| 37,7 → 37,7 |
|---|
| \begin{tabular}{|l|l|} |
| \hline |
| \multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline |
| \textbf{Datum měření:} {8.4.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline |
| \textbf{Datum měření:} {15.4.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline |
| \textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline |
| \textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline |
| \end{tabular} |
| 47,7 → 47,7 |
|---|
| \begin{center} \Large{Úloha 11: Termická emise elektronů} \end{center} |
| |
| \begin{abstract} |
| Před více jak stoletím byla objevena vakuová dioda. Cílem našeho měření bylo změření VA charakteristiky a zjištění význačných bodů u laboratorní diody s přímo žhavenou katodou. |
| Cílem našeho měření bylo změření VA charakteristiky a zjištění význačných bodů u laboratorní diody s přímo žhavenou katodou. |
| \end{abstract} |
| |
| \section{Úvod} |
| 68,7 → 68,7 |
|---|
| |
| \subsection{Pomůcky} |
| |
| Speciální dioda s wolframovou žhavnou katodou trvale čerpaná vakuovým systémem, regulovatelný zdroj 20 V, žhavící transformátor, regulovatelný zdroj 600 V, voltmetr, ampérmetr, miliampérmetr, nanoampérmetr, regulační transformátor 0 - 220 V. |
| Vakuová dioda s wolframovou přímo žhavenou katodou trvale čerpaná vakuovým systémem, regulovatelný zdroj 20 V, žhavící transformátor, regulovatelný zdroj 600 V, voltmetr, ampérmetr, miliampérmetr, nanoampérmetr, regulační transformátor 0 - 220 V. |
| |
| $\\$ |
| |
| 93,7 → 93,7 |
|---|
| |
| Nejdříve jsme prozkoumali konstrukci vakuové aparatury a začali čerpat rotační vývěvou, po dosažení mezního tlaku této vývěvy, jsme Byla zapnuta ještě turbomolekulární vývěva. Mezitím jsme zapojili měřící sestavu dle přiloženého schématu. Po dosažení mezního tlaku skoro $10^-4 Pa$ jsme vyzkoušeli funkčnost celé aparatury, nejdříve žhavení, tedy zvýšením žhavícího proudu a následně i tok náboje k anodám. Nakonec jsme otestovali radiační pyrometr. |
| |
| Zvyšovali jsme postupně tuto teplotu katody a vždy změřili emisní charakteristiku až do oblasti nasycení, všechny hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1. Pro každou teplotu jsme sestavili graf. Po extrapolaci hodnot $I_0$ jsme následně jsme daty proložili přímku a vyfitovali hodnoty $A=(7.5 \pm 2.8) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ a $\varphi _{v}=(5.1\pm0.9)V$ obrázek 3. |
| Zvyšovali jsme postupně tuto teplotu katody a vždy změřili emisní charakteristiku až do oblasti nasycení, všechny hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1. Pro každou teplotu jsme sestavili graf. Po extrapolaci hodnot $I_0$ jsme následně jsme daty proložili přímku a vyfitovali hodnoty $A=(101 \pm 28) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ a $\varphi _{v}=(1.8\pm0.9)V$. |
| |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.} |
| 223,55 → 223,140 |
|---|
| \begin{figure} |
| \begin{center} |
| \label{amplituda} |
| \includegraphics [width=150mm] {zhaveni_katody.png} |
| \caption{Závislost teploty katody na žhavícím příkonu} |
| \includegraphics [width=150mm] {emise_fit.png} |
| \caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \subsection{Měření emisního proudu pro záporné anodové napětí} |
| Pro měření při záporném anodovém napětí jsme otočit polarizaci zdroje vysokého napětí a přepnuli jej na nižší rozsah 0-30V, místo miliampérmetru jsme také zapojili galvanometr. Opět jsme měnili teplotu katody a tentokrát zapisovali i žhavící proud, z charakteristiky jsme se snažili měřit exponenciální oblast. (Jiná část není v této konfiguraci měření dostupná a je zatížena silnými nelinearitami a parazitními jevy). Naměřené a vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulce~2. |
| |
| \section{Diskuse} |
| \begin{figure} |
| \begin{center} |
| \label{amplituda} |
| \includegraphics [width=150mm] {zhaveni.png} |
| \caption{Závislost teploty katody na žhavícím příkonu} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{itemize} |
| \item Naměřené hodnoty emisního proudu při kladném anodovém napětí jsou uvedeny v tabulce 1. S miliampérmetrem se nám podařilo dosáhnou měřitelné emise při teplotě 2142K na nejnižším rozsahu miliampérmetru 0.06mA. Náběhový proud měl při dané teplotě a zvyšujícím se anodovém napětí exponenciální charakter, kde vždy poslední hodnota v tabulce pro danou teplotu, je již nasycený proud (dále se nezvyšoval). |
| \item Grafy emisních proudů při daných teplotách jsou na obrázku 1, 2. Hodnoty nasyceného emisního proudu jsou uvedeny v tabulce 1, vždy největší hodnota pro danou teplotu. Richardsonova přímka je na obrázku 3. |
| \item Richardsonovu konstantu jsme určili fitováním grafu (obrázek 3) $A=(7.5 \pm 2.8) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ a od skutečné hodnoty pro wolfram$A \approx 80 \cdot 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ se liší o řád, přesněnji o $91\%$, což je na první pohled dosti mizerné, ale uvědomíme-li si, že jsme s miliampérmetrem měřili i setiny miliampér (desítky mikroampér), pak už počítáme s jistou chybou. Navíc bylo i mírně problémové zjištování teploty katody radiačním pyrometrem a některé hodnoty v tabulce to přímo potvrzují. Tyto chyby byli možná způsobeny i naší chybou, kdy jsme nečekali než se teplota katody ustálí, ovšem vezmeme-li v úvahu rozměry katody a přívodní kontakty dalo by se o tom polemizovat. Výstupní práci jsme opět zjistili fitováním ze stejného grafu $\varphi _{v}=(5.1\pm0.9)V$, která se od skutečné hodnoty $\varphi _{v} \approx 4.5V$ liší o $14\%$. |
| \item Závislost náběhového proudu pro záporné anodové napětí jsme změřili a uvedli v tabulce 2, ale pro nedostatek času jsme nepoříli příliš hodnot což se projevilo nepříznivě při fitování průběhů a zjištování teplot katody ze vzorce 5. |
| \item Při proměřevání jsme zapsali i hodnoty žhavícího proudu a uvedli ve výše zmíněné tabulce. |
| \item Jak jsem již uvedl v před-předchozím bodě teplotu katody jsme určovali radiačním pyrometrem a dále podle vzorce 4, kde jsme místo zlomku za konstantou 5040 použil směrnice grafu, hodnoty jsou uvedeny v tabulce 2. Toto měření bylo opět dosti zajímavé z hlediska měření proudu, kdy jsme měřili v nejméně desítkách nanoampérů, což i přes dosti sofistikovaně použitý galvanometr se zrcátkem je docela zátěž. Vůbec obecné měření takto malé veličiny proudu je problém. |
| \end{itemize} |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Teploty katody v závislosti na žhavícím výkonu} |
| \begin{center} |
| \begin{tabular}{|c|c|c|c|} |
| \hline |
| Příkon [W] & Teplota katody [K] & Vypoctena [K] & Chyba \% \\ \hline |
| 19,14 & 1961 & 2334 & 19 \\ \hline |
| 20,06 & 2062 & 2514 & 22 \\ \hline |
| 21,35 & 2108 & 2880 & 37 \\ \hline |
| 24,57 & 2156 & 2456 & 14 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \label{} |
| \end{table} |
| |
| \section{Závěr} |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Náběhový proud pro teplotu 1960 K} |
| \begin{center} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| \hline |
| U [V] & I [A] \\ \hline |
| 3,7 & -0,00000003 \\ \hline |
| 4 & -0,00000041 \\ \hline |
| 5 & -0,00000082 \\ \hline |
| 6 & -0,00000094 \\ \hline |
| 7 & -0,00000103 \\ \hline |
| 8 & -0,00000108 \\ \hline |
| 9 & -0,00000112 \\ \hline |
| 10 & -0,00000114 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \label{} |
| \end{table} |
| |
| Při měření jsme si prakticky vyzkoušely práci s vysoce sofistikovanou sestavou vakuové techniky a prací s elektronkovou diodou. Richardsonovu konstantu jsme určili fitováním grafu (obrázek 3) $A=(7.5 \pm 2.8) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ a od skutečné hodnoty pro wolfram $A \approx 80 \cdot 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ se liší o $91\%$. Výstupní práci elektronů pro wolfram jsme opět určili fitováním z grafu (obrázek 3) $\varphi _{v}=(5.1\pm0.9)V$, která se od skutečné hodnoty $\varphi _{v} \approx 4.5V$ liší o $14\%$. |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Náběhový proud pro teplotu 2061 K} |
| \begin{center} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| \hline |
| U [V] & I [A] \\ \hline |
| 3,8 & -0,00000006 \\ \hline |
| 4 & -0,00000033 \\ \hline |
| 5 & -0,00000081 \\ \hline |
| 6 & -0,00000095 \\ \hline |
| 7 & -0,00000103 \\ \hline |
| 8 & -0,00000108 \\ \hline |
| 9 & -0,00000112 \\ \hline |
| 10 & -0,00000115 \\ \hline |
| 11 & -0,00000117 \\ \hline |
| 12 & -0,0000012 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \label{} |
| \end{table} |
| |
| \begin{thebibliography}{10} %REFERENCE |
| %\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994 |
| %\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$ |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Náběhový proud pro teplotu 2108 K} |
| \begin{center} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| \hline |
| U [V] & I [A] \\ \hline |
| 4 & -0,00000004 \\ \hline |
| 5 & -0,00000128 \\ \hline |
| 6 & -0,00000091 \\ \hline |
| 7 & -0,000001 \\ \hline |
| 8 & -0,00000106 \\ \hline |
| 9 & -0,00000111 \\ \hline |
| 10 & -0,00000113 \\ \hline |
| 11 & -0,00000116 \\ \hline |
| 12 & -0,00000118 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \label{} |
| \end{table} |
| |
| \end{thebibliography} |
| \begin{table}[htbp] |
| \caption{Náběhový proud pro teplotu 2156 K} |
| \begin{center} |
| \begin{tabular}{|c|c|} |
| \hline |
| U [V] & I [A] \\ \hline |
| 4,1 & -0,00000004 \\ \hline |
| 5 & -0,00000071 \\ \hline |
| 6 & -0,00000077 \\ \hline |
| 7 & -0,00000097 \\ \hline |
| 8 & -0,00000103 \\ \hline |
| 9 & -0,00000108 \\ \hline |
| 10 & -0,00000111 \\ \hline |
| 11 & -0,00000113 \\ \hline |
| 12 & -0,00000116 \\ \hline |
| \end{tabular} |
| \end{center} |
| \label{} |
| \end{table} |
| |
| |
| \section{Diskuse} |
| |
| \begin{itemize} |
| \item Změřili jsme závislost nasyceného proudu na teplotě. Měřený rozsah vyšel dobře do nasycené oblasti a naměřené hodnoty jsou proto téměř lineární. |
| |
| \item Naměřené hodnoty jsme pro porovnání zobrazili do jednoho grafu. Lineární extrapolací jsme určili hodnoty proudu pro nulové napětí. Hodnotami jsme následně proložili přímku a Vypočetli Richardsonovu konstantu $A=(101 \pm 28) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ která se příliš neliší od předpokládané hodnoty $A=(80) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ bohužel výstupní práce vyšla $\varphi _{v}=(1.8\pm0.9)V$ což nelze považovat za příliš reálnou hodnotu. |
| |
| \item Chyby při určování konstant z fitu naměřených hodnot budou pravděpodobně způsobeny nějakou systematickou chybou. |
| |
| \item Závislost náběhového proudu pro záporné anodové napětí jsme změřili a uvedli v tabulce, ale pro nedostatek času jsme nepořídili příliš hodnot což se projevilo nepříznivě při fitování průběhů a zjištování teplot katody ze vzorce 5. |
| \item Z naměřených hodnot jsme se pokusili spočítat předpokládanou teplotu katody, kterou jsme v tabulce porovnali s teplotou změřenou Pyrometrem. |
| |
| \item Naměřenou teplotu a žhavící výkon jsme uvedli v grafu. |
| \end{itemize} |
| |
| \section{Závěr} |
| |
| Při měření jsme si prakticky vyzkoušeli práci se sestavou vakuové techniky a zjistili komplikace při měření malých proudů v obvodu vakuové diody. Richardsonovu konstantu jsme určili fitováním grafu $A=(101 \pm 28) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$. Výstupní práci elektronů pro wolfram jsme opět určili $\varphi _{v}=(1.8\pm0.9)V$, která se od skutečné hodnoty $\varphi _{v} \approx 4.5V$ výrazně liší. |
| |
| \begin{thebibliography}{10} %REFERENCE |
| %\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994 |
| %\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$ |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| \end{thebibliography} |
| \end{document} |
