Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- lab3:теория_33 [2019/04/03 11:39]
root_s создано
+++ lab3:теория_33 [2025/07/01 11:59] (текущий)
@@ Строка 41: / Строка 41: @@
 данной работы. Для этого используется схема на основе тиратрона
 заполненного инертным газом, приведенная на рисунке
-{{ :lab3:331.png?600 |Схема установки для измерения потенциалов возбуждения и ионизации по вольт--амперной характеристике тиратрона}}
+{{ :lab3:331.png?400 |Схема установки для измерения потенциалов возбуждения и ионизации по вольт--амперной характеристике тиратрона}}
+Электроны,
+эмитируемые
+катодом
+тиратроном,
+приобретают под действием ускоряющего поля в пространстве
+катод --- сетка кинетическую энергию $W_к = eU_{СК}$, где $U_{СК}$ ---
+разность потенциалов сетка--катод. Сетка и анод тиратрона
+находятся почти под одинаковым потенциалом (разность
+потенциалов между сеткой и анодом $U_{СА} = R_1 I_e \ll U_{СК}$, где $I_e$ ---
+ток электронов). В пространстве сетка --- анод электроны
+испытывают многократные столкновения с атомами газа,
+заполняющего тиратрон.
+Проследим за изменением анодного тока тиратрона по мере
+роста ускоряющего напряжения $U_{СК}$. Если энергия электронов
+меньше энергии возбуждения первого уровня атомов газа
+$(W_К < \Delta W_{10})$, происходят только упругие соударения. Так как
+масса электрона много меньше массы атома, электроны при этом
+изменяют
+направление
+скорости,
+сохраняя
+практически
+неизменной ее величину. Преодолев разность потенциалов $U_{СА}$,
+электроны попадают на анод.
+Если энергия электрона равна энергии возбуждения какого-либо из уровней атома, удар происходит неупругий, так как часть
+кинетическая энергии расходуется на возбуждение атома.
+Электроны, претерпевшие соударение, теряют всю свою энергию и
+не могут преодолеть задерживающий потенциал анода. На вольт-амперной характеристике это выглядит, как уменьшение анодного
+тока с образованием провала, как изображено на рисунке
+{{ :lab3:332.png?400 |Вольт-амперная характеристика тиратрона}}
+Аналогично, провалы будут появляться при энергии электронов
+равной энергиям других уровней возбуждения.
+Можно наблюдать провалы при напряжениях кратных
+второму потенциалу возбуждения атома, или при напряжении
+равных сумме первого и второго потенциалов возбуждения.
+Однако экспериментальная методика при этом должна быть
+видоизменена.
+При неупругом соударении электронов с атомами газа
+может произойти не только возбуждение, но и ионизация атома.
+Для
+реализации
+режима
+ионизации
+необходимо
+ускоряющий потенциал сетки увеличить до значения,
+соответствующий потенциалу ионизации атома. Тогда в процессе
+соударения появляются вторичные свободные электроны и
+положительно заряженные ионы. Двигаясь под действием поля к
+катоду, ионы нейтрализуют часть пространственного заряда.
+Вследствие
+этого
+термоэлектронный
+ток
+значительно
+увеличивается и происходит резкий рост анодного тока (участок
+AB на рисунке).
+Таким образом, зависимость электронного тока от
+величины ускоряющего напряжения сетки дозволяет определить
+потенциалы возбуждения и ионизации атомов.
+Измерение потенциалов возбуждения и ионизации также
+можно произвести на установке, схема которой изображена на рисунке
+{{ :lab3:333.png?400 |Схема установки для измерения потенциалов
+возбуждения и ионизации}}
+Ускоряющее напряжение в пространстве сетка --- катод
+создает выпрямитель с цифровой установкой напряжения. Анод
+тиратрона
+находится
+под
+отрицательным
+напряжением
+относительно катода. Поэтому электроны не могут попасть на анод
+и собираются сеткой, сеточный ток измеряется миллиамперметром.
+Возбужденные атомы, возвращаясь в основное состояние,
+излучают кванты света. Попадая на анод тиратрона, эти кванты
+вызывают фотоэффект, выбивая электроны. Фотоэлектронный ток
+анода (теперь этот электрод следовало бы называть фотокатодом)
+измеряется чувствительным гальванометром (предел измерения $0,1$
+мкА) или цифровым наноамперметром. При достижении
+потенциала ионизации атомов газа положительные ионы
+нейтрализуют пространственный заряд электронов у катода, что
+приводит к резкому возрастанию тока сетки. Чтобы не испортить
+тиратрон или миллиамперметр в цепи сетки, нужно установить на
+источнике ускоряющего напряжения предельный ток $30 - 40$ мА.
+Таким образом, потенциалы возбуждения и ионизации четко
+фиксируются на зависимостях сеточного и анодного токов
+тиратрона от напряжения между сеткой и катодом:
+{{ :lab3:334.png?300 |Зависимость сеточного I_c и анодного I_a токов
+тиратрона от напряжения сетка--катод U_c}}
+Погрешность их связана в основном с контактной разностью
+потенциалов между катодом и сеткой.
+Назад к [[lab3:lab3|описанию]] лабораторных работ "Электрический ток в газах и жидкостях"
+или далее к описанию [[:lab3:эксперимент33|эксперимента]]