Ćwiczenie nr 64 - Mechatronika

Uniwersytet l ski, Wydział Informatyki i Nauki o MateriałachInstytut Technologii i Mechatroniki
wiczenie nr 64
WYZNACZANIE PRACY WYJ CIA ELEKTRONÓW Z METALU, NAPI CIA
KONTAKTOWEGO I PR DKO CI TERMOELEKTRONÓW W BADANIACH
ZJAWISKA EMISJI TERMOELEKTRONOWEJ.
Przebieg wiczenia:
Cz
A. Wyznaczanie przebiegu charakterystyki w zakresie pr du pocz tkowego.
A1. Zestawi układ pomiarowy według schematu:
A2. Przyło y
do anody napi cie hamuj ce. Pami ta
nale y,
e zacisk „-” (mili-)
mikroamperomierza zawsze musi by poł czony z anod .
A3. Wł czy obwód arzenia i za pomoc opornika R nastawi warto
nat
enia pr du I
podan przez prowadz cego wiczenie (około 0,5 A).
A4. Wł czy obwód anodowy i nastawi potencjał Ua=0.
A5. Czeka do chwili a pr d anodowy przestanie si zmienia , a nast pnie zmierzy jego
warto
I a.
A6. Pomiary opisane w punktach A5 i A6 wykona
dla około kilku ró nych warto ci
potencjału hamuj cego Ua w zakresie od warto ci Ua=0 do warto ci Ua=Ub, przy której
Ia=0,
0,1 V.
co
Uniwersytet l ski, Wydział Informatyki i Nauki o MateriałachInstytut Technologii i Mechatroniki
A7. Zmieni polaryzacj anody, ł cz c biegun dodatni ródła z anod wg schematu:
A8. Wykona pomiary Ia dla około 20 ró nych warto ci Ua>0.
A9. Pomiary opisane w punktach A3÷A8 wykona
dla dwóch innych nat
arzenia (np.0,6A; 0,7A;0,8A, zmiany warto ci nat
e
pr du
enia pr du uzyskuje si
za
pomoc zmian warto ci oporu w układzie arzenia).
Cz
B. Wyznaczanie pr du emisyjnego katody.
B1. Układ pomiarowy zgodny ze schematem jak w punkcie A7. Obwód
arzenia
pozostawiamy bez zmian.
B2. Wł czy obwód anodowy i zbada zale no
nat
enia pr du anody Ia od napi cia
anody Ua (dodatniego) przy stałym pr dzie arzenia wynosz cym dokładnie tyle ile w
jednym z pomiarów cz
ci A.
B3. Pomiary opisane w punkcie B2 wykona
arzenia z cz
dla dwóch pozostałych warto ci pr du
ci A.
Opracowanie wyników:
1. Wykre li
w jednym układzie współrz dnych zale no ci nat
napi cia anodowego Ia(ua) w oparciu o wyniki uzyskane w cz
2. Ekstrapolowa
enia pr du anody od
ci B.
uzyskane krzywe do Ua= ∞ . Uzyskane warto ci asymptotyczne
Ia(Ua= ∞ ) s równe pr dowi emisyjnemu katody In.
3. Czynno ci opisane w punktach 1 i 2 wykona dla pomiarów uzyskanych dla dwóch
pozostałych warto ci napi cia arzenia.
4. Okre li bł dy wyznaczenia warto ci nat
e pr du emisyjnego katody.
5. Obliczy warto ci logarytmu dziesi tnego pr dów Ia zmierzonych w cz
ci A.
Uniwersytet l ski, Wydział Informatyki i Nauki o MateriałachInstytut Technologii i Mechatroniki
6. Wykre li na oddzielnych wykresach zale no ci logIa(Ua).
7. Teoretyczn analiz charakterystyki diody przedstawia poni szy rysunek.
8. Na wykresach nanie
lini
4 (patrz punkt 7) dla logIn oraz asymptot
krzywej
do wiadczalnej (linia 2 przedstawiona na rysunku w punkcie 7). Asymptot uzyska na
podstawie aproksymacji liniowej cz
9. Obliczy
ci charakterystyki diody.
współczynnik nachylenia asymptot a oraz niepewno
wyznaczenia tego
współczynnika.
10. Korzystaj c z równania:
T=
e
log e
ka
(1)
obliczy temperatur katody.
11. Rozwi zuj c układ równa
Richardsona (2) odpowiadaj cych dwóm temperaturom
katody:
I a1 = BT12 exp −
Φ
kT1
i
I a2 = BT22 exp −
Φ
kT2
(2)
wyznaczy prac wyj cia elektronów.
12. Obliczy warto
niepewno ci wyznaczenia pracy wyj cia elektronów z powierzchni
katody.
13. W celu wyznaczenia napi cia kontaktowego Uk nakre li krzywa teoretyczn 1 (patrz
punkt 7) skorygowan ze wzgl du na napi cie kontaktowe jako równoległ do krzywej
2 (punkt 7) przechodz c przez punkt (logIa=login, Ua=0).
14. Odczyta z wykresów wykonanych w punkcie 6 warto
15. Obliczy warto
potencjału hamuj cego Uh.
pr dko ci wyj cia najszybszych elektronów korzystaj c ze wzoru:
Uniwersytet l ski, Wydział Informatyki i Nauki o MateriałachInstytut Technologii i Mechatroniki
u= 2
e
Ua ,
m
gdzie m i e oznaczaj odpowiednio mas oraz ładunek elektronu.
16. Obliczy warto
niepewno ci wyznaczenia pr dko ci wyj cia elektronów z materiału
katody.
Zagadnienia:
Emisja elektronów, napi cia kontaktowe, lampy elektronowe, praca wyj cia.
Literatura:
H. Szydłowski, Pracownia fizyczna
R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t.2