Проверка уравнения богуславского ленгмюра определение удельного заряда электрона

Проверка уравнения богуславского ленгмюра определение удельного заряда электрона

Изучение вакуумного диода и определение
удельного заряда электрона

Цель работы — исследование вольт-амперной характеристики вакуумного диода; определение удельного заряда электрона на основании уравнения Богуславского-Лэнгмюра .

Приборы и принадлежности: вакуумный диод, источник тока, миллиамперметр, вольтметр, реостат, соединительные провода.

Электрический ток в вакууме

Из курса физики известно, что электрический ток в вакууме не подчиняется закону Ома. В настоящей работе на основе снятой вольт-амперной характеристики вакуумного диода определяется удельный заряд электрона.

В вакуумной электронной лампе электрическое поле, действующее на каждый электрон, складывается из внешнего поля, создаваемого разностью потенциалов между электродами, и поля, создаваемого всеми остальными электронами, образующими пространственный заряд, благодаря которому при малых анодных напряжениях анодный ток может быть значительно меньше возможного тока эмиссии катода и будет постепенно увеличиваться при повышении анодного напряжения.

При теоретическом рассмотрении вопроса о зависимости анодного то­ка от величины анодного напряжения в вакуумном диоде следует учитывать ряд допущений:

1) начальные скорости электронов, эмитируемых катодом, настолько малы, что можно считать их равными нулю (так как энергии элек­тронов, покидающих катод, не превышают нескольких десятых электроновольт , при анодных напряжениях в десятки вольт это допущение вполне оправданно);

2) анодный ток далек от насыщения;

3) пространственный заряд создает такое распределение потенциалов между катодом и анодом, что непосредственно у поверхности катода напряженность электрического поля равна нулю.

Расчет показывает, что анодный ток пропорционален анодному напряжению в степени три вторых:

, (1)

где – коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, заряда и массы электрона.

В случае коаксиальных цилиндрических электродов выражение (1), называемое законом трех вторых, или уравнением Богуславского – Лэнгмюра , имеет вид

, (2)

где – удельный заряд электрона; – электрическая постоянная;

– радиус анода; – длина катода; – коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода (при отношении радиусов больше 10 близок к единице).

Так как в настоящей работе по вольт-амперной характеристике диода определяется удельный заряд электрона, удобно строить графическую зависимость анодного тока от анодного напряжения в степени три вторых, поскольку при выбранных осях и указанная зависимость, согласно (1), должна быть линейной. Угловой коэффициент, равный тангенсу угла наклона полученной прямой, определяется по формуле

. (3)

Таким образом, с учетом (2) и (3) угловой коэффициент равен

. (4)

Отсюда можно рассчитать удельный заряд электрона:

. (5)

Наиболее существенные факторы, приводящие к отклонениям от закона трех вторых, следующие:

1. Неравенство нулю начальных скоростей электронов, эмитируемых катодом. За счет этого изменяется характер распределения потенциала между электродами; в частности, напряженность электрического поля у поверхности катода также не равняется нулю.

2. Контактная разность потенциалов между катодом и анодом. В уравнениях (1) и (2) под напряжением подразумевается истинная величина разности потенциалов, заметная при анодных напряжениях.

3. Неэквипотенциальность катода (в случае катодов прямого канала). В этом случае разность потенциалов между анодом и различными участками катода оказывается разной. Этот фактор также является существенным при малых анодных напряжениях.

4. Асимметрия системы электродов (например, неконцентричность катода и анода).

5. Наличие остатков газа в лампе. При достаточно высоких анодных напряжениях происходит ионизация газа. Положительные ионы нейтрализуют действие отрицательного пространственного заряда, и анодный ток возрастет значительно быстрее, чем следует из закона трех вторых.

Перечисленные выше факторы приводят к заметным отклонениям от закона трех вторых при определении удельного заряда по формуле (4). Существенно и то обстоятельство, что величина удельного заряда электрона входит в выражение закона трех вторых (2) под знаком квадратного корня, поэтому при расчете удельного заряда электрона по формуле (4) погрешность соответственно увеличивается.

В настоящей работе используется лампа с подогревным оксидным катодом. Оксидный катод отличается той особенностью, что у него не наблюдается резко выраженного, как у катода чистых металлов, насыщения анодного тока, что вызвано сильным влиянием внешнего электрического поля на величину тока эмиссии оксидного катода. Поэтому при значительных внешних полях и дальнейшем увеличении напряжения анодный ток продолжает возрастать.

Описание установки

Схема установки для проведения измерений представлена на рис. 1. В работе используется радиолампа 2Ц2С (диод). Анодное напряжение подается от универсального источника питания. Напряжение регулируется потенциометром и измеряется вольтметром. Анодный ток лампы измеряется миллиамперметром. Напряжение накала подается также от универсального источника питания.

Данные вакуумного диода типа 2Ц2С: длина катода
l = 0,9 см , радиус анода r = 0,95 см , отношение радиуса анода и длины катода приблизительно равно 10, так что β = 0,932.

Ход работы

1. Собрать схему согласно рис. 1.

Рис. 1

2. Снять зависимость анодного тока от анодного напряжения, изменяя анодное напряжение от 0 В до 120 В через 10 В. Данные измерений и вычисленных значений занести в таблицу.

3. Построить графическую зависимость I _а от .

4. Определить угловой коэффициент полученной прямой согласно (3) и рассчитать по формуле (5) . Теоретическое значение удельного заряда равно = 1,76 ·10 11 Кл/кг.

Вопросы для допуска к работе

1. Какова цель работы?

2. Опишите устройство и принцип действия вакуумного диода.

3. Опишите метод измерения удельного заряда электрона.

4. Оцените погрешность метода измерения удельного заряда электрона.

Вопросы для защиты работы

1. Что называется термоэлектронной эмиссией?

2. Каким законам подчиняется ток в вакууме?

3. Объясните отклонение силы тока от закона Ома в вакуумном диоде.

4. Дайте анализ результатов вычислений и измерений.

5. Каковы Ваши критические замечания и суждения по данной работе?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ЗАКОНА БОГУСЛАВСКОГО-ЛЕНГМЮРА

Глеб Менделеев 3 лет назад Просмотров:

2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Общая физика и физика нефтегазового производства» ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ЗАКОНА БОГУСЛАВСКОГО-ЛЕНГМЮРА Методические указания к лабораторной работе 36 Самара 015

3 УДК 537.1(07) Определение удельного заряда электрона с помощью закона Богуславского — Ленгмюра: метод. указ. к лаб. работе 36 / Сост.: А.И. Крестелев, Н.А. Кольчугин, М.Р. Виноградова Самара: Самар. гос. техн. ун-т, с. Методические указания предназначены для студентов всех направлений (специальностей) и профилей подготовки СамГТУ. УДК 537.1(07) Составители: канд. физ.-мат. наук А.И. Крестелев канд. физ.-мат. наук Н.А. Кольчугин канд. физ.-мат. наук М.Р. Виноградова Рецензент: докт. физ.-мат. наук В.М. Миронов канд. физ.-мат. наук Б.Н. Федоров А.И. Крестелев, Н.А. Кольчугин, М.Р. Виноградова, составление, 008 Самарский государственный технический университет, 008 Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

4 Цель работы — определение удельного заряда электрона, т.е. величины е/т, где: е — заряд электрона; т — его масса. Расчёт проводится на основании уравнения Богуславского-Ленгмюра, которое выражает зависимость анодного тока вакуумного диода, работающего в режиме пространственного заряда от анодного напряжения. Краткая теория Вакуумный диод представляет собой откачанный баллон, в котором находится система электродов: катод, являющийся источником электронов, и анод. Катод нагревается с помощью источника тока, вследствие чего электроны могут преодолеть потенциальный барьер на внешней поверхности катода и выйти в вакуум. Это явление носит название термоэлектронной эмиссии. Наименьшая энергия, которую необходимо сообщить электрону, чтобы удалить его из твердого тела в вакуум, равна работе выхода электрона. Работа выхода электрона для большинства металлов составляет несколько электронвольт (эв). Электроны в металле и электроны, покинувшие металл, следует рассматривать как единый газ из частиц, находящихся в состоянии статического равновесия. При низких анодных напряжениях катод окружен пространственным зарядом из электронов, которые непрерывно испускаются и поглощаются катодом. Наличие пространственного заряда приводит к уменьшению напряженности электрического поля у катода. В этом режиме, который называется режимом пространственного заряда, сила анодного тока определяется законом Богуславского-Ленгмюра или законом «трех вторых»: I 3/ a = σu, (1) где: σ — коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, заряда и массы электронов; 1 а — сила анодного тока; U — анодное напряжение. С увеличением анодного напряжения концентрация электронов в облаке пространственного заряда уменьшается, поэтому тормозящее 3

5 действие пространственного заряда делается меньше и анодный ток увеличивается. При дальнейшем увеличении напряжения все электроны, испускаемые катодом, попадают на анод, пространственный заряд исчезает, а анодный ток достигает максимального значения. При этом последующее повышение анодного напряжения не приводит к росту анодного тока (тока насыщения). Число электронов, способных преодолеть потенциальный барьер на поверхности и выйти в вакуум, быстро увеличивается при повышении температуры катода, поэтому плотность пространственного заряда, как и плотность тока насыщения, сильно зависит от температуры катода. Расчет показывает, что эта зависимость выражается формулой Ричардсона-Дешмана: A j = BT exp, () kt где: j — плотность тока насыщения; В — постоянная, которая для всех металлов с чистой поверхностью должна иметь одно и то же значение; k — постоянная Больцмана; А — работа выхода электронов для данного металла; Т — температура нагрева катода. Теоретическое рассмотрение вопроса о зависимости анодного тока от величины анодного напряжения в вакуумном диоде проводится при следующих допущениях: — начальная скорость электронов, эмитируемых катодом, настолько мала, что ее можно считать равной нулю; — анодный ток далек от насыщения; — пространственный заряд создает такое распределение потенциала между катодом и анодом, что непосредственно у поверхности катода напряженность электрического поля равна нулю. Принимая во внимание эти предположения, выведем закон «трех вторых» аналитически. Рассмотрим диод с плоскопараллельными электродами как конденсатор, емкость которого в вакууме: ε 0 S C =, (3) d 4

6 где: ε 0 = 8, Ф/м — электрическая постоянная; S — площадь поверхности анода или катода; d — расстояние между ними. Сила тока, созданного потоком электронов, движущихся от катода к аноду, определяется из выражения: q CU I = a, t = t (4) где: t — время движения электронов от катода к аноду. Из выражений (3) и (4) следует, что: ε 0 SU Ia =, (5) td Умножив числитель и знаменатель в соотношении (5) на d, получим: ε 0SU d Ia =, (6) d t где: d = — средняя скорость электронов в межэлектродном пространстве. t Считая движение электронов равноускоренным без начальной скорости, выразим среднюю скорость электронов через конечную скорость v max : 1 = νmax. (7) mν max Из теоремы о кинетической энергии следует, что: = eu, откуда: e ν max = U (8) m Совместное решение уравнений (6) — (8) приводит к выражению: I ε S 0 a = d или к закону «трех вторых» см. (1), где: e m U 3/, (9) σ = ε S 0 d e, m (10) 5

7 Зная величину σ и используя формулу (10), можно рассчитать значение удельного заряда электрона е/т. Выражение (9) дает возможность определить σ. Если вольт-амперную характеристику, т.е. зависимость анодного тока I а от анодного напряжения U, представить в виде I а = f (U 3/ ), то в координатах I а — U 3/ уравнения (1) и (9) превратятся в уравнения прямых, угловые коэффициенты которых, или тангенсы углов наклона, равны σ. Описание лабораторной установки Электрическая схема установки для снятия вольт-амперной характеристики, приведенная на рис. 1, собрана на лабораторном стенде, к которому следует подключить измерительные приборы и источники питания анодной цепи и цепи накала. Рис. 1. Анодное напряжение U и анодный ток I а регистрируются соответственно вольтметром V a и миллиамперметром mа. Ток накала I Н регистрируется амперметром А, а значение тока I Н устанавливается ступенчато, путем шунтирования резисторов R 1, R, R 3 с помощью тумблеров K 1, К, К3. 6

8 В работе используется диод 5Ц4С с коаксиальными электродами, поэтому выражение (9), полученное для плоских электродов, надо заменить: e 4πε 0 3/ Ia = U, (11) 9 m rd где: r — радиус анода; — длина катода; d — коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода. При отношении радиусов больше 10 коэффициент d близок к единице. В данном случае = 4, 10 — м, r = 10-3 м, d = 0,5. Из сравнения (11) и (1) следует: e 4πε 0 σ =. 9 m rd Из (1) нетрудно получить: (1) e 9rd = σ, (13) m 8π ε 0 где: σ — угловой коэффициент зависимости, график которой строится экспериментально. Необходимо помнить, что выражение (11) получено при определенных допущениях, поэтому на практике наблюдаются некоторые отклонения от закона «трех вторых», обусловленные следующим: — начальные скорости электронов, эмитируемых катодом, не равны нулю; — существенный вклад в суммарное напряжение между катодом и анодом при малых значениях анодного напряжения вносит контактная разность потенциалов; — в случае катодов прямого накала их поверхность неэквипотенциальна, следовательно, разность потенциалов между анодом и различными участками катода различна. Этот фактор важен при малых анодных напряжениях; — некоаксиальность катода и анода в случае цилиндрических электродов; 7

9 — наличие остатков газа в лампе приводит к тому, что при достаточно высоких анодных напряжениях происходит ионизация газа, положительно заряженные ионы нейтрализуют действие пространственного заряда и ток возрастает быстрее, чем следует из закона «трех вторых». Кроме того, величина входит в выражение (1) под знаком квадратного корня, что увеличивает погрешность расчета. При снятии вольт-амперных характеристик вакуумного диода при различных токах накала получается семейство различных, даже при малых анодных напряжениях, характеристик. Это связано с тем, что при изменении температуры катода контактная разность потенциалов между катодом и анодом и начальные скорости электронов изменяются. Порядок выполнения работы Задание 1. Построение вольт-амперных характеристик вакуумного диода. 1. Подключите электрическую цепь к источникам питания согласно рис. 1.. Включите блок питания. Установите минимальное значение анодного напряжения и тока накала. Ток накала изменяется с помощью тумблеров в пределах 1,8 -,ЗА. 3. Увеличивая анодное напряжение от 4 до 10В с шагом в один вольт, при установленном токе накала определите данные, необходимые для построения вольт-амперной характеристики I a =f(u 3/ ). Результаты измерений занесите в таблицу. Т Н1 =. Т Н =. Т Н3 =. U, В U 3/ I Э, А U, В U 3/ I Э, А U, В U 3/ I Э, А 8

10 4. Снимите вольт-амперные характеристики для ряда других значений тока накала (по указанию преподавателя). 5. Каждое значение U возведите в степень 3/. Результаты занесите в таблицу. 6. Постройте графики I a = f (U 3/ ). Для различных токов накала. Силу тока измерьте в амперах, напряжение — в вольтах. Задание. Расчет удельного заряда электрона. 1. Рассчитайте угловой коэффициент σ для каждого построенного графика: I σ = a. 3/ U. Используя выражение (13), вычислите величину удельного заряда электрона для разных токов накала I а. Найдите среднее значение е/m. Контрольные вопросы 1. Что называется удельным зарядом?. Сформулируйте закон Богуславского-Ленгмюра и дайте его вывод. 3. В чем заключается режим пространственного заряда? 4. Какие условия необходимы для строгого выполнения закона «трех вторых»? 5. Почему зависимости, построенные для разных токов накала, не совпадают? 6. Начертите схему экспериментальной установки. 7. Опишите метод определения удельного заряда электрона, использованный в данной работе. Библиографический список 1. Айзенцон, А.Е. Курс физики: учебное пособие / А.Е. Айзенцон. — М.:Высшая школа, с.. Детлаф А.А. курс физики: учебное пособие / Детлаф А.А., Яворский Б.М. — М.: Высшая школа, с. 3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. 1.3: учебное пособие / Д.В. Сивухин — М.: Наука, с. 9

11 Определение удельного заряда электрона с помощью закона Богуславского-Ленгмюра Составители: КРЕСТЕЛЕВ Анатолий Иванович КОЛЬЧУГИН Николай Александрович ВИНОГРАДОВА Маргарита Рудольфовна Редактор С.И. Костерина Верстка Е.Э. Парсаданян Выпускающий редактор Н.В. Беганова Подписано в печать Формат 60×84 1 / 16 Бум. офсетная. Печать офсетная. Уcл. п. л. 0,69. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 50 экз. Per Государственное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный технический университет» г. Самара, ул. Молодогвардейская. 44. Главный корпус Отпечатано в типографии Самарского государственного технического университета г. Самара, ул. Молодогвардейская. 44. Корпус 8

Лабораторная работа 2-11 Определение удельного заряда электрона (e/m) с помощью вакуумного диода

Лабораторная работа 2-11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА (e/m) С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНОГО ДИОДА

Цель работы: ознакомление с одним из методов экспериментального опреде­ления удельного заряда электрона.

Приборы и принадлежности: цифровые настольные мультиметры для из­мерения анодного тока и анодного напряжения, мультиметр для измерения тока накала диода, источники питания стабилизированные, панель с размещенной на ней электронной лампой 6Х2П.

Краткое теоретическое введение

В вакуумной электронной лампе при нагревании катода электроны вылетают из металла. Это явление называется термоэлектронной эмиссией. Облако термо­электронов создает в непосредственной близости от поверхности металла элек­трическое поле, преодолеть которое могут только электроны с достаточной по величине энергией. Такие электроны совершают работу против электрического поля, которая называется работой выхода. При комнатных температурах только малая часть имеющихся в металле свободных электронов обладает достаточной для вырывания кинетической энергией. По мере повышения температуры число быстрых электронов возрастает, и поэтому возрастает число электронов, вы­рвавшихся за пределы металла. Если между катодом и анодом лампы создать ускоряющее электриче­ское поле, то через амперметр, включенный в цепь, потечет электрический ток Iа, который называется анодным током. Опыт показывает, что сила анодного тока зависит от температуры катода и от разности потенциалов между катодом и анодом лампы. При постоянной температуре величина анодного тока возрас­тает с увеличением разности потенциалов Uа = j1 – j2. Однако эта зависимость не является линейной, как это следовало бы из закона Ома, а носит более сложный характер и подчиняется закону Богуславского–Ленгмюра, который называется законом «трех вторых»:

где В – коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, заряда и массы электрона. Покажем, что закон «трех вторых» действительно имеет место для вольтамперной характеристики двухэлектродной вакуумной лампы.

Распределение потенциала j и тока I между анодом и катодом двухэлектродной вакуумной лампы зависит от формы электродов и их взаимного расположения.

Введем упрощающие предположения:

1.Пусть начальная скорость электронов, покидающих катод, равна нулю.

2.Пусть пространственный заряд создает такое распределение потенциала ме­жду электродами, что непосредственно у поверхности катода нет гра­диента потенциала, т. е. .

3.Анодный ток далек от насыщения.

Рассмотрим двухэлектродную вакуумную лампу, у которой катод и анод изготовлены в виде двух коаксиальных цилиндров (рис. 1). Обозначим радиус анода rа, радиус катода rr. Длину электродов l.

Известно, что связь между потенциалом j и объемной плотностью зарядов r определяется уравнением Пуассона:

. (2)

Так как катод и анод имеют цилиндрическую форму, задачу удобнее решать в цилиндрических координатах, в которых уравнение (2) запишется

. (3)

Так как в рассматриваемом случае потенциал является функцией только расстояния r от поверхности катода, то выражение (3) упростится и уравнение Пуассона будет иметь вид

. (4)

Найдем выражение для электрического тока I1 между катодом и анодом. Известно, что плотность тока, обусловленного упорядоченным движением электронов со скоростью v, равна

где n0 – концентрация электронов в промежутке между катодом и анодом лампы; e – заряд электрона.

Так как плотность тока связана с силой тока: j = I / S, где S = 2prl – площадь поверхности, через которую проходят электроны, то

где r – объемная плотность электрического заряда в промежутке между катодом и анодом, равная

Упорядоченную скорость электронов v можно определить, учитывая, что электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов (j2 – j1), приобретёт кинетическую энергию , поэтому Отсюда .

Подставив это выражение в (5), находим r:

. (6)

Подставляя (6) в уравнение (4), получим уравнение

. (7)

Используя граничные условия: jк = j1; jА = j2, при решении уравнения (7) получим для электрического тока выражение

(8)

где U = (j2 – j1); (9)

; b — численный коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода лампы (rA / rB).

Видим, что формула (9) выражает зависимость электрического тока от разности потенциалов между катодом и анодом и является законом «трех вторых», т. е. законом Богуславского – Ленгмюра.

Экспериментальная установка

Определение удельного заряда электрона осуществляется с помо­щью установки, изобра­женной на рис. 2, в кото­рой основным элементом яв­ляется вакуумный диод (стеклянный баллон с цилиндрическими катодом и анодом), схема включения которого в электрическую цепь приведена на рисунке 2а. Цилиндрический катод лампы с радиусом rк нагревается посредством нити накала, расположенной внутри катода. Цилиндрический анод, расположенный коаксиально по отно­шению к катоду, имеет радиус rа. На электроды подается стабилизированное регулируемое напряжение Ua, которое измеряется вольтметром, а анодный ток измеряется миллиамперметром. Для регулировки тока накала использу­ется стабилизированный регулируемый источник питания.

При постоянном токе накала, т. е. при постоянной температуре катода кривая зависимости анодного тока Iа от напряжения между анодом и катодом имеет вид, показанный на рис. 3.

Эта кривая называется вольтамперной характеристикой (ВАХ) вакуумного диода. Различные кри­вые на рисунке соответствуют разным температурам катода. Начальный уча­сток кривой (0–1) подчиняется закону «трех вторых». Затем, при определенном значении анодного напряжения, когда все электроны, испущенные катодом, достигают анода, анодный ток достигает сво­его предельного значения (ток насыщения) для данной температуры катода. Для лампы, которая используется в задаче, катод оксидирован окислами дру­гих металлов, имеющих небольшую работу выхода. Оксидный катод отлича­ется той особенностью, что у него не наблюдается резко выраженного, как у катодов из чистых металлов, насыщения анодного тока. Это вызвано силь­ным влиянием внешнего электрического поля на величину тока эмиссии ок­сидного катода. Поэтому даже при значительных внешних полях явно выра­женного насыщения анодного тока не наблюдается, т. е. анодный ток про­должает увеличиваться.

Определение удельного заряда электрона e/m на основе

закона Богуславского – Ленгмюра

· Для определения удельного заряда электрона с помощью закона Богуславского – Ленгмюра удобно использовать вакуумную двухэлектродную электронную лампу, катод и анод у которой имеют вид двух коаксиальных цилиндров.

· Измерив вольт-амперную характеристику такой лампы, нужно построить график зависимости анодного тока Iа от разности потенциалов между катодом и анодом в степени три вторых. Эта зависимость должна быть линейной с углом наклона к оси U 3/2, равным B.

· Коэффициент В определяется как отношение приращения функции DIa к приращению аргумента DU 3/2, т. е. B = DIa / DU 3/2.

· Так как коэффициент В включает в себя удельный заряд электрона e/m, то, определив коэффициент В, определяют удельный заряд e/m:

. (10)

Существует ряд факторов, которые приводят к отклонению от закона «трех вторых» при использовании вакуумного диода и к погрешности при определении удельного заряда электрона по формуле (10). Наиболее существенными из них являются:

· Начальные скорости электронов, эмитируемых катодом, не равны нулю, как это было предположено при выводе закона. За счет этого изменяется характер распределения потенциала между катодом и анодом; в частности, напряженность электрического поля у поверх­ности катода не равна нулю.

· Наличие контактной разности потенциалов между катодом и ано­дом приводит к изменению разности потенциалов, которая созда­ется между катодом и анодом. Это особенно заметно при малых разностях потенциалов.

· Асимметрия системы электродов (например, неконцентричность ка­тода и анода).

· Наличие остатков газа в лампе. При достаточно высокой разности по­тенциалов между катодом и анодом происходит ионизация газа. Положительные ионы нейтрализуют действие отрицательного про­странственного заряда, и анодный ток возрастает значительно быст­рее, чем это следует из закона «трех вторых».

Существенно и то, что величина удельного заряда электрона входит в выраже­ние закона «трех вторых» (8) под знаком квадратного корня. Это приводит к тому, что при расчете удельного заряда по формуле (10) погрешность соответственно увеличивается.

Методика и техника эксперимента

Для снятия вольтамперной характеристики ва­куумного диода рекомендуется:

1. Установить ток накала 0,28 А с помощью стабилизированного источника постоянного тока, включенного в цепь накала. При нагревании катода ток накала изменяется во времени, поэтому необ­ходимо начинать измерения после пятиминутного прогрева катода.

В цепь между катодом и анодом лампы включен стабилизированный источник питания постоянного тока, который позволяет плавно регулировать анодное напряжение с помощью ручек “плавно” и “грубо” при измерении вольтамперной характеристики диода.

Точность измерения удельного заряда электрона определяется точно­стью измерения вольтамперной характеристики диода. В этой связи вольт­амперная характеристика должна быть построена на основе как можно большего количества экспериментальных точек. Поэтому рекомендуется менять анодное на­пряжение через 1 B от 0 до 15 В.

2. Занести результаты измерений анодного тока и анодного напряжения в Табл. 1.