Анодная характеристика

а) Зависимость от температуры баллона лампы Т. В лампе базовой экспериментальной установки находится капля ртути. В зависимости от температуры меняется давление насыщенных паров ртути внутри лампы, а следовательно и средняя длина свободного пробега электрона, двигающегося от катода под действием ускоряющего поля V_y. Температуру можно менять. Имеется три позиции Т₁=20^оС, Т₂=80^оС и Т₃=150^оС. Для того, чтобы грамотно провести эксперимент, следует вычислить, используя график давления насыщенных паров, среднюю длину свободного пробега для каждой температуры

,

где n - концентрация атомов Hg, а s - так называемое поперечное сечение атомов Hg при столкновении с электронами (величина сечения зависит от энергии налетающих электронов и при Т_кин» 5 эВ, s = 1.5х10^–16 см²).

Концентрацию паров ртути можно рассчитать, пользуясь формулой p=nkT:

где P - давление в барах (система СГС) ,

k= 1,38×10^–16 эрг/град - постоянная Больцмана,

Т^оК - температура в градусах Кельвина.

Давление Р насыщенных паров ртути в мм Hg в зависимости от температуры T^oC в градусах Цельсия приведено в таблице (напомним, что 1 тор = 1,33 10³ бар):

Р в мм Hg

Если температура невысокая, например Т=20^оС, то давление паров мало и средняя длина свободного пробега l может значительно превышать размеры лампы. В этих условиях в лампе столкновений нет, и характеристика соответствует вакуумному триоду. На рис.3 изображена эта характеристика.

Для снятия анодной характеристики следует:

1. Установить требуемую температуру.

2. Установить потенциометрами ускоряющего поля определенное значение потенциала (оно при развертке по V_y будет соответствовать конечному значению).

3. Установить значение задерживающего потенциала.

4. В панели инструментов нажать кнопку «Запись». В диалоговом окне установить требуемый шаг развертки и приступить к снятию в/а характеристики.

5. Полученную характеристику следует сохранить на диске. Кнопка «Сохранить» открывает окно для сохранения характеристики в файле. Пользователь должен каждому файлу присвоить определенное имя. Поскольку потом придется работать с этими файлами, то удобно, чтобы в имени присутствовала необходимая информация. Например, если Вы сняли анодную характеристику с V_y=(0-15)В и V_з=2 В, Т=20^оС, то имя файла можно записать так: У-15,З-2,Т20. Можно использовать и другие, более удобные Вам шифры.

Рис. 9. Анодная характеристика холодной (20^оС) ртутной лампы.

С ростом температуры баллона лампы на анодной характеристике появляются максимумы и минимумы (см. рис.10). При температуре Т=150^оС минимумы становятся значительно глубже, указывая на то, что при высокой плотности пара неупругие столкновения играют основную роль (V_у >> V_р).

Рис. 10. Анодная характеристика нагретой ртутной лампы при Т=150^оС.

Зависимость от задерживающего поля V_з. Обычно для анодной характеристики достаточно выбрать V_з=(1-2) вольта. Роль задерживающего потенциала состоит в том, чтобы электроны, потерявшие энергию после столкновений, попали на сетку, т.о. V_з играет роль селектора электронов и небольшая разность потенциалов анод-сетка справляется с этим. Однако полезно проследить за изменениями характеристики с ростом значений V_з.