Изучение явления термоэлектронной эмиссии с помощью

Вакуумного диода

Цель работы: исследование вольтамперной характеристики вакуумного диода, проверка закона Богуславского–Ленгмюра и определение удельного заряда электрона. Экспериментальное изучение зависимости плотности тока насыщения от температуры катода и определение работы выхода электрона на основании уравнения Ричардсона–Дешмена.

Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-06, источник питания, цифровой вольтметр (миллиамперметр).

Описание установки

На рисунке 6.8 представлена электрическая схема установки. Принцип работы установки основан на термоэлектронных явлениях, возникающих в электровакуумной лампе ЧЦ14C. Регулировка и контроль необходимых параметров выполняется с помощью источника питания и цифрового вольтметра, подключённых к рабочей кассете согласно схеме.

X1

X2

«РА»

2.5-4.5 В

10-120 В

-

-

+

+

ЧЦ14C

Рисунок 6.8 – Схема установки

Диапазон напряжений накала составляет (2,5–4,5) В, анодное напряжение равно (12–100) В, ток накала можно изменять в пределах (1,2–1,75) А.

Ход работы

1 Измерьте цифровым прибором сопротивление (R_k) нити накала лампы ЧЦ14C при комнатной температуре.

2 Подключите к разъёму кассеты ФПЭ-06 кабель, идущий от источника питания, подключите миллиамперметр к выходным гнёздам X1, X2 («РА»).

3 Снимите вольтамперную характеристику диода, изменяя анодное напряжение потенциометром в пределах (12–120) В, для трёх значений тока накала в интервале (1,5–1,75)А. При этом фиксируйте напряжение накала с помощью вольтметра. Анодный ток фиксируйте с шагом 0,01 мА, включая область насыщения.

4 На основе показаний п.3 для каждого значения напряжения накала постройте вольтамперную характеристику и определите силу тока насыщения и tgδ (рисунок 6.3).

5 Для всех значений U_Н рассчитайте мощность, выделяемую на катоде .

6 Используя формулу 6.13, определите удельный заряд электрона (в формуле (6.13) R²/l= 0,23).

7 Для трёх значений тока накала рассчитайте и .

Температуру катода можно определить по формуле

где t_k– комнатная температура, R(t_k)– сопротивление катода при комнатной температуре, α= 4,2×10^-3град^-1, R(t_n)– сопротивление катода при рабочей температуре, равное

где U_n– напряжение в цепи накала, I_n– ток накала.

Плотность анодного тока jрассчитайте по формуле

8 Постройте график , убедитесь в его линейности. По формуле 6.18 определите работу выхода электрона из вольфрама.

9 Рассчитайте погрешность измерения, учитывая, что для нити накала (вольфрам) A₀ = 4,54 эВ.

Примечание – Для лампы ЧЦ14С диаметр нити накала , длина .

Тема 7