Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Rev 814 | Rev 966 | Go to most recent revision | Show entire file | Ignore whitespace | Details | Blame | Last modification | View Log

Rev 814 Rev 965
Line 35... Line 35...
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:} {23.4.2012} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
41 
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
 41 
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
42 
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:}  \\ \hline
42 
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \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}
Line 91... Line 91...
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 $A=(5,4 \pm 1,6) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ a $\varphi _{v}=(10,7 \pm 0,6)V$.
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|c|c|c|c|}
102 
\hline
 102 
\hline
103 
2061 [K] &  \\ \hline
 - 
 
104 
U[V] & I [mA] \\ \hline
 103 
 & \multicolumn{5}{|c|}{I [mA]} \\ \hline
105 
100 & 1,04 \\ \hline
 - 
 
106 
150 & 1,12 \\ \hline
 - 
 
107 
200 & 1,16 \\ \hline
 - 
 
108 
250 & 1,18 \\ \hline
 - 
 
109 
300 & 1,22 \\ \hline
 - 
 
110 
350 & 1,24 \\ \hline
 - 
 
111 
400 & 1,26 \\ \hline
 - 
 
112 
450 & 1,30 \\ \hline
 - 
 
113 
500 & 1,32 \\ \hline
 - 
 
114 
550 & 1,35 \\ \hline
 - 
 
115 
600 & 1,36 \\ \hline
 - 
 
116 
\end{tabular}
 - 
 
117 
\end{center}
 - 
 
118 
\label{}
 - 
 
119 
\end{table}
 - 
 
120 
 
 - 
 
121 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
122 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
 104 
U[V]	&	2276 [K]	&	2486 [K]	&	2153 [K]	&	2071 [K]	&	1975 [K]	\\ \hline
123 
\begin{center}
 - 
 
124 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
125 
\hline
 - 
 
126 
2233 [K] &  \\ \hline
 - 
 
127 
U[V] & I [mA] \\ \hline
 - 
 
128 
100 & 2,80 \\ \hline
 105 
100	&	0,15	&	1,52	&	0,04	&	0,0140	&	0,0030	\\
129 
150 & 2,78 \\ \hline
 - 
 
130 
200 & 2,81 \\ \hline
 106 
200	&	0,16	&	1,58	&	0,04	&	0,0145	&	0,0035	\\
131 
250 & 2,90 \\ \hline
 - 
 
132 
300 & 2,98 \\ \hline
 - 
 
133 
350 & 3,05 \\ \hline
 107 
300	&	0,16	&	1,64	&	0,04	&	0,0150	&	0,0035	\\
134 
400 & 3,14 \\ \hline
 108 
400	&	0,17	&	1,68	&	0,04	&	0,0155	&	0,0038	\\
135 
450 & 3,18 \\ \hline
 - 
 
136 
500 & 3,15 \\ \hline
 109 
500	&	0,17	&	1,72	&	0,04	&	0,0160	&	0,0040	\\
137 
550 & 3,20 \\ \hline
 110 
555	&	0,18	&	1,72	&	0,05	&	0,0160	&		\\
138 
600 & 3,23 \\ \hline
 - 
 
139 
\end{tabular}
 - 
 
140 
\end{center}
 - 
 
141 
\label{}
 - 
 
142 
\end{table}
 - 
 
143 
 
 - 
 
144 
 
 - 
 
145 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
146 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
 - 
 
147 
\begin{center}
 - 
 
148 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
149 
\hline
 111 
\hline
150 
2343 [K] &  \\ \hline
 - 
 
151 
U[V] & I [mA] \\ \hline
 - 
 
152 
100 & 4,23 \\ \hline
 - 
 
153 
150 & 4,5 \\ \hline
 - 
 
154 
200 & 4,68 \\ \hline
 - 
 
155 
250 & 4,84 \\ \hline
 - 
 
156 
300 & 4,95 \\ \hline
 - 
 
157 
350 & 5,04 \\ \hline
 - 
 
158 
400 & 5,07 \\ \hline
 - 
 
159 
450 & 5,19 \\ \hline
 - 
 
160 
500 & 5,26 \\ \hline
 - 
 
161 
550 & 5,33 \\ \hline
 - 
 
162 
600 & 5,47 \\ \hline
 - 
 
163 
\end{tabular}
 112 
\end{tabular}
164 
\end{center}
 113 
\end{center}
165 
\label{}
 114 
\label{}
166 
\end{table}
 115 
\end{table}
167 
 
 116 
 
168 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
169 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
 - 
 
170 
\begin{center}
 - 
 
171 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
172 
\hline
 - 
 
173 
2449 [K] &  \\ \hline
 - 
 
174 
U[V] & I [mA] \\ \hline
 - 
 
175 
100 & 7,39 \\ \hline
 - 
 
176 
150 & 7,91 \\ \hline
 - 
 
177 
200 & 8,3 \\ \hline
 - 
 
178 
250 & 8,7 \\ \hline
 - 
 
179 
300 & 8,93 \\ \hline
 - 
 
180 
350 & 9,12 \\ \hline
 - 
 
181 
400 & 9,35 \\ \hline
 - 
 
182 
450 & 9,52 \\ \hline
 - 
 
183 
500 & 9,63 \\ \hline
 - 
 
184 
550 & 9,8 \\ \hline
 - 
 
185 
575 & 10,2 \\ \hline
 - 
 
186 
\end{tabular}
 - 
 
187 
\end{center}
 - 
 
188 
\label{}
 - 
 
189 
\end{table}
 - 
 
190 
 
 - 
 
191 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
192 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v závislosti na napětí.}
 - 
 
193 
\begin{center}
 - 
 
194 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
195 
\hline
 - 
 
196 
1992 [K] &  \\ \hline
 - 
 
197 
U[V] & I [mA] \\ \hline
 - 
 
198 
100 & 0,56 \\ \hline
 - 
 
199 
150 & 0,59 \\ \hline
 - 
 
200 
200 & 0,62 \\ \hline
 - 
 
201 
250 & 0,64 \\ \hline
 - 
 
202 
300 & 0,66 \\ \hline
 - 
 
203 
350 & 0,67 \\ \hline
 - 
 
204 
400 & 0,68 \\ \hline
 - 
 
205 
450 & 0,68 \\ \hline
 - 
 
206 
500 & 0,69 \\ \hline
 - 
 
207 
550 & 0,7 \\ \hline
 - 
 
208 
600 & 0,71 \\ \hline
 - 
 
209 
\end{tabular}
 - 
 
210 
\end{center}
 - 
 
211 
\label{}
 - 
 
212 
\end{table}
 - 
 
213 
 
 - 
 
214 
 
 - 
 
215 
\begin{figure}
 117 
\begin{figure}
216 
\begin{center}
 118 
\begin{center}
217 
\label{amplituda}
 119 
\label{amplituda}
218 
\includegraphics [width=150mm] {emisni_proud.png}
120 
\includegraphics [width=150mm] {emisni_proud.png}
219 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
121 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
Line 226... Line 128...
226 
\includegraphics [width=150mm] {emise_fit.png}
128 
\includegraphics [width=150mm] {emise_fit.png}
227 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
129 
\caption{Naměřené hodnoty emisního proudu v nasycené oblasti}
228 
\end{center}
 130 
\end{center}
229 
\end{figure}
 131 
\end{figure}
230 
 
 132 
 
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.
- 
 
233 
 
 - 
 
234 
\begin{figure}
 - 
 
235 
\begin{center}
 - 
 
236 
\label{amplituda}
 - 
 
237 
\includegraphics [width=150mm] {zhaveni.png}
- 
 
238 
\caption{Závislost teploty katody na žhavícím příkonu}
- 
 
239 
\end{center}
 - 
 
240 
\end{figure}
 - 
 
241 
 
 - 
 
242 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
243 
\caption{Teploty katody v závislosti na žhavícím výkonu}
 - 
 
244 
\begin{center}
 - 
 
245 
\begin{tabular}{|c|c|c|c|}
 - 
 
246 
\hline
 - 
 
247 
Příkon [W] & Teplota katody [K] & Vypoctena [K] & Chyba \% \\ \hline
 - 
 
248 
19,14 & 1961 & 2334 & 19 \\ \hline
 - 
 
249 
20,06 & 2062 & 2514 & 22 \\ \hline
 - 
 
250 
21,35 & 2108 & 2880 & 37 \\ \hline
 - 
 
251 
24,57 & 2156 & 2456 & 14 \\ \hline
 - 
 
252 
\end{tabular}
 - 
 
253 
\end{center}
 - 
 
254 
\label{}
 - 
 
255 
\end{table}
 - 
 
256 
 
 - 
 
257 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
258 
\caption{Náběhový proud pro teplotu 1960 K}
 - 
 
259 
\begin{center}
 - 
 
260 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
261 
\hline
 - 
 
262 
U [V] & I [A] \\ \hline
 - 
 
263 
3,7 & -0,00000003 \\ \hline
 - 
 
264 
4 & -0,00000041 \\ \hline
 - 
 
265 
5 & -0,00000082 \\ \hline
 - 
 
266 
6 & -0,00000094 \\ \hline
 - 
 
267 
7 & -0,00000103 \\ \hline
 - 
 
268 
8 & -0,00000108 \\ \hline
 - 
 
269 
9 & -0,00000112 \\ \hline
 - 
 
270 
10 & -0,00000114 \\ \hline
 - 
 
271 
\end{tabular}
 - 
 
272 
\end{center}
 - 
 
273 
\label{}
 - 
 
274 
\end{table}
 - 
 
275 
 
 - 
 
276 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
277 
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2061 K}
 - 
 
278 
\begin{center}
 - 
 
279 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
280 
\hline
 - 
 
281 
U [V] & I [A] \\ \hline
 - 
 
282 
3,8 & -0,00000006 \\ \hline
 - 
 
283 
4 & -0,00000033 \\ \hline
 - 
 
284 
5 & -0,00000081 \\ \hline
 - 
 
285 
6 & -0,00000095 \\ \hline
 - 
 
286 
7 & -0,00000103 \\ \hline
 - 
 
287 
8 & -0,00000108 \\ \hline
 - 
 
288 
9 & -0,00000112 \\ \hline
 - 
 
289 
10 & -0,00000115 \\ \hline
 - 
 
290 
11 & -0,00000117 \\ \hline
 - 
 
291 
12 & -0,0000012 \\ \hline
 - 
 
292 
\end{tabular}
 - 
 
293 
\end{center}
 - 
 
294 
\label{}
 - 
 
295 
\end{table}
 - 
 
296 
 
 - 
 
297 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
298 
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2108 K}
 - 
 
299 
\begin{center}
 - 
 
300 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
301 
\hline
 - 
 
302 
U [V] & I [A] \\ \hline
 - 
 
303 
4 & -0,00000004 \\ \hline
 - 
 
304 
5 & -0,00000128 \\ \hline
 - 
 
305 
6 & -0,00000091 \\ \hline
 - 
 
306 
7 & -0,000001 \\ \hline
 - 
 
307 
8 & -0,00000106 \\ \hline
 - 
 
308 
9 & -0,00000111 \\ \hline
 - 
 
309 
10 & -0,00000113 \\ \hline
 - 
 
310 
11 & -0,00000116 \\ \hline
 - 
 
311 
12 & -0,00000118 \\ \hline
 - 
 
312 
\end{tabular}
 - 
 
313 
\end{center}
 - 
 
314 
\label{}
 - 
 
315 
\end{table}
 - 
 
316 
 
 - 
 
317 
\begin{table}[htbp]
 - 
 
318 
\caption{Náběhový proud pro teplotu 2156 K}
 - 
 
319 
\begin{center}
 - 
 
320 
\begin{tabular}{|c|c|}
 - 
 
321 
\hline
 - 
 
322 
U [V] & I [A] \\ \hline
 - 
 
323 
4,1 & -0,00000004 \\ \hline
 - 
 
324 
5 & -0,00000071 \\ \hline
 - 
 
325 
6 & -0,00000077 \\ \hline
 - 
 
326 
7 & -0,00000097 \\ \hline
 - 
 
327 
8 & -0,00000103 \\ \hline
 - 
 
328 
9 & -0,00000108 \\ \hline
 - 
 
329 
10 & -0,00000111 \\ \hline
 - 
 
330 
11 & -0,00000113 \\ \hline
 - 
 
331 
12 & -0,00000116 \\ \hline
 - 
 
332 
\end{tabular}
 - 
 
333 
\end{center}
 - 
 
334 
\label{}
 - 
 
335 
\end{table}
 - 
 
336 
 
 - 
 
337 
 
 - 
 
338 
\section{Diskuse}
 133 
\section{Diskuse}
339 
 
 134 
 
340 
\begin{itemize}
 135 
\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.
136 
\item Změřili jsme závislost nasyceného proudu na teplotě. Měřený rozsah vyšel dobře do nasycené oblasti a naměřené hodnoty jsou proto téměř lineární.
342
137
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.
 138 
\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 $A=(5,4 \pm 1,6) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ která se ovšem řádově liší od předpokládané hodnoty $A=(80) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$ výstupní práce pak vyšla $\varphi _{v}=(10,7 \pm 0,6)V$.
344 
 
 139 
 
345 
\item Chyby při určování konstant z fitu naměřených hodnot budou pravděpodobně způsobeny nějakou systematickou chybou.
140 
\item Chyby při určování konstant z fitu naměřených hodnot budou pravděpodobně způsobeny nějakou systematickou chybou.
346 
 
 141 
 
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.
 142 
\item V důsledku poruchy aparatury se nepodařilo získat hodnoty pro záporná anodová napětí.
348 
 
 143 
 
349 
\item Z naměřených hodnot jsme se pokusili spočítat předpokládanou teplotu katody, kterou jsme v tabulce porovnali s teplotou změřenou Pyrometrem.
144 
\item Z naměřených hodnot jsme se pokusili spočítat předpokládanou teplotu katody, kterou jsme v tabulce porovnali s teplotou změřenou Pyrometrem.
350 
 
 145 
 
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.
146 
\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.
352 
\end{itemize}
 147 
\end{itemize}
353 
 
 148 
 
354 
\section{Závěr}
 149 
\section{Závěr}
355 
 
 150 
 
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.
 151 
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 $A=(5,4 \pm 1,6) 10^4 Am^{-2}K^{-2}$. Výstupní práci elektronů pro wolfram jsme určili $\varphi _{v}=(10,7 \pm 0,6)V$, která se od skutečné hodnoty $\varphi _{v} \approx 4.5V$ příliš výrazně neliší.
357 
 
 152 
 
358 
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
 153 
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
359 
%\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994
 154 
%\bibitem{3} doc. Ing. Ivan Štoll, CSc., \emph{Mechanika}, Vydavatelství ČVUT Praha, 1994
360 
%\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$
 155 
%\bibitem{3} $<$http://fyzika.fjfi.cvut.cz$>$
361 
 
 156