Результаты работы и их анализ
Изучение распределения Больцмана
Преподаватель Студенты гр.355
Орловская А.В. Полынцев Е.
«11» апреля 2016 г. Власов А.
«11» апреля 2016 г.
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы состоит в изучении распределения Больцмана на примере исследования температурной зависимости тока термоэлектронов, а также определение работы выхода электронов из металла в вакуум.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Первичная обмотка трансформатора Т питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Вторичная обмотка подключена к диодному мосту VD, выпрямленное напряжение с которого через переменный резистор R и амперметр А подается на накальную спираль лампы Л. Резистор R позволяет регулировать ток накала и, следовательно, температуру катода. В анодную цепь включен в прямом направлении источник питания, что позволяет регистрировать ток насыщения, т.е. ток всех электронов, эмитированных катодом.
Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 – Схема экспериментальной установки.
При нагревании катода лампы с него слетают электроны, (электроны движутся к аноду, следовательно, возникает ток в цепи с лампой). Меняя сопротивление R, меняется ток в этой цепи. Меняя положение рукоятки «Накал лампы» мы изменяем напряжение на лампе, тем самым увеличивая количество электронов, слетающих с катода. Подключая «-» к катоду, а «+» к аноду мы меняем полюсы электромагнитного поля местами, создавая задерживающее напряжение. Таким образом “перелететь” с катода на анод смогут лишь частицы с достаточной скоростью движения. Количество таких частиц замеряется с помощью показаний амперметра на аноде (если в сети есть ток, то часть электронов все же преодолела задерживающее поле). По ходу проведения работы снимаются измерения напряжения, тока накала лампы, а также анодного тока.
2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ
Формула для расчета мощности, подведенной к нити накала:
P=I×U (2.1)
U - напряжение накала
I - ток накала
Формула зависимости температуры от мощности накала:
T=187+1103,7×P-144×P2 (2.2)
Формула зависимости силы тока от работы выхода:
(2.3)
E – работа выхода
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
| № | Iн, А | Uн, В | P, Вт | Ia, мА | ln Ia | T, K | 1/T, K-1 |
| 0.34 | 3.68 | 1.25 | 0.003 | -12.71 | 1341.6 | 0.00074 | |
| 0.36 | 4.05 | 1.45 | 0.004 | -12.42 | 1484.6 | 0.00067 | |
| 0.37 | 4.24 | 1.56 | 0.006 | -12.02 | 1558.3 | 0.00064 | |
| 0.38 | 4.37 | 1.6 | 0.009 | -11.61 | 1584.2 | 0.00063 | |
| 0.38 | 4.5 | 1.71 | 0.012 | -11.33 | 1653.2 | 0.0006 | |
| 0.39 | 4.67 | 1.82 | 0.017 | -10.98 | 1718.7 | 0.00058 |
Таблица 3.1 – Результаты измерения и расчетов.
Рисунок 3.2 - График зависимости 1/ T от ln Ia
Для расчета абсолютной погрешности, был использован метод наименьших квадратов. Полученные данные были загружены в программу, и был выдан результат:
k = -11070.3
b= -4.723
Абсолютная погрешность измерений= 1.139
Пользуясь полученными данными подставим их в формулу 2.3, и найдем работу выхода:
E1= -3.22×10-19 Дж
E6= -3.72×10-19 Дж
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы получили подтверждение справедливости распределения Больцмана на практике. Оказалось, что распределения Больцмана справедливо не только для молекул идеального газа, но так же применимо в реальных условиях, далеких от идеализированной модели.
В результате эксперимента были получены следующие результаты:
E1= -3.22×10-19 Дж
E6= -3.72×10-19 Дж