Прогрев включена только цепь накала анодная цепь разомкнута; 2 Работа включены как цепь накала так и а

Работа добавлена на сайт samzan.net:

диоду, и комбинированный цифровой прибор Ц43 11 класса точности 0,5 (или прибор Щ43 I ч-ого же класса точности) для измерения анодного тока.

В схеме предусмотрены два режима работы вакуумного диода: 1) «Прогрев» - включена только цепь накала, анодная цепь разомкнута; 2) «Работа» - включены как цепь накала, так и анодная цепь. В цепи накала вакуумного диода существует ступенчатая регулировка тока, позволяющая изменять температуру катода (переключатель Пр2 «Температура катода 1,2,3»). Анодное напряжение диода плавно регулируется с помощью потенциометра.

К цепи накала

Рис. 1.

В лабораторном макете соединительные провода выполнены из белого и черного проводов, причем черный - «минус», белый - «плюс».

Основные параметры вакуумного диода и физические постоянные.

Исследуемый физический прибор: вакуумный диод 6Д20П.

Площадь цилиндрического анода: S = (450 ±5) мм2.

Радиус цилиндрического анода: R = (3,6 ± 0,2) мм.

Радиус цилиндрического катода мал по сравнению с радиусом анода.

Высота цилиндрического анода: Н = (2,00 + 0,02) см.

Модуль заряда электрона q = 1,6 • 10"   Кл. Масса электрона т = 9,1 • 10"   кг . Постоянная Больцмана к = 1,38 • 10~23 Дж/К.

201.6. Порядок выполнения работы.

1.  На вольтметре М2017 установить диапазон измерений «1,5 В» или «3 В». На
   приборе Ц4311 установить режим измерения постоянного тока (клавиши «-I» и
   «0,3 та» нажата).
2.  Если вместо Ц4311 установлен прибор Щ4313, то в режиме измерения посто
   янного тока (клавиши «Пит», «Подсветка», «та» и «2та» нажаты, а остальные -
   отжаты).

 

1.  На блоке стабилизированных напряжений (БСН) установить переключатель
   Пр2 «Температура катода» в положение 1, переключатель Пр1 «Режим диода» в
   положение «Прогрев», потенциометр Ri в крайнее левое положение, поворачи
   вая его против часовой стрелки.
2.  Включить выпрямитель В-24 (тумблер «Вкл» в правом нижнем углу панели),
   проконтролировав его напряжение в диапазоне U|=(9 - 10) В по вольтметру вы
   прямителя (находится в левом верхнем углу панели).
3.  По истечении 5 минут переключатель Пр1, «Режим диода» установить в по
   ложение «Работа». Если наибольший анодный ток лампы Jo (потенциометр R| в
   крайнем левом положении) не изменяется со временем, можно приступать к
   измерениям.
4.  Изменяя напряжение вольтметра с шагом 0,01 В, снять зависимость анодного
   тока У от напряжения вольтметра t/v. Соответствующие точки по порядку зано
   сятся в таблицу.
5.  Вывести потенциометр R] в крайнее левое и установить положение переклю
   чается Пр1 «Режим диода» в положение «Прогрев», а Пр2 «Температура като
   да» в положение 2.
6.  Повторить пункты 6 и 7.
7.  Вывести потенциометр Rt в крайнее левое положение и установить положе
   ние переключателя Пр1 «Режим диода» в положение «Прогрев», а Пр2 «Темпе
   ратура катода» в положение 3.

1.  Повторить пункт 6 и 7.
2.  Вывести потенциометр R^ в крайнее левое положение, переключатель Г1р1
   «Режим диода» в положение «Прогрев», а Пр2 «Температура катода» в поло
   жение 1.
3.  Выключить установку.
4.  Записать в протокол пределы измерений приборов М2017 и Ц4311 для
   шкал, на которых проводились измерения: Uv(max), J(max).
   ВНИМАНИЕ: Величину задерживающего напряжения измеряют на дели
   теле напряжения с помощью вольтметра М2017. В связи с этим, напря
   жение U на диоде меньше напряжения Uv, показываемого вольтметром
   М2017, в десять раз.

Таблица для записи результатов измерений зависимости тока диода от на пряже! i ия воль тм етра :

Таблица № 1

Номер точки /	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Задерживающее напряжение (/ = £/„/10, мВ	0
Ток анода J , мкА

Заготовить три одинаковые таблицы №1 для трех различных температур электронного газа. По результатам таблиц в одной системе координат построить семейство графиков J = J(U) на миллиметровой бумаге.

201.7. Методика обработки результатов измерений.

Выбрать вольтамперную характеристику с наибольшим значением на
чального тока Jo .

Рассчитать   температуру   термоэлектронного   газа   из   соотношения
(201.7) для точки г=6 по значениям J(6) и U(6)

qU(6)

(201.14)

kln(J0/J(6))

• Оценить наиболее вероятную скорость электронного газа (201.3).

• Определить из (201.8) среднюю концентрацию электронов равновесной
компоненты

п^ЧШ- <2о1л5>

qS V  kT

• Рассчитать количество электронов в моделируемом равновесном газе
из соотношения N = п0У = пояЯ2Н .

Вычислить коэффициент пропорциональности

q Sn0 Полученные результаты занести в таблицу №2.

(201.10)

Таблица №2

Г, К

G, В/А

и, м/с

N

«о,

Jo, мкА

•  По ВА.Х для наибольшего значения нулевого  тока, провести расчет экспериментальной функции распределения (201.12) с учетом следующих осо-

бенностей: у'-е значение функции  Fj\      \, рассчитанное для приращения  тока

dJ ~ AJj = Ji+l - Jj и приращения напряжения dU ~ AUj = Ui+i - А (У,-, соответствует значению скорости

 

(201.7)

где

(201.8)

- наибольшее чпачение 'тока в диоде при минимальном значении задерживающего напряжения t/=0. Соотношение (201.7) дает аналитический вид вольтам-iiepnoii характеристики (I3AX) запираемого вакуумного диода при максвеллов-ском распределении носителей тока. Дифференцируя (201.7) по U, найдем

dL = _4J±e-qu,kr_ (20]9)

dU        kT

Из (201.7) и (201.9) видно, что с ростом задерживающего напряжения ток вакуумного диода уменьшается по экспоненциальному закону.

Вид ВАХ отображает свойства максвелловского распределения электронов (201.1) Производную тока по напряжению (201.9) свяжем с видом ФР 'i(u») c учетом того, что убыль кинетической энергии зарядов обусловлена приращением замирающего напряжения (следует из (201.4))

(201.10)

(201.11)

Равенство (201.1 1) позволяет по зависимости J =J(U) восстановить экспериментальную ФР F{ox) равновесных термоэлектронов, которую удобно иредсташп I. в безразмерном виде, умножив (201.1 1) на ив,

"^ = (v/|rUv; = __-V^ = _4^-~ = -G"   (201Л2)
q2Sn{)dU        q2Sn{)  dU dU

и (.ранним, ее с распределением (201.1), умноженным на ив: %

Заполнить таблицу №3.

 (201.17)

 201.?. Описание установки.

' )лск I рическая блок-схема установки (рис. 1) включает в себя: выпрямитель П-.М, блок стабилнзиронанною анодного и накалыюго напряжений (БСН) для iiinaiiiDi цепей вакуумного диода 6Д20П, вольтметр М2017 класса точности 0,5, ичмсря1О[ций напряжение на делителе сопротивлений, подключенному к

8

1.  Какую размерность имеет функция распределения? Как сделать ее безраз
   мерной?
2.  Как можно использовать вакуумный диод для определения функции рас
   пределения равновесных термоэлектронов?
3.  Что такое метод задерживающего потенциала?
4.  Чему равен элементарный ток, создаваемый электронами, скорости кото
   рых заключены в интервале <1их'1

1.  Получите вольтамперную характеристику (ВАХ) запираемого вакуумного
   диода (201.7).
2.  Какой физический смысл функции распределения (201.2)?
3.  Какой физический смысл функции распределения (201.1)? „
4.  Как связать функцию распределения с производной ВАХ?
5.  Расскажите о методике обработки результатов измерений.
6.  Чему равна концентрация электронов равновесной компоненты? От чего
   она зависит?
7.  Как устроен вакуумный диод? Как внутри него образуется газ электро
   нов? Какая полярность у электродов диода при протекании тока ./0?
8.  Что называют концентрацией?
9.  Как можно вычислить среднее число электронов, находящихся в вакуум
   ном диоде при протекании тока Jo?
10.  Какую из величин, входящих в (201.18), можно измерять с меньшей точ
    ностью и почему?
11.  Что характеризует площадь под ФР (201.1), под ФР (201.2)?

Литература

1.  Савельев И.В. Курс общей физики. T.I. M.: Главная редакция фич.мат
   литературы. 1977 г, с. 416.
2.  Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. М.: Главная редакция фпз.ма!
   литературы. 1970 г, с. 357.
3.  Волощенко В.10., Сапогин В.Г. Оценка погрешностей при физических
   измерениях. Методическая разработка. Таганрог. Из-во ТРТУ, 2004  г,
   с. 31.

Описание составил Сапогин В.Г. Рецензент Клопченко B.C.

 Лабораторная работа № 201

«Моделирование распределения Максвелла

н равновесном газе термоэлектронов»

201.1. Цель работы

Методом задерживающего потенциала из косвенных измерений получить функцию распределения (ФР) по компоненте скорости равновесных термоэлектроном. Определить концентрацию и количество электронов равновесной компоненты. Сравнить экспериментальную ФР с распределением Максвелла по компоненте скорости.

201.2. Приборы и принадлежности

Накуумпып диод, блок питания, вольтметр, амперметр.

201.3. Теоретический материал

Функции распределения равновесного газа молекул. Распределение Максвелла. Средние параметры распределения. Экспериментальная проверка ФР [1, С. 310  3211. Термоэлектронная эмиссия, вакуумный диод [2, с. 268-270].

201.4. Теоретическое введение

Молекулы газа, находящегося в равновесном состоянии, движутся с самыми различными скоростями, причем как модуль, так и направление скорости каждой отдельно взятой молекулы непрерывно изменяются из-за соударений (молекула претерпевает в секунду при нормальных условиях — 10у соударений).

В газе различают две функции распределения (ФР) молекул: по компоненте скорости  f\[\iK)

1  (IN         f    in
= 4 яг 

N (lи         \2лкТ.

где /V ■■ число молекул газа, m - масса молекулы, 7'- абсолютная температура газа, к - постоянная Ьо.ш.цмапа. Зная вид f2(v) можно найти количество молекул dN hi числа /V, скорое гп которых заключены в интервале от и до и + с/о (аналогично дня ФР ('.01.1)

Различие законов (201.1) и (201.2) связано с тем, что первый указывает на равиоиеспос 11. распределения молекул по направлениям в пространстве: в пределах люГ)ым образом ориентированного, но постоянного но величине, телесного угла dU и каждый момент времени лежат направления движения в среднем одинакового числа молекул dN, а второй утверждает, что возможные значения

модуля скорости, заключенные и пределах от нуля до бесконечности, не равновероятны.

ФР (201.2) имеет размерность обратной скорости и максимум, приходящийся на наиболее вероятную скорость

(201.3)

V   т

В предлагаемой работе проводят косвенные измерения ФР равновесных термоэлектронов и сравнивают ее с распределением по компоненте скорости (201.1).

Для измерения ФР в лабораторной работе применяют метод задерживающего потенциала. Его основная идея состоит в следующем: потоком одноименных зарядов, идущих от катода к аноду, можно управлять внешним напряжением, приложенным между катодом и анодом. Это напряжение такой полярности, чтобы одна часть зарядов, у которых небольшая скорость движения, останавливалась, не достигая анода, и возвращалась к катоду. А другая их часть, с большими скоростями движения, проходила через потенциальный барьер, создаваемый чтим напряжением, и попадала па анод. Движение зарядов в этом случае подчиняется закону сохранения полной механической энергии

2 2

Е = ^L + ч<р] = T^L + qcp2 = const, (201.4)

где цифрами отмечены значения полной энергии заряда на катоде - 1, и на аноде - 2. Тогда минимальная скорость и„, = о, - скорость, при которой заряд уже останавливается на аноде (и2 = о), следует из (201.4)

2с/(<р2 -чц) _  \2qU

(201.5)

т V   т

где in - масса электрона, ц - модуль его заряда, U - запирающее напряжение между катодом и анодом. Вылетевшие из катода электроны, скорости которых меньше чем ит, возвращаются обратно.

Предполагая, что скорость вылетающих из катода электронов распределена по Максвеллу, а движение одномерное, запишем элемент тока JJ, создаваемый электронами со скоростями в интервале dux, учитывая, что плотность тока jx = qnux:

(201.6)

где

/„, ч -/() -   ,v  - средняя концентрация электронов в равновесной

компоненте, движущейся в направлении оси х, V - объем газа, занимаемый электронами, S - площадь анода, через которую протекает ток. Тогда анодный ток, создаваемый электронами, долетевшими до анода, вычисляется из соотношения

 Таблица № 3

Номер точки j	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
У /Ч
F,
								•

о По таблице №3 в одной системе координат построить графики на миллиметровой     бумаге     экспериментальной     функции     распределения

v ■ / и ■ /

Fj( у    ) и функции распределения fj( у    ) (201.13), рассчитанной предва-

рительно на калькуляторе для этих лее значений    ■'/   .

• Из сравнения графиков сделать качественные и количественные выводы.

201.8.  Оценка  погрешности  определения  концентрации электронов равновесной компоненты.

Из соотношения (201.15) согласно методике, приведенной в [3], следует, что

,   - (201.18)

«о     njo )    V s )    л\ г )

Оценку погрешности из (201.18) сделать для наибольшей температуры катода и наибольшего тока диода. Считать, что Л7У7' = 0,02. Сделать округление в абсолютной погрешности А«о до первой значащей цифры и записать конечный результат в виде «0 = >iq ± А»о •

201.9. Контрольные вопросы.

1.  Какие функции распределения молекул вы знаете? Запишите их аналити
   ческий вид. Постройте графики. Объясните их отличие. Как они изменяются
   для различных температур? Что характеризует площадь под ФР?
2.  Какие средние величины, характеризующие газ молекул, можно вычислить
   по функции распределения?
3.  Что такое наиболее вероятная скорость молекул?
4.  Что такое средняя скорость молекул?
5.  Что такое средняя квадратичная скорость молекул?

1. И кажется всех это устраивает что по меньшей мере странно
2. Такими показниками екологічного навантаження потоку консервативними речовинами служать перш за все абсолю
3. Иностранные заимствования в лексике английского языка
4. Статья- Принципы разработки бюджета капитальных вложений
5. 1 Лекционные занятия Отбор и содержание материала теоретического курса а так же материала для проведе
6. Расчёт параметров выпрямителя 001
7. Word 2007
8. по теме Экологическая документация предприятия 1 Изучите следующие документы- Должностная инстр
9. Информационные системы управления бизнес-процессами предприятия ERP-система LWSON M3 - альтернатива SP, Orcle, xpt
10. Судебное разбирательство дел в суде первой инстанции
11. Тема. планування збуту продукції
12. Стэнли Генри Мортон.html
13. ИСЛАМСКОЙ ФИЛОСОФИИ Учебное пособие Москва 1995 ББК 87
14. экономических преобразований повседневно заботятся о повышении эффективности своего законодательства
15. Горячие блюда из мяса
16. Тема теоретичної частини- Синергетичний підхід в системі стратегічного менеджменту
17. TTRPOM Цены на услуги горнолыжного центра Арский Камень ЗАЛОГ ЗА
18. Мы и раньше считали что акцизы нужно снижать
19. тема оцінювання здійснюються відповідно до вимог програми виробничої практики
20.  Начальная скорость материальной точки 4 м-с

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе