Главная | Обратная связь

Лабораторна робота № 5

Демонстраційний експеримент на тему:

“Електричний струм у вакуумі”

Дослід 1. Явище термоелектронної емісії

Обладнання: 1) електронна лампа-діод демонстраційна, 2) батарея акумуляторів, 3) реостат на 10 Ом, 2 А, 4) електрометр, 5) провідник на ізолюючій ручці, 6) палички ебонітова та з органічного скла зі шматком хутра, 7) вимикач демонстраційний, 8) з’єднувальні провідники.

Для спостереження термоелектронної емісії, а також для пояснення будови і принципу дії двоелектродної електронної лампи застосовують демонстраційний вакуумний діод.

З нагрітого катода у навколишнє середовище вилітають електрони, що несуть негативний заряд. Електрони мають різну швидкість; деякі з них досягають анода і заряджають його негативно. Це можна дослідити на демонстраційному електрометрі з конденсатором у вигляді двох дисків. Один з дисків конденсатора встановлюють на стержень електрометра, а інший, що має ебонітову ручку, кладуть зверху. Корпус електрометра і верхній диск заземлюють.

Провідником на ізолюючій ручці на короткий час з'єднують анод діода з нижнім диском конденсатора і тим самим надають йому деякий заряд. Потім забирають верхній диск.

Після цього досліджують знак заряду електрометра. Для цього до електрометра на деякій відстані підносять негативно заряджену (ебонітову) паличку і спостерігають збільшення відхилення стрілки: електрометр одержав негативний заряд. Корисно повторити дослід, збільшивши розжарення катода. У цьому випадку збільшуються покази електрометра, тому що він одержує більший заряд.

Далі можна показати, що катод лампи, втрачаючи електрони внаслідок емісії, заряджається позитивно. Для цього анод лампи заземлюють; батарею акумуляторів, реостат і рубильник розташовують на ізолюючій лаві, а нижній диск конденсатора на якийсь час з'єднують провідником з нагрітим катодом. У цьому випадку після забирання верхнього диска електрометр виявляється зарядженим позитивно.

Явище термоелектронної емісії можна продемонструвати і на іншому досліді. Зарядивши електрометр позитивно, наприклад, від наелектризованої скляної палички, з'єднують його провідником на ізолюючій ручці з анодом діода (коло розжарення поки не замкнуте). Звертають увагу учнів, що при холодному катоді електрометр не розряджається. Потім вмикають струм у ланцюг катода (розжарення яскраво-червоне) і спостерігають, що стрілка електрометра швидко падає, тому що електрони, які емітують з нагрітого катоду, притягуються позитивно зарядженим анодом і нейтралізують його заряд.

Якщо ж зарядити електрометр негативно і з'єднати його з анодом, то електрометр не розряджається і при нагрітому катоді. Електрони, що вилітають з катода, тепер не притягуються анодом, а, навпаки, відштовхуються від нього і повертаються назад до катода.

Дослід 2. Будова і принцип дії електронно-променевої трубки

Обладнання: 1) електронно-променева трубка на підставці, 2) випрямляч універсальний чи кенотронний.

Електронно-променева трубка дозволяє одержати вузький сфокусований пучок електронів, яким можна керувати. На цьому ж приладі можна продемонструвати основні властивості електронних пучків – світіння люмінофора під їхнім впливом, прямолінійне поширення, відхилення в електричних і магнітному полях.

До електродів електронного прожектора прикладають відповідні різниці потенціалів.

Змінюючи величину негативного потенціалу на керуючому електроді (обертають на підставці ручку «яскравість»), спостерігають зміну яскравості світіння плями на екрані при збереженні його розміру

Потім показують фокусування електронного пучка, змінюючи перемінним резистором (ручка з написом «фокус») позитивний потенціал на аноді трубки. При цьому ручку яскравості встановлюють на деяку середню величину, тому що при великій яскравості погіршується фокусування. На екрані спостерігають зміну розмірів плями, яку можна звести до невеликої крапки.

Дослід 3. Основні властивості електронних пучків

Обладнання: 1) електронно-променева трубка на підставці, 2) випрямляч універсальний чи кенотронний, 3) батарея анодна БАС-80, 4) котушка від універсального трансформатора на 120 В, 5) перемикач двохполюсний, 6) реостат на 10000 Ом, 0,1 А, 7) дві відхиляючі котушки, 8) батарея акумуляторів, 9) реостат на 40 Ом, 2 А, 10) вимикач демонстраційний, 11) магніт дугоподібний, 12) з’єднувальні провідники.

1. Пояснюючи основні властивості електронних пучків, користаючись електронно-променевою трубкою, звертають увагу учнів на те, що усередині трубки електронний пучок сам по собі не бачимо. Однак його можна знайти, якщо скористатися однією із властивостей потоку швидких електронів – викликати люмінесценцію деяких речовин. Повторюють дослід з електронно-променевою трубкою і спостерігають світіння екрана трубки. Змінюючи яскравість і фокусування світлової плями на екрані, показують різну інтенсивність світіння в залежності від потужності і концентрації електронних хмар. При цьому варто звернути увагу учнів ще на одну важливу властивість пучка електронів. У місці великої концентрації падаючого на предмет пучка електронів виділяється велика кількість енергії і предмет нагрівається. Тому не можна допускати при нерухомому промені велику яскравість і різке фокусування: можливий прогоряння люмінофора.

2. Для демонстрації відхилення електронного пучка в електричному полі приєднують спочатку до горизонтально відхиляючих пластинам джерело постійної напруги через потенціометр і двохполюсний перемикач.

При включенні напруги зауважують відхилення електронного пучка убік позитивної пластини. При переключенні полюсів змінюється напрямок відхилення.

Якщо змінювати за допомогою потенціометра величину постійної напруги, що прикладається до пластин, то можна спостерігати зміну величини відхилення пучка, що пропорційна напрузі між пластинами.

Плавно змінюючи потенціометром напругу, показують поступовий рух світних плям по екрані.

Те ж проробляють при подачі напруги на вертикально відхиляючі пластини.

Якщо тепер потенціометр і перемикач приєднати до освітлювальної мережі (220 В), то на екрані спостерігається світна горизонтальна (чи вертикальна) лінія – результат коливального руху електронного пучка в перемінному електричному полі. Амплітуда цих коливань буде пропорційна амплітуді прикладеної напруги.

Дослідити вплив магнітного поля на пучок електронів в електронно-променевій трубці (творче завдання)

Контрольні запитання

1. Що розуміють під розрідженими газами? Як у них проходить струм?

2. Як можна продемонструвати проходження струму у розрідженому повітрі?

3. Поясніть механізм проходження електричного струму у вакуумі.

4. Обґрунтуйте, з якою метою в електронно-променевих трубках та елек­тронних лампах створюють вакуум?

5. Що таке термоелектронна емісія? Як її продемонструвати?

6. Чи справджується закон Ома для ділянки кола катод-анод електрова­куумного діода?

7. Чому збільшуючи напругу на лампах можна досягти струм насичення?

8. Наведіть приклади використання явища проходження електричного струму у вакуумі та розріджених газах.