| 1 |
\documentclass[12pt,notitlepage,fleqn]{article}
|
1 |
\documentclass[12pt,notitlepage,fleqn]{article}
|
| 2 |
|
2 |
|
| 3 |
\usepackage[czech]{babel}
|
3 |
\usepackage[czech]{babel}
|
| 4 |
\usepackage[pdftex]{graphicx}
|
4 |
\usepackage[pdftex]{graphicx}
|
| 5 |
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
|
5 |
\usepackage{fancyhdr,multicol} %nastavení češtiny, fancy, grafiky, sloupce
|
| 6 |
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
|
6 |
\usepackage[utf8]{inputenc} %vstupni soubory v kodovani UTF-8
|
| 7 |
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
|
7 |
\usepackage[a4paper,text={17cm,25cm},centering]{geometry} %nastavení okrajů
|
| 8 |
\usepackage{rotating}
|
8 |
\usepackage{rotating}
|
| 9 |
|
9 |
|
| 10 |
% Here it is: the code that adjusts justification and spacing around caption.
|
10 |
% Here it is: the code that adjusts justification and spacing around caption.
|
| 11 |
\makeatletter
|
11 |
\makeatletter
|
| 12 |
% http://www.texnik.de/floats/caption.phtml
|
12 |
% http://www.texnik.de/floats/caption.phtml
|
| 13 |
% This does spacing around caption.
|
13 |
% This does spacing around caption.
|
| 14 |
\setlength{\abovecaptionskip}{2pt} % 0.5cm as an example
|
14 |
\setlength{\abovecaptionskip}{2pt} % 0.5cm as an example
|
| 15 |
\setlength{\belowcaptionskip}{2pt} % 0.5cm as an example
|
15 |
\setlength{\belowcaptionskip}{2pt} % 0.5cm as an example
|
| 16 |
% This does justification (left) of caption.
|
16 |
% This does justification (left) of caption.
|
| 17 |
\long\def\@makecaption#1#2{%
|
17 |
\long\def\@makecaption#1#2{%
|
| 18 |
\vskip\abovecaptionskip
|
18 |
\vskip\abovecaptionskip
|
| 19 |
\sbox\@tempboxa{#1: #2}%
|
19 |
\sbox\@tempboxa{#1: #2}%
|
| 20 |
\ifdim \wd\@tempboxa >\hsize
|
20 |
\ifdim \wd\@tempboxa >\hsize
|
| 21 |
#1: #2\par
|
21 |
#1: #2\par
|
| 22 |
\else
|
22 |
\else
|
| 23 |
\global \@minipagefalse
|
23 |
\global \@minipagefalse
|
| 24 |
\hb@xt@\hsize{\box\@tempboxa\hfil}%
|
24 |
\hb@xt@\hsize{\box\@tempboxa\hfil}%
|
| 25 |
\fi
|
25 |
\fi
|
| 26 |
\vskip\belowcaptionskip}
|
26 |
\vskip\belowcaptionskip}
|
| 27 |
\makeatother
|
27 |
\makeatother
|
| 28 |
|
28 |
|
| 29 |
|
29 |
|
| 30 |
\begin{document}
|
30 |
\begin{document}
|
| 31 |
|
31 |
|
| 32 |
\pagestyle{empty} %nastavení stylu stránky
|
32 |
\pagestyle{empty} %nastavení stylu stránky
|
| 33 |
\def\tablename{\textbf {Tabulka}}
|
33 |
\def\tablename{\textbf {Tabulka}}
|
| 34 |
|
34 |
|
| 35 |
\begin {table}[tbp]
|
35 |
\begin {table}[tbp]
|
| 36 |
\begin {center}
|
36 |
\begin {center}
|
| 37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
| 38 |
\hline
|
38 |
\hline
|
| 39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
| 40 |
\textbf{Datum měření:} {15.4.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
40 |
\textbf{Datum měření:} {15.4.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
| 41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
|
41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
|
| 42 |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
42 |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
| 43 |
\end{tabular}
|
43 |
\end{tabular}
|
| 44 |
\end {center}
|
44 |
\end {center}
|
| 45 |
\end {table}
|
45 |
\end {table}
|
| 46 |
|
46 |
|
| 47 |
\begin{center} \Large{Úloha 11: Termická emise elektronů} \end{center}
|
47 |
\begin{center} \Large{Úloha 11: Termická emise elektronů} \end{center}
|
| 48 |
|
48 |
|
| 49 |
\begin{abstract}
|
49 |
\begin{abstract}
|
| 50 |
Cílem našeho měření bylo změření VA charakteristiky a zjištění význačných bodů u laboratorní diody s přímo žhavenou katodou.
|
50 |
Cílem našeho měření bylo změření VA charakteristiky a zjištění význačných bodů u laboratorní diody s přímo žhavenou katodou.
|
| 51 |
\end{abstract}
|
51 |
\end{abstract}
|
| 52 |
|
52 |
|
| 53 |
\section{Úvod}
|
53 |
\section{Úvod}
|
| 54 |
\subsection{Zadání}
|
54 |
\subsection{Zadání}
|
| 55 |
\begin{enumerate}
|
55 |
\begin{enumerate}
|
| 56 |
|
56 |
|
| 57 |
\item Změřte závislost emisního proudu katody na kladném anodovém napětí v rozmezí (100 - 600) V při konstantní teplotě katody. Měření proveďte pro 5 - 8 teplot v rozmezí 1800 až 2500 K. Teplotu měřte pyrometrem.
|
57 |
\item Změřte závislost emisního proudu katody na kladném anodovém napětí v rozmezí (100 - 600) V při konstantní teplotě katody. Měření proveďte pro 5 - 8 teplot v rozmezí 1800 až 2500 K. Teplotu měřte pyrometrem.
|
| 58 |
\item Výsledky měření podle bodu 1 vyneste do grafu, určete hodnoty nasyceného emisního proudu a nakreslete Richardsonovu přímku.
|
58 |
\item Výsledky měření podle bodu 1 vyneste do grafu, určete hodnoty nasyceného emisního proudu a nakreslete Richardsonovu přímku.
|
| 59 |
\item Vypočtěte výstupní práci $\varphi _{v}$ a určete hodnotu Richardsonovy konstanty $A$.
|
59 |
\item Vypočtěte výstupní práci $\varphi _{v}$ a určete hodnotu Richardsonovy konstanty $A$.
|
| 60 |
\item Změřte závislost náběhového proudu $I_{a} = f(U_{KA})$ pro deset hodnot záporného anodového napětí $U_{KA}$ při konstantním žhavicím proudu $I_{\check{z}h}$. Měřte v rozsahu -10 až 0V.
|
60 |
\item Změřte závislost náběhového proudu $I_{a} = f(U_{KA})$ pro deset hodnot záporného anodového napětí $U_{KA}$ při konstantním žhavicím proudu $I_{\check{z}h}$. Měřte v rozsahu -10 až 0V.
|
| 61 |
\item Měření podle bodu 4) proveďte pro šest různých hodnot žhavicího proudu $I_{\check{z}h}$. Pro každou hodnotu žhavicího proudu změřte teplotu středu katody radiačním pyrometrem.
|
61 |
\item Měření podle bodu 4) proveďte pro šest různých hodnot žhavicího proudu $I_{\check{z}h}$. Pro každou hodnotu žhavicího proudu změřte teplotu středu katody radiačním pyrometrem.
|
| 62 |
\item Z průběhů náběhového proudu určete příslušné teploty katody a porovnejte je s teplotami změřenými pyrometrem.
|
62 |
\item Z průběhů náběhového proudu určete příslušné teploty katody a porovnejte je s teplotami změřenými pyrometrem.
|
| 63 |
\item Z napětí a proudů žhavením katody odhadněte její teplotu.
|
63 |
\item Z napětí a proudů žhavením katody odhadněte její teplotu.
|
| 64 |
|
64 |
|
| 65 |
\end{enumerate}
|
65 |
\end{enumerate}
|
| 66 |
|
66 |
|
| 67 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
67 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
| 68 |
|
68 |
|
| 69 |
\subsection{Pomůcky}
|
69 |
\subsection{Pomůcky}
|
| 70 |
|
70 |
|
| 71 |
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.
|
71 |
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.
|
| 72 |
|
72 |
|
| 73 |
$\\$
|
73 |
$\\$
|
| 74 |
|
74 |
|
| 75 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
75 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
| 76 |
|
76 |
|
| 77 |
Kov si zjednodušeně představujeme, jako krystalovou mřížku z kladných iontů, ve které se volně pohybují elektrony. Aby elektron opustil tuto krystalovou mřížku, potřebuje dosáhnout jisté míry kinetické energie, která je funkcí teploty, tuto energii budeme nazývat výstupní prací a je charakteristická pro každý kov. Elektrony vyletují z materiálu obecně s různými rychlostmi, které se ovšem řídí Maxwellovým-Boltzmannovým rozdělením. Při určité teplotě se kolem zahřívané elektrody (katody) začne vytvářet tzv. elektronový oblak, který nepříznivě působí na emitování dalších elektronů. Abychom tomuto zabránili a mohli měřit opravdovou emisi při dané teplotě, použijeme další elektrodu (anodu) na kterou budeme přivádět kladné napětí nebo ve speciálním případě mírně záporné. Pro proud potom můžeme napsat vztah vztah
|
77 |
Kov si zjednodušeně představujeme, jako krystalovou mřížku z kladných iontů, ve které se volně pohybují elektrony. Aby elektron opustil tuto krystalovou mřížku, potřebuje dosáhnout jisté míry kinetické energie, která je funkcí teploty, tuto energii budeme nazývat výstupní prací a je charakteristická pro každý kov. Elektrony vyletují z materiálu obecně s různými rychlostmi, které se ovšem řídí Maxwellovým-Boltzmannovým rozdělením. Při určité teplotě se kolem zahřívané elektrody (katody) začne vytvářet tzv. elektronový oblak, který nepříznivě působí na emitování dalších elektronů. Abychom tomuto zabránili a mohli měřit opravdovou emisi při dané teplotě, použijeme další elektrodu (anodu) na kterou budeme přivádět kladné napětí nebo ve speciálním případě mírně záporné. Pro proud potom můžeme napsat vztah vztah
|
| 78 |
\begin{equation} I_a = I_0 e^{ \left( {\frac{e \varphi _a}{k T}} \right) }, \end{equation}
|
78 |
\begin{equation} I_a = I_0 e^{ \left( {\frac{e \varphi _a}{k T}} \right) }, \end{equation}
|
| 79 |
kde $I_0$ je ideální nasycený proud, $e$ náboj elektronu ($e = 1,602.10^{-19}$ C), $T$ absolutní teplotu, $\varphi_{x}$ potenciál ve vzdálenosti $x$ od katody ($\varphi $ $_{x} \quad \le $ 0) a k představuje Boltzmannovu konstanta ($k = 1,38.10^{-23} W.s.K^{-1})$.
|
79 |
kde $I_0$ je ideální nasycený proud, $e$ náboj elektronu ($e = 1,602.10^{-19}$ C), $T$ absolutní teplotu, $\varphi_{x}$ potenciál ve vzdálenosti $x$ od katody ($\varphi $ $_{x} \quad \le $ 0) a k představuje Boltzmannovu konstanta ($k = 1,38.10^{-23} W.s.K^{-1})$.
|
| 80 |
|
80 |
|
| 81 |
Pro hustotu termoemisního nasyceného proudu platí
|
81 |
Pro hustotu termoemisního nasyceného proudu platí
|
| 82 |
\begin{equation} i_0 = A T^2 \exp \left( {-\frac{e \varphi _v }{k T}} \right), \end{equation}
|
82 |
\begin{equation} i_0 = A T^2 \exp \left( {-\frac{e \varphi _v }{k T}} \right), \end{equation}
|
| 83 |
kde $A$ je tzv. Richardsonova konstanta (teoretická hodnota $A$ = 120.10$^{4}$ A.m$^{-2}$.K$^{-2}$, pro wolfram je praktická hodnota asi 80.10$^{4}$ A.m$^{-2}$.K$^{-2}$). Po zlogaritmování dostáváme
|
83 |
kde $A$ je tzv. Richardsonova konstanta (teoretická hodnota $A$ = 120.10$^{4}$ A.m$^{-2}$.K$^{-2}$, pro wolfram je praktická hodnota asi 80.10$^{4}$ A.m$^{-2}$.K$^{-2}$). Po zlogaritmování dostáváme
|
| 84 |
\begin{equation} ln i_0 - 2 ln T = ln A - \frac{e \varphi _v }{k T}, \end{equation}
|
84 |
\begin{equation} ln i_0 - 2 ln T = ln A - \frac{e \varphi _v }{k T}, \end{equation}
|
| 85 |
což můžeme přepsat do tvaru přímky $y=a-bx$, kde $y = ln i_{0} - 2 ln T$; $a = ln A$; $b = e\varphi_{v}/k$; $x=1/T$. Z grafu pak můžeme fitováním získat patřičné konstanty. Dále se ještě využije vztah
|
85 |
což můžeme přepsat do tvaru přímky $y=a-bx$, kde $y = ln i_{0} - 2 ln T$; $a = ln A$; $b = e\varphi_{v}/k$; $x=1/T$. Z grafu pak můžeme fitováním získat patřičné konstanty. Dále se ještě využije vztah
|
| 86 |
\begin{equation} a=\ln I_0 -2\ln T=\ln SA, \end{equation}
|
86 |
\begin{equation} a=\ln I_0 -2\ln T=\ln SA, \end{equation}
|
| 87 |
kde $I_0=i_0 S$. Pro výpočet teploty při mírně záporném anodovém napětí použijeme vztah
|
87 |
kde $I_0=i_0 S$. Pro výpočet teploty při mírně záporném anodovém napětí použijeme vztah
|
| 88 |
\begin{equation} T = 5040 \frac{U_1 - U_2 }{log (I_1 /I_2 )}. \end{equation}
|
88 |
\begin{equation} T = 5040 \frac{U_1 - U_2 }{log (I_1 /I_2 )}. \end{equation}
|
| 89 |
|
89 |
|
| 90 |
|
90 |
|
| 91 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
91 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
| 92 |
\subsection{Měření emisního proudu pro kladné anodové napětí}
|
92 |
\subsection{Měření emisního proudu pro kladné anodové napětí}
|
| 93 |
|
93 |
|
| 94 |
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.
|
94 |
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.
|
| 95 |
|
95 |
|
| 96 |
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 $\varphi _{v}=(1.8\pm0.9)V$.
|
96 |
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 $\varphi _{v}=(1.8\pm0.9)V$.
|
| 97 |
|
97 |
|
| 98 |
\begin{table}[htbp]
|
98 |
\begin{table}[htbp]
|
| 99 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
99 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
| 100 |
\begin{center}
|
100 |
\begin{center}
|
| 101 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
101 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 102 |
\hline
|
102 |
\hline
|
| 103 |
2061 [K] & \\ \hline
|
103 |
2061 [K] & \\ \hline
|
| 104 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
104 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
| 105 |
100 & 1,04 \\ \hline
|
105 |
100 & 1,04 \\ \hline
|
| 106 |
150 & 1,12 \\ \hline
|
106 |
150 & 1,12 \\ \hline
|
| 107 |
200 & 1,16 \\ \hline
|
107 |
200 & 1,16 \\ \hline
|
| 108 |
250 & 1,18 \\ \hline
|
108 |
250 & 1,18 \\ \hline
|
| 109 |
300 & 1,22 \\ \hline
|
109 |
300 & 1,22 \\ \hline
|
| 110 |
350 & 1,24 \\ \hline
|
110 |
350 & 1,24 \\ \hline
|
| 111 |
400 & 1,26 \\ \hline
|
111 |
400 & 1,26 \\ \hline
|
| 112 |
450 & 1,30 \\ \hline
|
112 |
450 & 1,30 \\ \hline
|
| 113 |
500 & 1,32 \\ \hline
|
113 |
500 & 1,32 \\ \hline
|
| 114 |
550 & 1,35 \\ \hline
|
114 |
550 & 1,35 \\ \hline
|
| 115 |
600 & 1,36 \\ \hline
|
115 |
600 & 1,36 \\ \hline
|
| 116 |
\end{tabular}
|
116 |
\end{tabular}
|
| 117 |
\end{center}
|
117 |
\end{center}
|
| 118 |
\label{}
|
118 |
\label{}
|
| 119 |
\end{table}
|
119 |
\end{table}
|
| 120 |
|
120 |
|
| 121 |
\begin{table}[htbp]
|
121 |
\begin{table}[htbp]
|
| 122 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
122 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
| 123 |
\begin{center}
|
123 |
\begin{center}
|
| 124 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
124 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 125 |
\hline
|
125 |
\hline
|
| 126 |
2233 [K] & \\ \hline
|
126 |
2233 [K] & \\ \hline
|
| 127 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
127 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
| 128 |
100 & 2,80 \\ \hline
|
128 |
100 & 2,80 \\ \hline
|
| 129 |
150 & 2,78 \\ \hline
|
129 |
150 & 2,78 \\ \hline
|
| 130 |
200 & 2,81 \\ \hline
|
130 |
200 & 2,81 \\ \hline
|
| 131 |
250 & 2,90 \\ \hline
|
131 |
250 & 2,90 \\ \hline
|
| 132 |
300 & 2,98 \\ \hline
|
132 |
300 & 2,98 \\ \hline
|
| 133 |
350 & 3,05 \\ \hline
|
133 |
350 & 3,05 \\ \hline
|
| 134 |
400 & 3,14 \\ \hline
|
134 |
400 & 3,14 \\ \hline
|
| 135 |
450 & 3,18 \\ \hline
|
135 |
450 & 3,18 \\ \hline
|
| 136 |
500 & 3,15 \\ \hline
|
136 |
500 & 3,15 \\ \hline
|
| 137 |
550 & 3,20 \\ \hline
|
137 |
550 & 3,20 \\ \hline
|
| 138 |
600 & 3,23 \\ \hline
|
138 |
600 & 3,23 \\ \hline
|
| 139 |
\end{tabular}
|
139 |
\end{tabular}
|
| 140 |
\end{center}
|
140 |
\end{center}
|
| 141 |
\label{}
|
141 |
\label{}
|
| 142 |
\end{table}
|
142 |
\end{table}
|
| 143 |
|
143 |
|
| 144 |
|
144 |
|
| 145 |
\begin{table}[htbp]
|
145 |
\begin{table}[htbp]
|
| 146 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
146 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
| 147 |
\begin{center}
|
147 |
\begin{center}
|
| 148 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
148 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 149 |
\hline
|
149 |
\hline
|
| 150 |
2343 [K] & \\ \hline
|
150 |
2343 [K] & \\ \hline
|
| 151 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
151 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
| 152 |
100 & 4,23 \\ \hline
|
152 |
100 & 4,23 \\ \hline
|
| 153 |
150 & 4,5 \\ \hline
|
153 |
150 & 4,5 \\ \hline
|
| 154 |
200 & 4,68 \\ \hline
|
154 |
200 & 4,68 \\ \hline
|
| 155 |
250 & 4,84 \\ \hline
|
155 |
250 & 4,84 \\ \hline
|
| 156 |
300 & 4,95 \\ \hline
|
156 |
300 & 4,95 \\ \hline
|
| 157 |
350 & 5,04 \\ \hline
|
157 |
350 & 5,04 \\ \hline
|
| 158 |
400 & 5,07 \\ \hline
|
158 |
400 & 5,07 \\ \hline
|
| 159 |
450 & 5,19 \\ \hline
|
159 |
450 & 5,19 \\ \hline
|
| 160 |
500 & 5,26 \\ \hline
|
160 |
500 & 5,26 \\ \hline
|
| 161 |
550 & 5,33 \\ \hline
|
161 |
550 & 5,33 \\ \hline
|
| 162 |
600 & 5,47 \\ \hline
|
162 |
600 & 5,47 \\ \hline
|
| 163 |
\end{tabular}
|
163 |
\end{tabular}
|
| 164 |
\end{center}
|
164 |
\end{center}
|
| 165 |
\label{}
|
165 |
\label{}
|
| 166 |
\end{table}
|
166 |
\end{table}
|
| 167 |
|
167 |
|
| 168 |
\begin{table}[htbp]
|
168 |
\begin{table}[htbp]
|
| 169 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
169 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
| 170 |
\begin{center}
|
170 |
\begin{center}
|
| 171 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
171 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 172 |
\hline
|
172 |
\hline
|
| 173 |
2449 [K] & \\ \hline
|
173 |
2449 [K] & \\ \hline
|
| 174 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
174 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
| 175 |
100 & 7,39 \\ \hline
|
175 |
100 & 7,39 \\ \hline
|
| 176 |
150 & 7,91 \\ \hline
|
176 |
150 & 7,91 \\ \hline
|
| 177 |
200 & 8,3 \\ \hline
|
177 |
200 & 8,3 \\ \hline
|
| 178 |
250 & 8,7 \\ \hline
|
178 |
250 & 8,7 \\ \hline
|
| 179 |
300 & 8,93 \\ \hline
|
179 |
300 & 8,93 \\ \hline
|
| 180 |
350 & 9,12 \\ \hline
|
180 |
350 & 9,12 \\ \hline
|
| 181 |
400 & 9,35 \\ \hline
|
181 |
400 & 9,35 \\ \hline
|
| 182 |
450 & 9,52 \\ \hline
|
182 |
450 & 9,52 \\ \hline
|
| 183 |
500 & 9,63 \\ \hline
|
183 |
500 & 9,63 \\ \hline
|
| 184 |
550 & 9,8 \\ \hline
|
184 |
550 & 9,8 \\ \hline
|
| 185 |
575 & 10,2 \\ \hline
|
185 |
575 & 10,2 \\ \hline
|
| 186 |
\end{tabular}
|
186 |
\end{tabular}
|
| 187 |
\end{center}
|
187 |
\end{center}
|
| 188 |
\label{}
|
188 |
\label{}
|
| 189 |
\end{table}
|
189 |
\end{table}
|
| 190 |
|
190 |
|
| 191 |
\begin{table}[htbp]
|
191 |
\begin{table}[htbp]
|
| 192 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
192 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
|
| 193 |
\begin{center}
|
193 |
\begin{center}
|
| 194 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
194 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 195 |
\hline
|
195 |
\hline
|
| 196 |
1992 [K] & \\ \hline
|
196 |
1992 [K] & \\ \hline
|
| 197 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
197 |
U[V] & I [mA] \\ \hline
|
| 198 |
100 & 0,56 \\ \hline
|
198 |
100 & 0,56 \\ \hline
|
| 199 |
150 & 0,59 \\ \hline
|
199 |
150 & 0,59 \\ \hline
|
| 200 |
200 & 0,62 \\ \hline
|
200 |
200 & 0,62 \\ \hline
|
| 201 |
250 & 0,64 \\ \hline
|
201 |
250 & 0,64 \\ \hline
|
| 202 |
300 & 0,66 \\ \hline
|
202 |
300 & 0,66 \\ \hline
|
| 203 |
350 & 0,67 \\ \hline
|
203 |
350 & 0,67 \\ \hline
|
| 204 |
400 & 0,68 \\ \hline
|
204 |
400 & 0,68 \\ \hline
|
| 205 |
450 & 0,68 \\ \hline
|
205 |
450 & 0,68 \\ \hline
|
| 206 |
500 & 0,69 \\ \hline
|
206 |
500 & 0,69 \\ \hline
|
| 207 |
550 & 0,7 \\ \hline
|
207 |
550 & 0,7 \\ \hline
|
| 208 |
600 & 0,71 \\ \hline
|
208 |
600 & 0,71 \\ \hline
|
| 209 |
\end{tabular}
|
209 |
\end{tabular}
|
| 210 |
\end{center}
|
210 |
\end{center}
|
| 211 |
\label{}
|
211 |
\label{}
|
| 212 |
\end{table}
|
212 |
\end{table}
|
| 213 |
|
213 |
|
| 214 |
|
214 |
|
| 215 |
\begin{figure}
|
215 |
\begin{figure}
|
| 216 |
\begin{center}
|
216 |
\begin{center}
|
| 217 |
\label{amplituda}
|
217 |
\label{amplituda}
|
| 218 |
\includegraphics [width=150mm] {emisni_proud.png}
|
218 |
\includegraphics [width=150mm] {emisni_proud.png}
|
| 219 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
|
219 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
|
| 220 |
\end{center}
|
220 |
\end{center}
|
| 221 |
\end{figure}
|
221 |
\end{figure}
|
| 222 |
|
222 |
|
| 223 |
\begin{figure}
|
223 |
\begin{figure}
|
| 224 |
\begin{center}
|
224 |
\begin{center}
|
| 225 |
\label{amplituda}
|
225 |
\label{amplituda}
|
| 226 |
\includegraphics [width=150mm] {emise_fit.png}
|
226 |
\includegraphics [width=150mm] {emise_fit.png}
|
| 227 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
|
227 |
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
|
| 228 |
\end{center}
|
228 |
\end{center}
|
| 229 |
\end{figure}
|
229 |
\end{figure}
|
| 230 |
|
230 |
|
| 231 |
\subsection{Měření emisního proudu pro záporné anodové napětí}
|
231 |
\subsection{Měření emisního proudu pro záporné anodové napětí}
|
| 232 |
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.
|
232 |
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.
|
| 233 |
|
233 |
|
| 234 |
\begin{figure}
|
234 |
\begin{figure}
|
| 235 |
\begin{center}
|
235 |
\begin{center}
|
| 236 |
\label{amplituda}
|
236 |
\label{amplituda}
|
| 237 |
\includegraphics [width=150mm] {zhaveni.png}
|
237 |
\includegraphics [width=150mm] {zhaveni.png}
|
| 238 |
\caption{Závislost teploty katody na žhavícím příkonu}
|
238 |
\caption{Závislost teploty katody na žhavícím příkonu}
|
| 239 |
\end{center}
|
239 |
\end{center}
|
| 240 |
\end{figure}
|
240 |
\end{figure}
|
| 241 |
|
241 |
|
| 242 |
\begin{table}[htbp]
|
242 |
\begin{table}[htbp]
|
| 243 |
\caption{Teploty katody v závislosti na žhavícím výkonu}
|
243 |
\caption{Teploty katody v závislosti na žhavícím výkonu}
|
| 244 |
\begin{center}
|
244 |
\begin{center}
|
| 245 |
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
|
245 |
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
|
| 246 |
\hline
|
246 |
\hline
|
| 247 |
Příkon [W] & Teplota katody [K] & Vypoctena [K] & Chyba \% \\ \hline
|
247 |
Příkon [W] & Teplota katody [K] & Vypoctena [K] & Chyba \% \\ \hline
|
| 248 |
19,14 & 1961 & 2334 & 19 \\ \hline
|
248 |
19,14 & 1961 & 2334 & 19 \\ \hline
|
| 249 |
20,06 & 2062 & 2514 & 22 \\ \hline
|
249 |
20,06 & 2062 & 2514 & 22 \\ \hline
|
| 250 |
21,35 & 2108 & 2880 & 37 \\ \hline
|
250 |
21,35 & 2108 & 2880 & 37 \\ \hline
|
| 251 |
24,57 & 2156 & 2456 & 14 \\ \hline
|
251 |
24,57 & 2156 & 2456 & 14 \\ \hline
|
| 252 |
\end{tabular}
|
252 |
\end{tabular}
|
| 253 |
\end{center}
|
253 |
\end{center}
|
| 254 |
\label{}
|
254 |
\label{}
|
| 255 |
\end{table}
|
255 |
\end{table}
|
| 256 |
|
256 |
|
| 257 |
\begin{table}[htbp]
|
257 |
\begin{table}[htbp]
|
| 258 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 1960 K}
|
258 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 1960 K}
|
| 259 |
\begin{center}
|
259 |
\begin{center}
|
| 260 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
260 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 261 |
\hline
|
261 |
\hline
|
| 262 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
262 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
| 263 |
3,7 & -0,00000003 \\ \hline
|
263 |
3,7 & -0,00000003 \\ \hline
|
| 264 |
4 & -0,00000041 \\ \hline
|
264 |
4 & -0,00000041 \\ \hline
|
| 265 |
5 & -0,00000082 \\ \hline
|
265 |
5 & -0,00000082 \\ \hline
|
| 266 |
6 & -0,00000094 \\ \hline
|
266 |
6 & -0,00000094 \\ \hline
|
| 267 |
7 & -0,00000103 \\ \hline
|
267 |
7 & -0,00000103 \\ \hline
|
| 268 |
8 & -0,00000108 \\ \hline
|
268 |
8 & -0,00000108 \\ \hline
|
| 269 |
9 & -0,00000112 \\ \hline
|
269 |
9 & -0,00000112 \\ \hline
|
| 270 |
10 & -0,00000114 \\ \hline
|
270 |
10 & -0,00000114 \\ \hline
|
| 271 |
\end{tabular}
|
271 |
\end{tabular}
|
| 272 |
\end{center}
|
272 |
\end{center}
|
| 273 |
\label{}
|
273 |
\label{}
|
| 274 |
\end{table}
|
274 |
\end{table}
|
| 275 |
|
275 |
|
| 276 |
\begin{table}[htbp]
|
276 |
\begin{table}[htbp]
|
| 277 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2061 K}
|
277 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2061 K}
|
| 278 |
\begin{center}
|
278 |
\begin{center}
|
| 279 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
279 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 280 |
\hline
|
280 |
\hline
|
| 281 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
281 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
| 282 |
3,8 & -0,00000006 \\ \hline
|
282 |
3,8 & -0,00000006 \\ \hline
|
| 283 |
4 & -0,00000033 \\ \hline
|
283 |
4 & -0,00000033 \\ \hline
|
| 284 |
5 & -0,00000081 \\ \hline
|
284 |
5 & -0,00000081 \\ \hline
|
| 285 |
6 & -0,00000095 \\ \hline
|
285 |
6 & -0,00000095 \\ \hline
|
| 286 |
7 & -0,00000103 \\ \hline
|
286 |
7 & -0,00000103 \\ \hline
|
| 287 |
8 & -0,00000108 \\ \hline
|
287 |
8 & -0,00000108 \\ \hline
|
| 288 |
9 & -0,00000112 \\ \hline
|
288 |
9 & -0,00000112 \\ \hline
|
| 289 |
10 & -0,00000115 \\ \hline
|
289 |
10 & -0,00000115 \\ \hline
|
| 290 |
11 & -0,00000117 \\ \hline
|
290 |
11 & -0,00000117 \\ \hline
|
| 291 |
12 & -0,0000012 \\ \hline
|
291 |
12 & -0,0000012 \\ \hline
|
| 292 |
\end{tabular}
|
292 |
\end{tabular}
|
| 293 |
\end{center}
|
293 |
\end{center}
|
| 294 |
\label{}
|
294 |
\label{}
|
| 295 |
\end{table}
|
295 |
\end{table}
|
| 296 |
|
296 |
|
| 297 |
\begin{table}[htbp]
|
297 |
\begin{table}[htbp]
|
| 298 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2108 K}
|
298 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2108 K}
|
| 299 |
\begin{center}
|
299 |
\begin{center}
|
| 300 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
300 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 301 |
\hline
|
301 |
\hline
|
| 302 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
302 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
| 303 |
4 & -0,00000004 \\ \hline
|
303 |
4 & -0,00000004 \\ \hline
|
| 304 |
5 & -0,00000128 \\ \hline
|
304 |
5 & -0,00000128 \\ \hline
|
| 305 |
6 & -0,00000091 \\ \hline
|
305 |
6 & -0,00000091 \\ \hline
|
| 306 |
7 & -0,000001 \\ \hline
|
306 |
7 & -0,000001 \\ \hline
|
| 307 |
8 & -0,00000106 \\ \hline
|
307 |
8 & -0,00000106 \\ \hline
|
| 308 |
9 & -0,00000111 \\ \hline
|
308 |
9 & -0,00000111 \\ \hline
|
| 309 |
10 & -0,00000113 \\ \hline
|
309 |
10 & -0,00000113 \\ \hline
|
| 310 |
11 & -0,00000116 \\ \hline
|
310 |
11 & -0,00000116 \\ \hline
|
| 311 |
12 & -0,00000118 \\ \hline
|
311 |
12 & -0,00000118 \\ \hline
|
| 312 |
\end{tabular}
|
312 |
\end{tabular}
|
| 313 |
\end{center}
|
313 |
\end{center}
|
| 314 |
\label{}
|
314 |
\label{}
|
| 315 |
\end{table}
|
315 |
\end{table}
|
| 316 |
|
316 |
|
| 317 |
\begin{table}[htbp]
|
317 |
\begin{table}[htbp]
|
| 318 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2156 K}
|
318 |
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2156 K}
|
| 319 |
\begin{center}
|
319 |
\begin{center}
|
| 320 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
320 |
\begin{tabular}{|c|c|}
|
| 321 |
\hline
|
321 |
\hline
|
| 322 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
322 |
U [V] & I [A] \\ \hline
|
| 323 |
4,1 & -0,00000004 \\ \hline
|
323 |
4,1 & -0,00000004 \\ \hline
|
| 324 |
5 & -0,00000071 \\ \hline
|
324 |
5 & -0,00000071 \\ \hline
|
| 325 |
6 & -0,00000077 \\ \hline
|
325 |
6 & -0,00000077 \\ \hline
|
| 326 |
7 & -0,00000097 \\ \hline
|
326 |
7 & -0,00000097 \\ \hline
|
| 327 |
8 & -0,00000103 \\ \hline
|
327 |
8 & -0,00000103 \\ \hline
|
| 328 |
9 & -0,00000108 \\ \hline
|
328 |
9 & -0,00000108 \\ \hline
|
| 329 |
10 & -0,00000111 \\ \hline
|
329 |
10 & -0,00000111 \\ \hline
|
| 330 |
11 & -0,00000113 \\ \hline
|
330 |
11 & -0,00000113 \\ \hline
|
| 331 |
12 & -0,00000116 \\ \hline
|
331 |
12 & -0,00000116 \\ \hline
|
| 332 |
\end{tabular}
|
332 |
\end{tabular}
|
| 333 |
\end{center}
|
333 |
\end{center}
|
| 334 |
\label{}
|
334 |
\label{}
|
| 335 |
\end{table}
|
335 |
\end{table}
|
| 336 |
|
336 |
|
| 337 |
|
337 |
|
| 338 |
\section{Diskuse}
|
338 |
\section{Diskuse}
|
| 339 |
|
339 |
|
| 340 |
\begin{itemize}
|
340 |
\begin{itemize}
|
| 341 |
\item Změřili jsme závislost nasyceného proudu na teplotě. Měřený rozsah vyšel dobře do nasycené oblasti a naměřené hodnoty jsou proto téměř lineární.
|
341 |
\item Změřili jsme závislost nasyceného proudu na teplotě. Měřený rozsah vyšel dobře do nasycené oblasti a naměřené hodnoty jsou proto téměř lineární.
|
| 342 |
|
342 |
|
| 343 |
\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.
|
343 |
\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.
|
| 344 |
|
344 |
|
| 345 |
\item Chyby při určování konstant z fitu naměřených hodnot budou pravděpodobně způsobeny nějakou systematickou chybou.
|
345 |
\item Chyby při určování konstant z fitu naměřených hodnot budou pravděpodobně způsobeny nějakou systematickou chybou.
|
| 346 |
|
346 |
|
| 347 |
\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.
|
347 |
\item Závislost náběhového proudu pro záporné anodové napětí jsme změřili a uvedli v tabulce, ale pro nedostatek času jsme nepořídili příliš mnoho přesných hodnot což se projevilo při fitování průběhů a výpočtu teplot katody ze vzorce 5.
|
| - |
|
348 |
|
| 348 |
\item Z naměřených hodnot jsme se pokusili spočítat předpokládanou teplotu katody, kterou jsme v tabulce porovnali s teplotou změřenou Pyrometrem.
|
349 |
\item Z naměřených hodnot jsme se pokusili spočítat předpokládanou teplotu katody, kterou jsme v tabulce porovnali s teplotou změřenou Pyrometrem.
|
| 349 |
|
350 |
|
| 350 |
\item Naměřenou teplotu a žhavící výkon jsme uvedli v grafu.
|
351 |
\item Naměřenou teplotu a žhavící výkon jsme uvedli v grafu. Je patrné, že tato závislost je nelineární a při vyšších teplotách vzrůstá podíl vyzářené tepelné energie.
|
| 351 |
\end{itemize}
|
352 |
\end{itemize}
|
| 352 |
|
353 |
|
| 353 |
\section{Závěr}
|
354 |
\section{Závěr}
|
| 354 |
|
355 |
|
| 355 |
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.
|
356 |
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.
|
| 356 |
|
357 |
|
| 357 |
\begin{thebibliography}{10} %REFERENCE
|
358 |
\begin{thebibliography}{10} %REFERENCE
|
| 358 |
%\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994
|
359 |
%\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994
|
| 359 |
%\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$
|
360 |
%\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$
|
| 360 |
|
361 |
|
| 361 |
\end{thebibliography}
|
362 |
\end{thebibliography}
|
| 362 |
\end{document}
|
363 |
\end{document}
|