Отчет по лабораторной работе «Распределение Максвелла» студента группы ___________             ____Ф

Отчет по лабораторной работе «Распределение Максвелла» студента группы ___________             ____Ф.И.О.____
Цель работы: экспериментальная проверка применимости распределения Максвелла к термоэлектронам и определение температуры катода.
Схема экспериментальной установки:

 Рис. Панель прибора
1 – лампа; 2 – панель сопротивления; 3 – панель вольтметра; 4 – панель амперметра;
5 – тумблер реостата; 6 – место установки лампы; 7 – тумблер «сеть»;
8 — тумблер магазина сопротивления
Результаты исследований
Uн=6,8 В RА=48 Ом
R, Ом
I1, мкА
I2, мкА
<I>, А ln<I> U, В
0 160,7 200,8 180,8∙10-6 -8,62 0,009
198 135,2 182,3 158,8∙10-6 -8,75 0,039
509 106,9 138,8 122,9∙10-6 -9,01 0,068
648 96,6 131 113,8∙10-6 -9,08 0,079
1005 83,4 102,4 92,9∙10-6 -9,28 0,098
1462 68,9 80,2 74,6∙10-6 -9,5 0,113
2520 52,3 62,5 57,4∙10-6 -9,77 0,147
3589 45,2 46 45,6∙10-6 -10 0,166
4920 34,7 35,9 35,3∙10-6 -10,25 0,175
7409 31,1 26,3 28,7∙10-6 -10,46 0,214
9960 23,9

Обработка результатов измерений
В
В
В
В
В
В
В
В
В
В
График зависимости ln<I> от U:

Определим угловой коэффициент прямой по графику зависимости ln<I> от U:

Температура катода:
К
Вывод: Так как набор экспериментальных точек зависимости ln<I>  от  U экстраполируется прямой линией, то это говорит о том, что классическое распределение Максвелла применимо для описания поведения термоэлектронов. Температура катода получилась равной1300 К, что говорит о существовании термоэлектронной эмиссии.
Контрольные вопросы.
1. Функция распределения молекул по скоростям и ее физический смысл. Что определяется с ее помощью в данной работе?
Чем больше скорость молекулы отклоняется от средней скорости, характерной для данной температуры, тем меньше вероятность обнаружить такую молекулу среди всей массы молекул. Иначе говоря, больше всего молекул, которые двигаются со средней скоростью для данной температуры. А доля молекул с меньшей скоростью или с большей скоростью гораздо меньше. И чем больше или, наоборот меньше скорость, тем меньше доля молекул. Причем, зависимость от скорости имеет характер экспоненты от квадрата отклонения скорости. То есть, чем больше отклонение, тем быстрее падает эта вероятность. А зависимость от температуры тоже экспоненциальная, но температура стоит под экспонентой не в числителе, а в знаменателе. Поэтому, чем меньше температура, тем больше доля молекул, движущихся со средней скоростью. И, наоборот, чем больше температура, тем меньше доля молекул, которые движутся со средней скоростью.
В данной работе экспериментально проверяется применимость распределения Максвелла к термоэлектронам и определение температуры катода.
2. Записать функцию распределения Максвелла для одного выбранного направления.

Максвелловское распределение молекул по скоростям в каком-либо выбранном направлении, например, вдоль оси X, при любых скоростях вдоль осей Y и Z, имеет вид:

3. График функции распределения Максвелла в общем виде и для случая какого-либо выбранного направления.

Где 1 – f(v), 2 – f(vx).
4.  Что называется наиболее вероятной скоростью?
Наиболее вероятная скорость молекул — это скорость, вблизи которой на единичный интервал скоростей приходится наибольшее число молекул

5. Какое явление носит название термоэлектронной эмиссии?
Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов нагретыми твердыми или жидкими телами.
6.  В чем заключается метод задерживающего потенциала? Как создается и меняется задерживающее поле в рассматриваемом опыте?
Для проверки применимости распределения Максвелла к термоэлектронам используется метод задерживающего электрического потенциала. В роли идеального газа выступает электронный газ. Он образуется в электронной лампе вокруг раскаленного катода в результате термоэлектронной эмиссии. Чтобы электрон покинул металл, он должен совершить работу, называемую работой выхода. Необходимую для этого энергию ему сообщают ионы кристаллической решетки, амплитуда колебаний которых и, следовательно, их энергия, при нагревании увеличивается. Вследствие хаотичности колебаний ионов вылетающие электроны имеют самые различные энергии и, соответственно, скорости. При повышении температуры число термоэлектронов увеличивается, и они образуют вокруг катода отрицательно заряженное электронное облако. Оно существует в результате установившегося термодинамического равновесия, когда число электронов, покидающих катод, равно числу электронов, возвратившихся из облака на катод. При этом часть электронного облака достигнет анода и зарядит его отрицательно, в то время как катод, который покинули электроны, будет заряжен положительно. Таким образом, между катодом и анодом возникнет задерживающее электрическое поле (задерживающая разность потенциалов), которое препятствует дальнейшему оседанию электронов на аноде. Теперь анод достигнут лишь те электроны, кинетическая энергия которых больше или, в крайнем случае, равна работе сил электрического поля, задерживающего их движение.
7. Как проверить применимость статистики Максвелла к термоэлектронам и определить температуру катода?
Экспериментальная проверка применимости распределения Максвелла к термоэлектронам может быть проведена на установке, схема которой изображена на рис.

Разряд анода осуществляется через сопротивления R и RA, где RA — сопротивление микроамперметра. Увеличивая сопротивление R можно увеличивать заряд, скопившийся на аноде и, следовательно, величину задерживающего потенциала. Измеряя сопротивления R, RA и силу тока во внешней цепи I, которая равна току в лампе, можно по закону Ома определить величину задерживающего потенциала:
U=I∙(R+RA)
Можно вычислить температуру катода, используя формулу:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

1 × 4 =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector