Raportul e/ m dintre sarcina electrica si masa unui electron, raport numit sarcina specifica a electronului folosind caracteristica curent-tensiune a unei diode cu vid

1. Scopul lucrarii

In aceasta lucrare se detrermina raportul e/ m dintre sarcina electrica si masa unui electron, raport numit sarcina specifica a electronului folosind caracteristica curent-tensiune a unei diode cu vid.

2. Teoria lucrarii

Campul electric care actioneaza asupra unui electron intr-un tub electronic cu vid se compune din campul electric exterior corespunzator diferentei de potential dintre electrozi si din campul electric creat de ceilalti electroni care formeaza sarcina spatiala.

La diferente mici de potential intre electrozi din cauza sarcinii spatiale curentul anodic este mult mai mic decat curentul de emisie al catodului. Curentul anodic creste odata cu cresterea tensiunii anodice.

Daca tensiunea aplicata intre anod si catod, numita tensiune anodica U_A, este zero si catodul este adus la incandescenta, temperatura lui fiind mentinuta constanta, electronii emisi de catod in absenta campului electric intre anod si catod (U_A = 0) au o miscare dezordonata in spatiul dintre cei doi electrozi, datorita agitatiei termice si fortelor electrostatice de respingere dintre electroni. Asupra electronilor emisi se exercita o atractie din partea catodului care prin emisie devine pozitiv in raport cu electronii. Ca urmare, in jurul catodului se formeaza o distributie spatiala a sarcinii negative sau, pe scurt, o sarcina spatiala.

Se obtine urmatoarea relatie de proportionalitate intre intensitatea curentului anodic I_A si tensiunea anodica U_A:

I_A =k ∙ U^3/2_A (1)

unde coeficientul de proportionalitate K, numit perveanta depinde atat de forma si de dimensiunile electrozilor cat si de masa si sarcina electronului.

Relatia (1) care stabileste ca intensitatea curentuli anodic este proportionala cu tensiunea anodica la puterea 3/2 se numeste "lege3/2" sau legea lui Langmuir.

Pentru o dioda cu electrozi coaxiali relati (1) devine:

I_A=2.62

sarcina specifica a electronului

l=lungimea catodului

r = raza anodului;

=coeficient care depinde de raportul dintre raza anodului si cea a catodului.

Reprezentand grafic variatia curentului anodic, I_A, in functie de puterea 3/2 a

tensiuniianodice, U_A^3/2 , se obfine o dreapta a carei panta este factorul K.

K (3)

Determinarea experimentala a acestui factor permite calcularea sarcinii specifice a electronului :

(4)

Descrierea instalafiei experimentale si a aparaturii utilizate

Dispozitivul experimental a carui schema este reprezentata in fig. 1 cuprinde:

- un redresor (alimentat la reteaua de 220 V c.a.) care furnizeaza tensiunea anodica si tensiunea de incalzire a filamentului (catodului);

- o dioda cu vid avand r = 0,65 cm, l = 0,90 cm, β = 1,1;

- un reostat R₁ si un ampermetru A pentru reglarea, respectiv masurarea intensitatii I_f

a curentului prin fitamentul diodei;

- un potentiometru R₂ si un voltmetru V pentru reglarea, respectiv masurarea tensiunii anodice U_A;

un miliampermetru mA pentru masurarea intensitatii curentului anodic I_A.

Obtinerea si prelucrarea datelor experimentale

1. Se conecteaza redresorul la priza de 220 V.

2. Se fixeaza o anumita valoare a curentului de filament ( de ex. I_{f 1} = 230 mA) si se masoara curentul anodic in functie de tensiunea anodica variind tensiunea anodica din 10 in 10 V in intervalul 0 - 100 V.

3. Se repeta masuratorile pentru alte valori ale curentului filamentului ( I_{f 2} = 240 mA si I_{f 3} = 250 mA)

4.Rezultatele experimentale se trec intr-un tabel de forma:

5. Se realizeaza grafic caracteristicile curent - tensiune ale diodei, si anume functiile I_A= f(U_A), pentru fiecare valoare a curentului de filament.

6. Se realizeaza grafic dependenta intensitatii curentului anodic IA de puterea 3/2 a tensiunii anodice pentru fiecare filament. Se obtin 3 drepte si se calculeaza pantele lor care sunt de fapt factorii K1, K2, K3.

7. Cu fiecare valoare Ki se calculeaza sarcina specifica a electronului ( folosind formula (considerand r = 0 cm, l=0,9 cm , β = 1,1) apoi se calculeaza media aritmetica a acestora

k₁=tgα₁=1 *10^-5

k₂=tgα₂=1 *10^-5

k₃=tgα₃=1 *10^-5

8.Se compara valoarea experimentala a sarcinii specifice a electronului cu cea "teoretica" (considerand e = 1,6*10 C si m = 9,1*10 kg ) si se analizeaza sursele de erori.