Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM

Fyzikální praktiku 3

Zpracoval: Radek Žemlička  Naměřeno: 12. března 2009
Obor: F Ročník: II Semestr: IV  Testováno:

Úloha č. 2: ; T = 21, 1 ^{∘}C ; p = 865 hPa ; φ = 69 % Studium termoelektronové emise

1. Měření výstupní práce w wolframu pomocí Richardsonovy přímky

1.1. Teorie způsob měření

Jev, kdy vázané elektrony emitují díky tomu, že jim energie potřebná pro uvolnění byla dodána ve formě tepla, nazýváme fotoemisí. Kromě zdroje elektronového svazku nám tento jev také poskytuje informace o silách, kterými jsou elektrony uvnitř látky vázány. Minimální energii, kterou elektrony z povrchu dostatečně vyžhaveného kovu potřebují k překonání vazeb mezi elektronem a kovem nazýváme výstupní práce w. Množství elektronů, kterou katoda takto uvolní za jednotku času, se nazývá nasycený emisní proud I_{nas}. Následující, tzv. Richardsonova-Dushmanova, rovnice vyjadřuje jeho závislost na teplotě T kovu, ze kterého je katoda vyrobena a na wýstupní práci w.

I_{nas} = B · T^{2} · exp (\frac{−w}{kT} )  (1)

Kde B je konstanta zahrnující mimo jiné plochu katody a termoemisní konstantu A, k je Boltzmannova konstanta. Tuto rovnici můžeme využít pro měření výstupní práce w a to tak, že ji převedeme na rovnici Richardsonovy přímky. Rovnici upravíme a zlogaritmujeme.

ln (\frac{I_{nas}}{T^{2}} ) = ln B − \frac{w}{kT}  (2)

Označíme y = ln (\frac{I_{nas}}{T^{2}} ) a x = 1/t . Tak dostanema v přímku v novývh proměnných

y = (−w/k) · x + ln B  (3)

Při měření bylo nutné pracovat v nasycené oblasti anodového proudu. Byl nastaven největší žhavící proud, s jakým se pracovalo, a bylo zvětšováno anodové napětí, dokud nebylo dosaženo oblasti nasyceného proudu. Poté byla proměřena závislost anodového proudu I_{nas} na žhavícím proudu I_{f}.

Z hodnot U_{f} a I_{f} lze zjistit odporR_{t} vlákna katody, pro který navíc platí závislost na teplotě

\frac{U_{f}}{I_{f}} = R_{t} = \frac{ρd}{S}(1 + αt)  (4)

kde ρ = 4.89 · 10^{−8}Ωm je měrný odpor wolframu, α = 4.83 · 10^{−3}K^{−1} je teplotní součinitel odporu, d = 0.015m je délka vlákna, S = πr^{2} je průřez vlákna (r = 5 · 10^{−5}m) a t je teplota ve stupních celsia.

Pro teplotu katody T platí vztah

T = \frac{1}{α} (\frac{U_{f}S}{I_{f}ρd} − 1)  (5)

1.2. Měření

Měření a jim odpovídající výsledeky shrnuje následující tabulka. U_{nas} = 30.7V

1.3. Podúloha o měření

Zde začíná samotný text protokolu…

2. Něco dalšího

3. A nakonec třeba Závěr