Главная | Обратная связь

ТермоЭДС термопары хромель-копель

t, ºС	Термоэлектродвижущая сила, мВ
	0,00 0,64 1,30 1,97 2,65 3,35 4,05 4,76 5,46 6,17 6,89 7,62 8,36 9,11 9,86 10,62 11,39 12,17 12,96 13,76 14,57 15,38 16,20 17,03	0,06 0,71 1,37 2,04 2,72 3,42 4,12 4,83 5,54 6,25 6,97 7,70 8,44 9,19 9,94 10,70 11,47 12,25 13,04 13,84 14,65 15,46 16,28 17,11	0,12 0,77 1,43 2,11 2,79 3,49 4,19 4,90 5,61 6,32 7,04 7,77 8,51 9,26 10,01 10,77 11,54 12,32 13,12 13,92 14,73 15,51 16,36 17,19	0,19 0,84 1,50 2,18 2,86 3,56 4,26 4,97 5,68 6,39 7,11 7,84 8,59 9,34 10,09 10,85 11,62 12,40 13,20 14,00 14,81 15,62 16,44 17,27	0,25 0,90 1,57 2,24 2,93 3,63 4,33 5,04 5,75 6,46 7,18 7,92 8,66 9,41 10,16 10,93 11,70 12,48 13,28 14,08 14,89 15,70 16,53 17,36	0,32 0,97 1,63 2,31 3,00 3,70 4,40 5,11 5,82 6,53 7,25 7,99 8,74 9,49 10,24 11,00 11,78 12,56 13,36 14,16 14,97 15,79 16,61 17,44	0,38 1,03 1,70 2,38 3,07 3,77 4,47 5,18 5,89 6,61 7,33 8,07 8,81 9,56 10,32 11,08 11,86 12,64 13,44 14,24 15,05 15,87 16,69 17,52	0,45 1,10 1,77 2,45 3,14 3,84 4,54 5,25 5,96 6,68 7,40 8,14 8,89 9,64 10,39 11,16 11,93 12,72 13,52 14,32 15,13 15,95 16,78 17,61	0,51 1,17 1,84 2,52 3,21 3,91 4,61 5,32 6,03 6,75 7,48 8,21 8,98 9,71 10,47 11,23 12,01 12,80 13,60 14,40 15,21 16,03 16,86 17,69	0,58 1,23 1,90 2,58 3,28 3,98 4,68 5,39 6,10 6,82 7,55 8,29 9,04 9,79 10,54 11,31 12,09 12,88 13,68 14,48 15,29 16,11 16,94 17,77

 

Контрольные вопросы

1. Обратимые и необратимые термодинамические процессы.

2. Количество теплоты, получаемое телом при нагревании, плавлении, парообразовании. Удельная теплоёмкость, удельная теплота плавления.

3. Закон сохранения энергии в тепловых процессах.

4. Энтропия, её свойства. Нахождение изменений энтропии в различных термодинамических процессах.

5. Метод определения и в данной лабораторной работе.

 

 

 

 

Лабораторная работа 2–8

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОНОВ
ПО ЭНЕРГИЯМ
, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ
ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

Цель:определение распределения термоэлектронов по энергиям в баллоне электронной лампы.

Приборы и принадлежности: установка для лабораторной работы, состоящая из приборного модуля и источника питания постоянного тока.

Краткая теория

В работе изучается распределение электронов по энергиям внутри электронной лампы.

Функцией распределения частиц по энергиям называется функция , определяющая долю частиц из общего числа N, энергия которых заключена в пределах от до :

. (1)

Наиболее известна функция распределения, записанная для частиц, взаимодействием между которыми можно пренебречь:

. (2)

Распределение (2) называется распределением Максвелла. В формуле (2) постоянная Больцмана; температура.

Кулоновские силы, с которыми взаимодействуют между собой электроны, являются дальнодействующими. В силу этого обстоятельства функция распределения электронов по энергиям может существенно отличаться от идеализированного распределения Максвелла. Эта функция зависит не только от энергии и температуры, но и от условий, в которых находятся электроны.

Электроны, вылетающие в результате термоэлектронной эмиссии с поверхности нагретого катода лампы, попадают в пространство между катодом и её первой сеткой (рис. 1). Между этими электродами лампы установлено некоторое ускоряющее напряжение U_c. Благодаря ему эти термоэлектроны попадают в пространство между первой и второй сеткой.

Примечание.Между катодом лампы и вылетевшими с его поверхности электронами нет термодинамического равновесия. Поэтому средняя энергия термоэлектронов может существенно отличаться от величины ( – средняя энергия частиц, подчиняющихся распределению Максвелла;
T_к – температура катода).

Пространство между первой и второй сетками лампы (конструктивно вторая сетка представляет собой два очень близко расположенных электрода), достаточно велико, для того чтобы между двигающимися в нём электронами, успевало установиться статистическое равновесие. Часть этих электронов, участвующих в хаотическом движении, перемещается в сторону анода.

Чтобы найти вид функции распределения электронов по энергиям, в данной работе используется метод задерживающего потенциала. В этом методе между второй сеткой и анодом подаётся задерживающее напряжение U_з,
т. е. создаётся электрическое поле, тормозящее попадающие сюда электроны. Пусть N₀ – число электронов, движущихся к аноду, которые в единицу времени попадают в пространство между второй сеткой и анодом. Поскольку эти электроны обладают различной энергией, анода достигает только часть из них. Это те электроны, энергия которых больше величины работы электрического поля ( , Кл – заряд электрона). Количество этих электронов, попадающих в единицу времени на поверхность анода, можно найти, воспользовавшись распределением (1):

.

Величина анодного тока , протекающего при этом через лампу, будет равна:

(3)

где – ток, который может протекать в цепи анода, когда задерживающее напряжение отсутствует.

Соотношение (3) позволяет найти по зависимости анодного тока от задерживающего потенциала функцию распределения электронов по энергиям в пространстве между двумя сетками. Если продифференцировать (3) по U_з, то согласно правилам вычисления производных от интегралов, пределы которых зависят от переменной дифференцирования, получается следующее соотно­шение:

.

Отсюда следует, что значение функции распределения электронов по энергиям для энергии определяется равенством:

. (4)

Если экспериментально определять величины при разных задерживающих напряжениях, то, пользуясь (4), можно по точкам построить функцию распределения электронов по энергиям.

При экспериментальном исследовании функции распределения бесконечно малые изменения и могут быть заменены конечными разностями и :

. (5)

Максимум функции распределения соответствует наиболее вероятной энергии. Из (5) следует, что этот максимум имеет место, когда отношение принимает максимальное значение.

Под эффективной температурой электронов будем понимать их температуру в случае, когда взаимодействием между ними можно пренебречь (концентрация электронов мала) и их функция распределения близка к распределению Максвелла.

Известно, что для распределения Максвелла величина наиболее вероятной энергии равна:

,

а максимальное значение функции распределения Максвелла имеет значение:

, (6)

где основание натурального логарифма.

Сравнивая (5) и (6), легко получить формулу для определения эффективной температуры электронов:

(7)

Таким образом, для экспериментального определения эффективной температуры электронного пучка достаточно снять зависимость силы анодного тока от приложенного задерживающего напряжения, определить по полученным данным отношение и и подставить эти значения в (7).

 

Описание установки

На передней панели приборного модуля расположены: табличка с названием работы, гнезда для подключения источника питания, регулятор напряжения на первой сетке лампы U_c, регуляторы задерживающего напряжения между второй сеткой и анодом U_з («Грубо» и «Точно»), встроенный цифровой вольтметр, переключатель для измерения анодного тока и задерживающего напряжения U_з, тумблер включения модуля, электронная лампа.

На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема лабораторной установки. В работе исследуется лампа с косвенным подогревом оксидного катода. Накал лампы питается переменным током от трансформатора . Питание лампы, а также цепи регулировки задерживающего потенциала осуществляется от внешнего стабилизированного источника постоянного тока. Сопротивление служит для регулировки анодного тока лампы в отсутствие U_з. Сопротивления R₂, R₃ («Грубо»
и «Точно») позволяют изменять задерживающий потенциал U_з на аноде лампы с необходимой степенью точности.