Контактная разность потенциалов

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОНОВ ПО СКОРОСТЯМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Одним из методов изучения распределения термоэлектронов по скоростям является метод задерживающего потенциала. Распределение электронов по скоростям в промежутке катод-анод можно считать максвелловским:

, (1)

где dn – число свободных электронов в единице объема металла, имеющих скорости в интервале V_x ¸ V_x + d V_x, V_у ¸ V_у + d V_у, V_х ¸ V_х + d V_х, n – концентрация свободных электронов, E – энергия электрона, k – постоянная Больцмана, m – масса электрона, T – абсолютная температура.

Для плоских электродов расчет анодного тока при малом анодном напряжении производится по формуле:

или , (2)

где U – разность потенциалов между катодом и анодом; e – заряд электрона.

Построив график lnI = f(U), по углу наклона прямой можно определить температуру, соответствующую состоянию электронного газа. Опыт показывает, что электронный газ находится в тепловом равновесии с катодом, т.е. их температуры совпадают. Необходимо помнить, что формулы (2) справедливы лишь для малых положительных или отрицательных напряжений на аноде. При положительном анодном напряжении рост тока замедляется, а при достижении тока насыщения прекращается (если пренебречь эффектом Шоттки).

Поскольку действительное анодное напряжение U является алгебраической суммой поданного напряжения смещения U_см и контактной разности потенциалов пары анод-катод U_KA, излом прямой lnI = f(U) наступает при U_см = U_{К А}. По характеру графика lnI = f(U) можно проследить зависимость вольт-амперной характеристики от температуры катода и определить U_KA.

Схема установки приведена на рис. 1. Величина анодного напряжения изменяется потенциометром R₁. Изменение полярности анодного напряжения осуществляется переключателем П₁. Анодный ток лампы измеряется микроамперметром. Ток накала лампы регулируется изменением напряжения накала от 4 до 6,3B.

Рис. 1. Схема установки

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему для проведения измерений согласно рис. 1.

2. Измерить зависимость анодного тока от напряжения, изменяя его от -0,3 до +0,3 B при напряжениях накала 6,3; 5,0; 4,0 B. Изменение полярности анодного напряжения осуществляется переключателем П₁. Ток накала измеряется амперметром А₁. При изменении полярности переключателем П₁ необходимо изменить полярность вольтметра.

3. По полученным данным построить график зависимости lnI_a от U_a и определить по ним величину и знак контактной разности потенциалов между катодом и анодом при указанных выше токах накала. Рассчитать по графикам значения температуры катода.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Когда распределение электронов по скоростям можно считать максвелловским?

2. Что такое контактная разность потенциалов (КРП)?

3. Как определить КРП из распределения электронов по скоростям?

4. В чем состоит сущность метода задерживающего потенциала?

Дата добавления: 2014-10-23