Метод задерживающего потенциала

Для изучения распределения термоэлектронов по скоростям в настоящей работе используется метод задерживающего потенциала. Если на анод вакуумной лампы с накаленным катодом подавать отрицательные напряжения, препятствующие попаданию электродов на анод, то попадать на анод будут лишь те электроны, энергия которых больше работы сил электрического поля по их торможению. Измеряя анодный ток при изменении величины отрицательного анодного напряжения, можно непосредственно исследовать распределение термоэлектронов по энергиям или по скоростям.

При расчете зависимости анодного тока от анодного напряжения необходимо учитывать геометрию системы электродов. Расчет для случая плоских параллельных электродов в предположении о распределении термоэлектронов по скоростям согласно формуле (3) приводит к выражению:

,

(4)

где i ₀ - сила тока при нулевой разности потенциалов между катодом и анодом, е - заряд электрона, U - величина отрицательного анодного напряжения.

Экспериментальную проверку формулы (4) удобно осуществить построением графика зависимости ln i от величины анодного напряжения. Этот график является прямой линией, угловой коэффициент которой равен :

(5)

Определив угловой коэффициент прямой, можно рассчитать температуру, соответствующую состоянию электронного газа. Опыт показывает, что при термоэлектронной эмиссии электронный газ находится в тепловом равновесии с катодом, так что тем самым определяется температура катода.

Выражения (4) и (5) справедливы в случае плоских параллельных электродов. В настоящей работе используется радиолампа с коаксиальными цилиндрическими электродами, но с небольшой разницей радиусов анода и катода. При использовании такого рода диода погрешность за счет отличия такой системы электродов от плоскопараллельной является заметной лишь при малых величинах отрицательного анодного напряжения.

Т. к. анод и катод лампы сделаны из разных материалов, между ними имеется контактная разность потенциалов, изменяющаяся при изменении температуры катода. Контактная разность потенциалов алгебраически складывается с приложенным извне напряжением. Знак и величину её можно определить непосредственно по графикам, построенным в соответствии с формулой (5). Зависимость (5) имеет место лишь при отрицательных разностях потенциалов между анодом и катодом (с учётом контактной разности потенциалов). При положительных разностях потенциалов зависимость будет иной (см. работу №2) На рис.1 показаны примерные графики зависимости ln i от u при двух различных температурах катода, иллюстрирующие определение контактной разности потенциалов (Dj₁, Dj₂ ).

После определения контактной разности потенциалов можно построить график зависимости анодного тока от величины отрицательного анодного напряжения. Такой график показывает, какое число электронов обладает энергиями, большими определённой величины, соответствующей задерживающему анодному потенциалу (речь идёт не о полной энергии электронов, а об энергии, связанной с движением от катода к аноду). От величины задерживающего напряжения легко перейти к соответствующей составляющей скорости электронов.

Рис.1