5-determinarea sarcinii specifice_legea 3-2

5/11/2018 5-Determinarea Sarcinii Specifice_Legea 3-2 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/5-determinarea-sarcinii-specificelegea-3-2 1/4

UNIVERSITATEA "POLITEHNICA" BUCUREŞTICATEDRA DE FIZICĂ

LABORATORUL DE FIZICĂ ATOMICĂ ŞI NUCLEAR Ă BN - 031 A

DETERMINAREA SARCINII SPECIFICE e

m

A ELECTRONULUI DIN "LEGEA 32" A DIODEI

1996



1

DETERMINAREA SARCINII SPECIFICEe

m

A ELECTRONULUI DIN "LEGEA 32

" A DIODEI

1. Scopul lucrării

În această lucrare se determină raportule

mdintre sarcina electrică şi masa unui

electron, raport numit sarcina specifică a electronului folosind caracteristica curent-tensiune a

unei diode cu vid.

2. Teoria lucrării

Câmpul electric care acţionează asupra unui electron într-un tub electronic cu vid se

compune din câmpul electric exterior corespunzător diferenţei de potenţial dintre electrozi şi

din câmpul electric creat de ceilalţi electroni care formează sarcina spaţială.

La diferenţe mici de potenţial între electrozi din cauza sarcinii spaţiale curentul anodic

este mult mai mic decât curentul de emisie al catodului. Curentul anodic creşte odată cu

creşterea tensiunii anodice.

Studiul teoretic al dependenţei intensităţii curentului anodic de valoarea tensiunii

anodice pentru cazul unei diode cu vid înaintat se face ţinându-se seama de următoarele

ipoteze simplificatoare:

- viteza iniţială a electronilor emişi de catod este atât de mică încât poate fi

considerată nulă;

- curentul anodic este mult mai mic decât curentul de saturaţie;

- sarcina spaţială din interiorul tubului creează o astfel de distribuţie a potenţialului

dintre anod şi catod încât în imediata vecinătate a catodului câmpul electric poate fi

considerat nul.Se obţine următoarele relaţie între intensitatea curentului anodic I şi tensiunea

anodică U A:

I K U A A

= ⋅ 3 2/ (1)

unde coeficientul de propor ţionalitate K depinde atât de forma şi de dimensiunile electrozilor

cât şi de masa şi sarcina electronului.

Relaţia (1) care stabileşte că intensitatea curentului anodic este propor ţională cu

tensiunea anodică la puterea 3/2 se numeşte "legea 3/2" sau legea Langmuir.

Pentru o diodă cu electrozi coaxiali relaţia (1) devine:



2

I e

m

l

r U A A= ⋅ ⋅ ⋅−3 49 10 11

23 2, /

β (2)

undee

m=sarcina specifică a electronului;

l = lungimea catodului;

r = raza anodului;

β =coeficient care depinde de raportul dintre raza anodului şi cea a catodului.

Reprezentând grafic variaţia curentului anodic, I , în funcţie de puterea 3/2 a

tensiuniianodice, U A3 2/ , se obţine o dreaptă a cărei pantă este factorul K .

K e

m

l

r = ⋅ ⋅−3 49 10 11

2,

β (3)

Determinarea experimentală a acestui factor permite calcularea sarcinii specifice a

electronului:

e

m

r

l K = ⋅ ⋅

10

3 49

11 2 2

,

β

(4)

3. Descrierea instalaţiei experimentale şi a aparaturii utilizate

Dispozitivul experimental a cărui schemă este reprezentată în fig. 1 cuprinde:

- un redresor (alimentat la reţeaua de 220 V c.a.) care furnizează tensiunea anodică şi

tensiunea de încălzire a filamentului (catodului);

- o diodă cu vid având r = 0,55 cm, l = 0,95 cm, β ≈ 1,1;- un reostat R1 şi un ampermetru A pentru reglarea, respectiv măsurarea intensităţii I f

a curentului prin filamentul diodei;- un potenţiometru R2 şi un voltmetru V pentru reglarea, respectiv măsurarea tensiunii

anodice U ;

- un miliampermetru mA pentru măsurarea intensităţii curentului anodic I A.

Fig. 1



3

4. Modul de lucru

4.1. Se conectează redresorul la priza de 220 V c.a.4.2. Se fixează o anumită valoare a curentului de filament (de ex. I f 1 70= mA) şi se

măsoar ă curentul anodic în funcţie de tensiunea anodică variind tensiunea anodică din 10 în

10 V în intervalul 0÷100V.4.3. Se repetă măsur ătorile pentru alte valori ale curentului de filament ( I f 2 65= mA

şi I f 3 60= mA)

4.4 Rezultatele experimentale se trec într-un tabel de forma:

( ) I A mA

( )U A V ( )U A3 2 3 2/ /V

I f 1 70= mA I f 2 65= mA I f 3 60= mA

10

2030 .....

5. Indicaţii pentru prelucrarea datelor experimentale

5.1. Se trasează pe hârtie milimetrică caracteristicile curent-tensiune ale diodei, adică

funcţiile ( ) I f U A A= , pentru fiecare valoare a curentului de filament.5.2. Se reprezintă pe hârtie milimetrică dependenţa intensităţii curentului anodic I A de

puterea 3/2 a tensiunii anodice pentru fiecare filament. Se obţin 4 drepte şi se calculează pantele lor care sunt de fapt factorii K K K K 1 2 3 4, , , .

5.3. Cu fiecare valoare ( ) K ii = 1 2, ,K se calculează sarcina specifică a electronului

e

mi

folosind formula (4) apoi se calculează media aritmetică a acestora,

e

m

.

5.4. Se compar ă valoarea experimentală a sarcinii specifice a electronului cu cea

"teoretică" (considerând e = ⋅ −1 6 10 19, C şi m = ⋅ −9 1 10 31, kg) şi se analizează sursele de

erori.

6. Întrebări

1. Cum se explică apariţia sarcinii spaţiale şi care este rolul ei în funcţionarea diodei

cu vid?

2. Care sunt ipotezele simplificatoare folosite în deducerea "legii 3/2"?

3. Indicaţi şi alte metode de determinare a sarcinii specifice a electronului.

5-determinarea sarcinii specifice_legea 3-2

Documents