_2-11
.docЦель работы: Ознакомится с одним из методов экспериментального определения удельного заряда электрона.
Приборы и принадлежности: цифровые вольтметр и миллиамперметр для измерения вольтамперной характеристики диода, амперметр для измерения накала диода, источники питания стабилизированные, панель с размещенной на ней лампой и электрическая схемой.
Теоретическое введение.
Анодный ток в зависимости от анодного напряжения (пока не достигнут ток насыщения) изменяется по закону трех вторых (закон Богуславского – Ленгмюра)
(1)
Где В – коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и размеров электродов лампы, их взаимного расположения, от заряда и массы электрона
(2)
Где β – численный коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода лампы (rA/rB);
rA – радиус анода;
l – длина катода лампы;
е/m – удельный заряд электрона;
ε0 – электрическая постоянная.
(3)
- const.
Величина коэффициента обусловлена геометрическими размерами электродов лампы величиной постоянной. Константа с может быть вычислена, если известны rA, l, β. Тогда формула (3) может быть представлена в простом виде:
,
Коэффициент с’= (81/64)с
Определение удельного заряда электрона.
В работе удельный заряд электрона определяется по методике, которая основана на решении задачи о распределении потенциала и плотности тока в пространстве между двумя цилиндрическими электродами.
Ua=φ2-φ1
j=n0eυ – плотность тока
ra=0,9 мм
e=7 мм
β2=0,07
Для снятия вольт – амперной характеристики вакуумного диода установили ток накала 0,28 А . При нагревании катода ток накала изменяется во времени, поэтому измерения мы начали после пяти минутного прогрева катода.
В анодной цепи для плавной регулировки анодного напряжения установлен многооборотный потенциометр. Изменение анодного напряжения провели от 1 до 10 В.
После окончания первой серии измерений провели серию измерений с током накала 0,3 А.
Значение анодного тока записали в две таблицы (вторая таблица аналогично первой).
Ток=0,28 А Iая таблица
Iн |
№ п/п |
Ua |
Ja |
Ua3/2 |
B |
, Кл/кг-1 |
0.28 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
0 1.89 5.42 9.25 13.28 17.63 23.57 29.95 36.23 42.53 47.86 |
0 1 2.83 5.20 8 11.18 14.70 17.52 22.63 27 29.62 |
|
|
График зависимости анодного тока от анодного напряжения с током накала 0,28А:
Найдем коэффициент В:
.
Ток=0,3 А IIая таблица
Iн |
№ п/п |
Ua |
Ja |
Ua3/2 |
B |
e/m*1015 |
0.3 |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
0 2.41 5.56 9.56 13.71 18.60 24.62 30.81 37.48 43.95 50.27 |
0 1 2.83 5.20 8 11.18 14.70 17.52 22.63 27 29.62 |
|
|
График зависимости анодного тока от анодного напряжения с током накала 0,30А :
Вывод: Экспериментальным путем установлено значение удельного заряда электрона с током накала 0,28 и 0,3. Табличное значение удельного заряда электрона равно е/me=(1.7588047±0.0000049)*1011 Кл*кг-1.Причинами, повлиявшими на точность определения удельного заряда предложенным в работе методом, стали: точность измерения вольтамперной характеристики диода, недостаточное количество экспериментальных точек.