ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО АТОМНОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ. Практикум по физике (атомная и квантовая физика) Направление подготовки 010700 (510400) Физика

• Название: Практикум по физике (атомная и квантовая физика) Направление подготовки 010700 (510400) Физика
• Дата: 24.05.2022
• Размер: 2.87 Mb.
• Имя файла: ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО АТОМНОЙ И КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ.doc
• Тип: Практикум; #546914
• страница: 8 из 15

Описание установки.

Трёхэлектродная лампа заполняется при небольшом давлении парами исследуемого вещества. На сетку лампы относительно катода подается ускоряющий потенциал U_уск (рис 1). На анод , в данном случае являющийся собирающим электродом, подаётся небольшой отрицательный постоянный потенциал Е₂ относительно сетки, создающей слабое задерживающее поле. В цепи анода помещают измерительный прибор (V₂), который регистрирует напряжение на резисторе R₂. Это напряжение пропорционально току, возникающему за счет преодолевших задерживающий потенциал электронов.



Рис 1

Электрическая схема установки.

Вольтамперная характеристика – зависимость анодного тока I_а от ускоряющего потенциала сетки U_уск. В этой работе измеряется напряжение на резисторе R₂ (U₂), которое пропорционально I_а.

Электроны, эмиттируемые раскаленной нитью, разгоняются ускоряющим потенциалом U_уск и, если их энергии хватает для преодоления задерживающего поля, попадают на анод и напряжение U₂ возрастает пропорционально U_уск.

При некотором определенном значении ускоряющего потенциала U_уск=U₁ столкновения электронов с атомами становятся неупругими (U₁ в данном случае является первым потенциалом возбуждения атома), и, потеряв энергию, электроны уже не смогут преодолеть задерживающий потенциал Е₂ ,и будут захватываться сеткой. Напряжение на резисторе R₂ уменьшается. При дальнейшем увеличении ускоряющего потенциала, когда остаточная энергия электронов, испытывающих неупругий удар, станет достаточной для преодоления тормозящего поля, напряжение на R₂ начнет снова возрастать. Когда энергия электронов после первого неупругого соударения и последующего ускорения электрическим полем окажется равной 2eU₁, они испытывают второе неупругое столкновение с атомами, и на графике U₂=f(U_уск) появится второй максимум. Таким образом, при значениях ускоряющего потенциала U_уск=nU₁, на графике U₂=f(U_уск) будут наблюдаться максимумы (рис.2).

Осуществление этих опытов сталкивается с рядом экспериментальных трудностей. Если катодом лампы служит нить накала, то падение потенциала нити создает различие в ускоряющих потенциалах между сеткой и различными точками нити. В результате получается немоноэнергетический пучок электронов. Это в основном влияет на форму кривой и положение максимумов. Кроме того, из всех происшедших столкновений только часть их окажется неупругой. Эти факторы сильно влияют на глубину минимума. Искажающими результат причинами являются также наличие объемных зарядов, возможное загрязнение парами других элементов с иными потенциалами возбуждения, а также вторичные эффекты ( фотоэффект от возбужденных атомов и т.п. ).


В данной установке используется трехэлектродная лампа прямого накала, наполненная газом под давлением 266-352 Па.

Из рис.I видно, что электрическая схема установки опыта состоит из трех независимых цепей:

1. Цепь накала нити лампы. В ней ток накала нити обеспечивается источником E₀ ( регулятор ”накал” находятся на пульте установки справа, в работе не требуется изменять его настройку ).

2. Цепь катод-сетка. В ней ускоряющая разность потенциалов U_ускмежду катодом и сетной создается источником E₁ , регулируется потенциометром R₁и измеряется вольтметром V₁ ( клеммы для подключения V₁ и ручка потенциометра находятся на пульте управления установки справа, рядом с регулятором ”накал” ).

3. Цепь сетка-анод. В ней задерживающая разность потенциалов между сеткой и анодом создается источником E_2. Напряжение U₂ зависит от R₂ и измеряется вольтметром V₂ ( клеммы для его подключения находятся на пульте управления слева).

Перед началом работы необходимо включить ”сеть” на пульте управления слева и зафиксировать переключатель «руч-авт» в положении «руч» справа.