1.1  ^?? Измерьте сопротивление спирали $R_0$ при комнатной температуре с максимальной точностью. Опишите, каким образом можно подтвердить, что измерение было произведено действительно при комнатной температуре.

1.2  ^?? Подавая на спираль разные напряжения с источника питания, измерьте зависимость температуры спирали от протекающего через неё тока $I_н$. При проведении измерений, каждый раз дожидайтесь, пока температура спирали перестанет изменяться после установления нового, поданного на нее напряжения. Исследуйте диапазон токов накала от $0$ до $170~мА.$ Постройте графики зависимости $T(I_н)$.

Вновь соберем цепь, изображенную на рисунке 7, и будем измерять зависимость силы тока, текущего через нить катода, от напряжения на ней. При измерениях каждой точки будем ждать некоторое время с момента изменения режима работы нити накала до момента пока показания приборов установятся.
Занесем данные в таблицу. Рассчитаем для каждой измеренной точки сопротивление нити накала и ее температуру.

Построим график $T(I_н)$.

2.1  ^?? Измерьте зависимость анодного тока $I$ от напряжения между анодом и катодом $U$. Напряжение на источнике питания меняйте в диапазоне от $0$ до $30~В.$ Эта зависимость в некотором диапазоне напряжений может быть описана с помощью степенной функции:
$$I=A\cdot U^{n},\tag{2}$$ где $A$ – некоторый постоянный размерный коэффициент.
Построив линеаризованный график зависимости, определите показатель степени $n$.

Соберем описанную в условии схему (см. рис. 3). Запишем значение тока накала $I_{н1} = 168~мкА$. Будем менять напряжение «анод-катод» и фиксировать значения напряжения и анодного тока $I_{а1}$. Полученные данные занесем в таблицу. Построим график в вольт-амперной характеристики в логарифмических координатах.

$I_{a1},~мкА$	$U,~В$	$\ln(I/мкА)$	$\ln(U/В)$
50	3.10	3.912	1.13
100	3.79	4.605	1.57
160	6.56	5.075	1.88
200	7.52	5.298	2.06
300	9.62	5.704	2.26
400	11.58	5.992	2.45
500	13.45	6.215	2.60
600	15.14	6.397	2.72
700	16.70	6.551	2.82
800	18.07	6.685	2.89
903	19.46	6.806	2.97
1000	20.74	6.908	3.03
1100	21.97	7.003	3.09
1200	23.19	7.090	3.14
1315	24.54	7.182	3.20
1400	25.53	7.244	3.24
1552	27.21	7.347	3.30
1708	28.99	7.443	3.37
1821	30.22	7.507	3.41

2.2  ^?? Измерьте вольт-амперную характеристику $I(U)$ диода при токе нити накала $I_{н2}=130~мА$ и $I_{н3}=120~мА$. Для этого модифицируйте схему питания нити накала так, чтобы появилась возможность регулировки тока накала. Опишите эти изменения. Нанесите зависимости $I(U)$ при разных токах накала на один график. Кратко опишите по какой причине виды графиков при токе накала $I_{н2}$ и $I_{н3}$ отличаются.

$U_1$	$I_{a1},~мА$	$U_2$	$I_{a2},~мА$	$U_3$	$I_{a3},~мА$
0.00	0.00	0.50	0.00	30.22	0.22
0.56	0.01	1.90	0.01	30.00	0.22
1.00	0.01	2.57	0.02	29.45	0.22
1.67	0.02	3.12	0.03	29.11	0.22
1.89	0.03	3.69	0.04	28.72	0.22
3.10	0.05	4.46	0.06	28.21	0.22
3.46	0.06	5.88	0.10	26.98	0.22
4.14	0.08	7.25	0.15	26.55	0.22
4.79	0.10	8.17	0.18	25.11	0.21
5.99	0.14	10.15	0.27	24.38	0.21
6.56	0.16	11.56	0.32	22.72	0.21
7.03	0.18	13.71	0.41	20.63	0.20
7.92	0.22	16.16	0.51	18.75	0.20
8.78	0.26	18.05	0.59	16.64	0.19
9.62	0.30	19.86	0.66	13.65	0.18
10.58	0.65	21.86	0.73	11.16	0.17
11.58	0.40	23.75	0.76	8.35	0.14
15.94	0.65	26.99	0.77	6.25	0.09
16.70	0.70	27.87	0.77	4.10	0.04
20.74	1.00	28.77	0.77	3.46	0.03
23.19	1.20	29.17	0.77	2.47	0.01
27.21	1.55	29.63	0.77	1.67	0.01
30.22	1.82	30.22	0.77	0.85	0.00

3  ^?? Установите на источнике питания напряжение $30~В.$ Измерьте зависимость анодного тока $I_{30}$ от температуры нити накала. Постройте линеаризованный график измеренной зависимости. Определите по графику энергию $E$, укажите ее значение в электронвольтах (эВ).

Соберем схему, изображенную на рис. 8. Установим на источнике питания напряжение $30~В$. Для того чтобы измерить зависимость анодного тока $I_{30}$ от температуры нити накала, будем менять напряжение, падающее на спираль катода. Температуру нити накала $T$ будем определять с помощью значений силы тока накала $I_н$ по калибровочному графику, построенному в части 1.

$I_н,~мА$	$I_{30},~мкА$	$T,~К$	$\frac{1}{T}$, $К^{-1}$	$\ln(I_{30})$
152.8	2010.000	449	2.228	7.606
120.9	363.000	419	2.389	5.894
108.9	79.000	407	2.456	4.369
99.4	19.000	398	2.511	2.944
88.3	2.190	388	2.579	0.784
77.2	0.164	377	2.651	-1.808
66.4	0.008	367	2.725	-4.828
147	1900.000	443	2.256	7.550

 

Количество $N$ электронов, вылетающих с катода в единицу времени прямо пропорционально анодному току $I_{30}$. Прологарифмировав правую и левую части формулы 3 получим:
$$ \ln(I_{30}) \sim \ln(N) \sim -\dfrac{E}{kT}.\tag{6}$$Тогда график $\ln(I_{30})(\frac{1}{T})$ будет линейным с коэффициентом угла наклона $\alpha = - \frac{E}{k}.$

Видно, что полученная зависимость описывается линейной функцией только при низких токах накала, таких что анодный ток выходит на насыщение.
Коэффициент угла наклона $\alpha = -37360~к$.
Тогда, приращение потенциальной энергии

4  ^?? Измерьте зависимость анодного тока $I_9$ от тока, текущего через катушку $I_м$. Измерения проведите в диапазоне токов катушки от $0$ до $2~А$ (при большем значении тока катушка может перегореть). Подключите еще одну батарейку «Крона» в цепь питания анода. Вновь измерьте зависимость анодного тока $I_{18}$ от тока, текущего через катушку $I_м$.

Отнормируйте силу тока, текущую через анод на максимальное значение силы тока в соответствующем эксперименте, то есть рассчитайте величины:

$$ i_9=\frac{I_9}{I_{9max}}~и~~ i_{18}=\frac{I_{18}}{I_{18max}}.\tag{4}$$

Постройте зависимости $i_9(I_м)$ и $i_{18}(I_м)$ на одном графике. Определите, при каком токе, текущем через катушку, анодный ток падет в два раза в случае питания цепи анода одной батарейкой «Крона» и двумя батарейками «Крона». Кратко объясните различие в значениях найденного тока для двух случаев.

Поместим вакуумный диод в катушку. Соберём схему для измерения силы анодного тока (см. рис. 6). $I_9$ (при постоянной разности потенциалов между катодом и анодом) от тока в катушке $I_м$. Измерим зависимость $I_9 (I_м)$. Проведем аналогичные измерения с двумя батарейками «Крона», получив зависимость $I_{18} (I_м)$. Также рассчитаем величины $i_9$, $i_{18}$.

$I_к,~А$	$I_9,~мкА$	$i_9$	$I_к,~А$	$I_{18},~мкА$	$i_{18}$
0.0	226	1.000	0.0	306	1.000
0.3	226	1.000	0.2	305	0.997
0.4	226	1.000	0.4	305	0.997
0.5	226	1.000	0.7	305	0.997
0.7	215	0.951	0.9	305	0.997
0.8	190	0.841	0.0	290	0.948
0.8	152	0.673	1.1	257	0.840
0.9	120	0.531	1.1	243	0.794
1.0	102	0.451	1.3	209	0.683
1.1	71	0.314	1.3	201	0.657
1.3	56	0.248	1.4	171	0.559
1.4	47	0.208	1.6	152	0.497
1.6	37	0.164	1.7	136	0.444
1.7	34	0.150	2.0	117	0.382
2.1	29	0.128	2.1	111	0.363

Построим зависимости $i_9 (T) (I_к)$ и $i_{18} (I_к)$ на одном графике.

Суть данного эффекта состоит в следующем. Катушка индуктивности создаёт магнитное поле, направленное вдоль геометрической оси диода. Поскольку диод имеет коаксиальную структуру, большинство электронов движутся по радиусу. Для них магнитное поле оказывается направленным перпендикулярно направлению движения электронов. На движущиеся заряженные частицы в магнитном поле действует сила Лоренца (Рис. 9), поворачивающая скорость электронов.