Witam, mam napisać sprawozdanie na ten temat .Dopiero zacząłem studiować i pierwszy raz mam kontakt z takim czymś jak sprawozdanie ale pomijając to , mój problem polega na tym że nie potrafię obliczyć a i b z tego zadania, poprostu nie wiem jak się do tego zabrać , przeanalizowałem całe to zadanie sądzę, że jesli będe wiedział jak obliczyć te 2 liczby to dam rade juz ze wszystkim .W załączniku dodaje 2 pliki do tego zadania aby było wiadomo o co chodzi , jedno to przykładowe sprawozdanie z tego tematu i co prawda jest tam napisane jak gość to obliczył ale nie mam pojęcia jak do tego doszedł. Prosił bym o wytłumaczeniu na danych z pomiarów w pliku Ćwiczenie_25.Bardzo proszę o pomoc.
Pawe? kara?
I MDB L - 63
2004/2005
?wiczenie nr 25
Temat: Pomiar pr?dko?ci wyj?ciowej elektronów metod? napi?cia hamuj?cego
Wst?p teoretyczny
.
Si?a ta skierowana jest wzd?u? linii pola si? elektrycznego. W wyniku
dzia?ania si?y w polu elektrycznym ?adunek doznaje przyspieszenia. Pole
elektryczne, przyspieszaj?c ?adunek, wykonuje prace: W = e* ab??E??d
l?cos( E, d l )
( w przypadku przemieszczenia ?adunku wzd?u? sko?czonej drogi z punktu a
do b ). Praca W zale?y wy??cznie od warto?ci tego ?adunku oraz jego
pocz?tkowego i ko?cowego po?o?enia w tym polu : W = e*( Vb - Va ) = e*U.
Praca ta zamienia si? na energie kinetyczn?: Ekin = mv2/2
Zjawisko emisji termoelektronowej polega na wysy?aniu elektronów przez
nagrzane metale. Przestrze? zaj?ta przez metal jest wype?niona sieci?
dodatnich jonów, mi?dzy którymi znajduj? si? elektrony poruszaj?ce si?
swobodnie wewn?trz metalu, jak cz?steczki gazu o energii kinetycznej
Ekin. Elektron prowadzenia mo?e opu?ci? dany metal jedynie wówczas, gdy
jego energia przewy?sza prace wyj?cia elektronu z metalu. Wzrost liczby
termoelektronów zwi?ksza si? bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury
( prawo termoemisjii - prawo Richardsona:
jT = B*T2*e-¢/kT
Zjawisko termoemisjii zosta?o zastosowane m.in. w lampach elektronowych
Najprostsz? lamp? elektronow? jest dioda. Dioda jest to ba?ka szklana, w
której wytworzona wysoka pró?ni?. Wewn?trz ba?ki znajduje si? dwie
elektrody: katoda i anoda. Pró?ni? wytwarza si? w tym celu, by elektrony
podczas swego ruchu wewn?trz ba?ki nie zderza?y si? z cz?steczkami gazu
oraz aby katoda nie ulega?a utlenieniu. Katod? jest drucik metalowy
nagrzewany do wysokiej temperatury za pomoc? pr?du elektrycznego. Anoda
ma posta? cienko?ciennego cylindra otaczaj?cego katod?. Podczas
zasilania w?ókno katody silnie si? nagrzewa i zaczyna emitowa?
termoelektrony.
Zale?no?? pr?du anodowego od napi?cia dla U & lt; Ua ujmuje wzór
Bogus?awskiego - Langmuira,
( prawo ''trzech drugich'' ): Ia = A*Ua3/2
Ua & gt; & gt; 0 , niewielki wp?yw T2 = & gt; Inas = B*e-¢/KT
Ua & lt; 0 , uwzgl?dniony wp?yw potencja?u hamuj?cego = & gt; Ia = B*e-¢/kT *
e(e*U) / k*T
lub Ia = Inas * e(e*U) / k*T
lnIa = e/k*T * Ua + lnInas
Czynnikiem wp?ywaj?cym na prace lampy jest tak?e napi?cie kontaktowe Uk
pomi?dzy materia?em katody i anody :
Ia = Inas exp[e/k*T * ( Ua + Uk )] = Inas exp( e/k*T * Ua ) exp(
e/k*T * Uk ).
Ua = 0 : Ia(0) = Inas exp( e/k*T * Uk )
Ia = Ia(0) exp( e/k*T * Ua )
Ln( Ia / Inas ) = e / k*T * Ua
lub
lnIa = lnIa(0) + e / k*T * Ua
2.Wykonanie ?wiczenia
po??czy? obwód wed?ug schematu:
b) pocz?wszy od Ua = 0, zbada? przebieg zmienno?ci pr?du anodowego Ia od
Ua
( ujemnie napi?cie anoda - katoda )
2 B F H v Ô
Ö
ê
ì
h
gd
& lt; 6V ( dodatnie napi?cie anoda - katoda )
d) sporz?dzi? charakterystyk? Ia = f(Ua)
e) wykre?li? zale?no?? lnIa od Ua
f) wyznaczy? temperatur? katody ( T = e/k*a )
g) obliczy? Uk
h) obliczy? pr?dko?? wyj?ciow? najszybszych elektronów.
3.Tabela pomiarowa
L.p. Ia
[ mA ] Ua
[ V ] Uh
[ V ] V
[ m/s ] v+/-?v
[ m/s ] T
[ k ]
1 0,0000 -0,950 -1,266 6,6673 * 106 +/- 0,6859 * 105 1128,8421
2 0,0001 -0,850
3 0,0001 -0,745
4 0,0003 -0,655
5 0,0011 -0,566
6 0,0036 -0,456
7 0,0098 -0,353
8 0,0275 -0,252
9 0,0568 -0,152
10 0,1008 -0,057
11 0,3300 0,000
12 2,6500 0,514
13 6,1400 1,045
14 8,7300 1,498
15 14,1100 2,004
16 17,3600 2,509
17 26,4000 3,023
18 31,7000 3,501
19 35,7000 4,011
20 42,8000 4,508
21 47,9000 5,014
22 55,3000 5,531
23 55,4000 5,812
4. Obliczenia
a) Obliczam temperatur? katody, korzystam z nachylenia krzywej wykresu
zale?no?ci lnIa od Ua
a = e/k*T , T = e/k*a
k = 1,381*10-23 J/K
e = 1,602*10-19 C
,
,
.
b) Obliczam warto?? napi?cia kontaktowego
Ia(0) = Inas exp ( (e/k*T)*Uk) = & gt; (Ia(0))/Inas = exp ( (e/k*T)*Uk)
Ln( Ia(0)/Inas) = (e/k*T)Uk = & gt; Uk = k*T/e * Ln( Ia(0)/Inas)
Inas = 70 mA ( za?o?enie z instrukcji )
Uk = ln( 0,33/70 ) * ( 1,381 * 10-23 * 1128,84218 ) / 1,602 * 10-19 =
= -5,357 * 973,11551122 * 10-4 = -5212,979799 * 10-4 = -0,5212979799 [ V
]
c) Obliczam napi?cie hamuj?ce : Uh = Uk + Ublokuj?ce
Ub = -0,745 [ V ] , Uk = -0,521 [ V ]
Uh = -0,745 - 0,521 = -1,266 [ V ]
d) Pr?dko?? wyj?ciowa elektronów:
V = ?(2*e*Uh)/m
V = ?2*( 1,602 * 10-19 * 1,266 )/ ( 9,108 * 10-31 ) = ?0,445 * 1012 =
6,6673 * 106 [ m/s ].
e) Obliczam b??d ?Uk
Uk = Ln( Ia(0)/Inas) * ((k*T)/e)
?Ia(0) = 0,1 mA ( b??d pomiaru )
?Uk = ?(? Uk)/ (? Ia(0)) * ?Ia(0) ? = ?k*T/e * (1/( Ia(0)/Inas)
* 1/ Inas * ?Ia(0) ? =
= ? k*T/e * 1/ Ia(0) * ?Ia(0) ?
?Uk = ? ( 1,381 * 10-23 * 1129,84218 ) / (1,602 * 10-19 ) * 1/0,33
* 0,1 ? =
= 294,88 * 10-4 = 0,029488 [ mV ]
f) Obliczam ?Uh , Uh = Uk + Ub
?Uh = ??Uk? + ??Ub? , ?Ub = 0,1 mV ( b??d pomiaru )
?Uh = 0,029488 + 0,1 = 0,129488 [ mV ]
g) Obliczam ?V
?V = 1/6,6672 * 105 * ( 2*1,602 * 10-19 / 9,108 * 10-31 )
* 0,13 =
= (41,652 / 6072,57684 ) * 107 = 0,6859 * 105 [m/s ]
Wnioski:
Na podstawie przeprowadzonego ?wiczenia mo?na stwierdzi?, ?e wraz ze
wzrostem napi?cia Ua wytworzonego pomi?dzy elektrodami wzrasta?o
nat??enie Ia czyli coraz wi?cej elektronów emitowanych z roz?arzonej
katody dociera?o do anody. Wzrost Ia obserwowany jest a? do pewnego
maksimum ( wszystkie elektrony emitowane przez katod? dobiegaj? do anody
). Na b??d wzgl?dny ?V mia?y wp?yw b??dy ?Ia oraz ?Ua wynikaj?ce z
niedok?adnych urz?dze? pomiarowych.