Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской федерации
Томский государственный университет систем управления и
радиоэлектроники (ТУСУР)
Лабораторная работа по физике на тему:
Изучение распределения Максвелла
Преподаватель Студенты гр.810
А.В.Медовник В.В.Верин
Д.С.Арешкина
С.К.Грызлов
2010
Целью данной лабораторной работы является изучение распределения по скоростям электронов, эмитированных термокатодом, и сравнения полученного распределения с максвелловским.
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
(2.1)
;
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
(2.2)
;
где me – масса электрона
кг
(2.3)
(2.4)
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(IА) от Uз
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
Vср.кв = 2549043,72 м/с
Vвер = 199170,23 м/с
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Линейность зависимости Ln(IА) от Uз 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.
y = -8,8646x - 9,1433
y = -10,413x - 9,6015
y = -11,767x - 10,262
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
U
з
, мВ
Ln(I
a
)
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