Лабораторная работа 22 ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ВАКУУМЕ Цель работы 1

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Лабораторная работа № 22

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ВАКУУМЕ

    

Цель работы

1. Ознакомиться с понятием вакуума.

2. Ознакомиться  с явлением термоэлектронной эмиссии.

3. Изучить ток в вакууме.

    

Теоретическое введение

   

Вакуум - состояние газа при давлениях ниже атмосферного, при котором свойства газа зависят от соотношения длины свободного пробега молекул и линейных размеров сосуда, в котором заключен газ.

Различают: высокий вакуум, при котором длина свободного пробега молекул велика по сравнению с размерами сосуда, средний вакуум – длина свободного пробега и размеры сосуда сравнимы по величине, низкий - длина свободного пробега мала по сравнению с размерами сосуда.

Количественной мерой вакуума является величина давления газа. К высокому вакууму в реальных системах размером ~ 0,1 м относят область давления ниже 10-3 мм рт.ст; к среднему - от 10-3 до 1 мм рт.ст;  к низкому от 1 до 760 мм рт.ст. Существует понятие "сверхвысокого вакуума" для обозначения состояния, при котором твердая поверхность, соприкасающаяся с газом, сохраняет чистоту в течение продолжительного времени. Это область давлений ниже 10-8 мм рт.ст.

катод

анод

Н    Н

Рис. 1

сетка

Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов нагретыми твердыми (реже жидкими) телами, происходящее в результате теплового возбуждения электронов в этих телах.

У металлов концентрация свободных электронов весьма велика. Электрон проводимости может вылететь из металла, если его энергия превышает работу выхода. Чем выше температура металла, тем интенсивнее эмиссия.

Суммарный заряд электронов, испускаемых металлом за каждую секунду, называют током эмиссии.

Ток в вакууме - это направленное движение электронов, полученных в результате термоэлектронной эмиссии.

В данной работе исследуется ток в трехэлектродной электронной лампе - триоде. Триод имеет три электрода: анод, катод, сетку. Сетка лампы расположена между катодом и анодом и почти всегда делается в виде проволочной спирали, окружающей катод. На рис. 1 показана цилиндрическая конструкция электродов триода. Для нормальной работы лампы давление газа в ней не должно превышать 0,7 - 1,5∙10-4 Па.

Катод служит для испускания электронов. Анод  притягивает электроны, испускаемые катодом, т.е. создает внутри лампы поток свободных электронов. В пространстве между анодом и катодом образуется электрическое поле, силовые линии которого направлены от анода к катоду, которое ускоряет электроны к аноду.

Сетка управляет потоком электронов внутри лампы, т.е. анодным током. Поэтому ее называют управляющим электродом. Небольшие изменения напряжения на сетке оказывают на анодный ток значительное влияние.

+       -

-       +

GB1

GB2

+  - 

GB3

цепь  анода

цепь сетки

I0

I0

Ia

Ia

Рис. 2

Рассмотрим влияние на анодный ток положительного и отрицательного напряжения на сетке (рис. 2, 3). Пусть в цепь управляющей сетки включена батарея GB1, положительный полюс которой соединен с сеткой и стрелкой показано направление сеточного тока. В цепь анода включена батарея GB3, положительный полюс которой соединен с анодом и стрелкой в анодной цепи показано направление анодного тока Ia.

При небольшом отрицательном напряжении (при обратной полярности батареи GB1) сетка отталкивает электроны, вылетающие из катода, но часть их все же под действием поля анода пролетает сквозь сетку (рис. 3). Анодный ток при этом уменьшается. Однако можно настолько увеличить отрицательное напряжение на сетке, что сетка будет отталкивать все электроны и анодный ток прекратится. Лампа окажется "запертой".

Положительное напряжение действует иначе. Оно помогает притягивать электроны, эмитируемые с поверхности катода. Большинство электронов, несмотря  на притяжение к сетке, вследствие большой своей скорости, пролетает по инерции в просветы сетки и летит к аноду, так  как напряжение на аноде всегда значительно больше, чем на сетке. Часть электронов все же притягивается сеткой и, попадая на нее, образует сеточный ток (рис.3).

При достаточно большом положительном напряжении на сетке анодный ток возрастает до величины тока насыщения, но одновременно значительно возрастает сеточный ток.

Ток эмиссии при насыщении равен сумме анодного и сеточного токов.

Изменяя напряжение на управляющей сетке в сравнительно небольших пределах от некоторого отрицательного до некоторого положительного значения, можно получить изменения анодного тока от нуля до тока насыщения. В этом состоит управляющее действие сетки.

Iа

0

Uа

UC > 0

UC = 0

UC < 0

Рис. 3

Вольт-амперные характеристики лампы дают наглядное представление об особенностях тока в вакууме при изменении электрического поля.

Анодные вольт-амперные характеристики показывают зависимость анодного тока Iа от анодного напряжения Uа при постоянном напряжении сетки Uс.

Основная характеристика, соответствующая Uc = 0 начинается от точки, где напряжение анода равно нулю.

При увеличении анодного напряжения увеличивается и анодный ток (см. кривую  Uс = 0). При небольших значениях анодного напряжения зависимость Ia(Ua) выражается формулой Богуславского-Ленгмюра:

,

где B - коэффициент, зависящий от формы электродов и их взаимного расположения.

Эта зависимость получила название закона "трех вторых". Ток в вакууме не подчиняется закону Ома для участка цепи.

Характеристики для положительных значений напряжений на сетке идут выше основной, полученной при Uс = 0, (так как величины анодного тока при положительных напряжениях на сетке получаются большими) и начинаются в точке, соответствующей  Ua = 0.

Характеристики для отрицательных значений напряжения сетки расположены правее основной и начинаются из точек, соответствующих определенному положительному напряжению на аноде.

Порядок выполнения работы

1. Определите цену деления каждого измерительного прибора.

2. Соберите цепь по схеме (рис. 2). Без проверки цепи преподавателем или лаборантом цепь не включать!

3. Снимите  данные для трех анодных характеристик лампы при сеточных напряжениях +5 В, 0, -10 В, изменяя анодное напряжение от 0 до 260 В через

20 В. Данные занесите в таблицу.

Таблица

Ua, B	Uc = -10 B	Uc = 0	Uc = 5 B	При Uc = 0
Ia, A	Ia, A	Ia, A	ln Ia, A	ln Ua
0 20 … 240 260

4. Постройте графики анодных вольт-амперных характеристик; убедитесь, что зависимость Ia от Ua не является линейной.

5. Постройте график зависимости ln Ia от ln Ua. Покажите, что тангенс угла наклона прямой равен 3/2. Из формулы (1) следует: ln I2 = ln B + 3/2 ln Ua.

    

Контрольные вопросы

    

1. Что такое вакуум?

2. В чем сущность явления термоэлектронной эмиссии?

3. Каково назначение электродов лампы?

4. Какому закону подчиняется ток в вакууме?  Написать формулу.

5. Объяснить, каким образом в данной работе проверялась справедливость закона Богуславского-Ленгмюра.

    

Список рекомендуемой литературы

1.  Трофимова, Т.И. Курс физики: учеб. пособие для инженер.-техн. специальностей вузов / Т. И. Трофимова. - 13-е изд., стер. - М.: Академия, 2007. - 558 с.- §§ 104, 105.
2.  Детлаф, А.А. Курс физики: учеб. пособие для втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. - 7-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 720 с.- §§ 18.5.
3.  Савельев, И.В. Курс общей физики: учеб. пособие для вузов по техн. (550000) и технол. (650000) направлениям: в 3 т. Т. 2: Электричество и магнетизм; Волны; Оптика / И. В. Савельев. - 9-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2007. - 496 с - ч. 1 гл. 5 §§ 31.
4.  Грабовский, Р.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов по естественнонауч., техн. и с.-х. направлениям и специальностям / Р. И. Грабовский. - 10-е изд., стер. - СПб.: Лань, 2007. - 607 с. - ч. 2 гл. 2 §§ 18.

1. Тема- Технология социальной экспертизы План лекции- Понятие функции социальной экспертизы
2. ІЯФранко про українську національну ідею
3. тема эких отношений в угоду присвоения материальных благ прежде всего средств прва
4. Лекция 7- Направленные свойства симметричного вибратора
5. Значение и использование Интернета в маркетинге
6. Контрольная работа- Теоретические и правовые аспекты организации и учета капитала кредитной организации
7. Реферат- Типологии индивидуальности
8. Природа Австралии
9. Положение в стране и в прессе после февраля 1917 г
10. Тематична різноманітність байок Ворона і Чиж Голова й Тулуб Пчела і Шершень Чиж і Щиглик
11. тема На тему- Финансовый контроль-сущность история развития современное состояние
12. Петербурга ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА государственного бюджетного общеобразовательного
13. 879 Рюрик Новгородский 879912 Олег Вещий
14. Рёвакорова и танец с самодельными инструментами Самба
15. Эмоционально-волевая сфера личности
16. 1] а Приточная история [0
17. Финансовая система России
18. Тема Содержание Время Стоимость для группы до 25 чел Ст
19. Реферат- Микробиологические методы исследования водоемов
20. Организация и государственное управление охраной труда на предприятии Аттестация рабочего места руководителя

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе