Виміряти довжину ділянки АД реохорда. Дослід повторити декілька разів.

4. Включити в коло досліджуваний елемент і провести анало­гічний дослід. Виміряти довжину .

5. Обчислити середнє значення та оцінити похибку вимі­рювання ЕРС.

1. Ознайомитись з описом та інструкцією з експлуатації потенціометра постійного струму, призначеного для виміру ЕРС компенсаційним методом (прилади, принцип дії яких ґрунтується на компенсаційному методі вимірювання, називаються потенціометра­ми).

2. Провести за допомогою потенціометра виміри ЕРС різних джерел постійного струму.

3.06. ВИЗНАЧЕННЯ 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 додатної 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 . 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, — основа натурального логарифму, А — робота виходу електрона з металу, Дж/К — стала Больцмана.

Знаючи струми насичення та 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 0 °С, – температурний коефіцієнт опору металу (для вольфраму 1/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 позначити: ; ; , 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)