home

№319 Определение удельного заряда электрона из вольт-амперной характеристики вакуумного диода

?
Лабораторная работа № 319

Аналитическая зависимость анодного тока от величины положительного
анодного напряжения в вакуумном диоде с плоскими, цилиндрическими и
1
сферическими электродами установлена Ленгмюром в 1913 г . Было показано,
что на участке вольт-амперной характеристики, удаленном от области
насыщения, в диоде с электродами любой геометрии выполняется “закон трех
вторых” Ленгмюра (см. Приложение к данной работе).
3/ 2
(1)
I  K U ,
где I – анодный ток электронной лампы,
U – разность потенциалов между катодом и анодом,
К – коэффициент пропорциональности, зависящий от формы и размеров
электродов. Для плоских параллельных электродов коэффициент К таков [1]:
4 2 0S
e
,
(2)
K

2
m
9d
где  0 – электрическая постоянная,
S – площадь катода (и анода),
d – расстояние между электродами,
е – заряд электрона,
m – масса электрона.
Для цилиндрических коаксиальных электродов [2]
8 2 0 L e
,
(3)
К

2
m
9 R
где L – длина катода,
R – радиус анода,
 – коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода.
Чтобы определить удельный заряд электрона e/m , достаточно
экспериментально снять вольт-амперную характеристику диода и построить
график зависимости анодного тока от анодного напряжения в степени 3/2.
Если в таких координатах характеристика диода представляет собой прямую
линию, это свидетельствует о справедливости «закона трех вторых» и о
качественном проведении эксперимента. Наклон прямой к оси абсцисс дает
величину К в уравнении (1). Если при этом известны конструкция лампы и
размеры ее электродов, то, подставив значение К в формулу (2) или (3), можно
определить удельный заряд электрона, что является целью лабораторной
работы.
Описание установки. В данной работе снимается вольт-амперная
характеристика вакуумного диода 3Ц18П с цилиндрическими коаксиальными
электродами. Лампа располагается на лабораторной панели. Электрическая
цепь установки состоит из двух частей – накальной и анодной.
Накальная цепь содержит стабилизированный источник питания ИП1
типа Б5-70 со встроенным амперметром, измеряющим ток накала лампы .
1

Ленгмюр Ирвинг (1881-1957) – американский физик и химик.

61