50099

Визначення резонансного потенцыалу збудження атомів гелію методом Франка і Герца

Лабораторная работа

Физика

Прилади і обладнання Трьохелектродна лампа яка заповнена інертним газом гелієм джерело живлення типу ПСИП500 анодної та сіткової ділянок кіл установки автотрансформатор випрямляч струму типу ВСА6А амперметр катодного кола мікроамперметр анодного кола вольтметри Теоретичні відомості та опис установки Різниця потенціалів пройшовши яку електрон зазнає непружного зіткнення з атомом газу внаслідок чого атом переходить основного стану в перший збуджений стан називають резонансним потенціалом. Сила катодного струму вимірюється...

Украинкский

2014-01-15

477.5 KB

0 чел.


. Лабораторна робота № 8

ВИЗНАЧЕННЯ РЕЗОНАНСНОГО ПОТЕНЦІАЛУ збудження атомів гелію методом Франка і Герца

Мета роботи

Визначити резонансний потенціал та частоту резонансного випромінювання атомів гелію, розрахувати величину поперечного перерізу електронно – атомних зіткнень

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати серіальні закономірності у формуванні спектра випромінювання атома водню та вміти їх пояснити за теорією Бора (§4.1), бути ознайомленим з методикою, яку використовували Д.Франк і Г. Герц  для ввизначення резонансного потенціалу збудження атомів (§4.2)

Прилади і обладнання

Трьохелектродна лампа, яка заповнена інертним газом – гелієм, джерело живлення типу ПСИП-500 анодної та сіткової ділянок кіл установки, автотрансформатор, випрямляч струму типу ВСА-6А, амперметр катодного кола, мікроамперметр анодного кола, вольтметри

Теоретичні відомості та опис установки

Різниця потенціалів, пройшовши яку електрон зазнає непружного зіткнення з атомом газу, внаслідок чого атом переходить основного стану в перший збуджений стан, називають резонансним потенціалом. Потенціал, при якому атом переходить з основного стану в другий збуджений стан називають другим, і т.д.

Атоми, які отримують при непружному ударі з електроном енергію , переходять у збуджений стан і, повертаючись в основний, випромінюють світловий квант з частотою  

                             ,                                                                           (1)

де – стала Планка.

В даній лабораторній роботі визначають резонансний потенціал для атомів гелію. Для цього використовується установка, яка відповідає досліду Д. Франка і Г. Герца. Схематично така установка зображена на рис.1.

Рис. 1

Основною складовою експериментальної установки є трьохелектродна лампа, яка складається з скляного балона, всередині якого розміщені анод А, катод К і керуюча сітка С. Лампа заповнена хімічно чистим гелієм при тиску р~.

Розжарювання катода лампи – джерела електронів здійснюється за допомогою автотрансформатора Ат, увімкненого в мережу 220 В (рис. 1). Сила катодного струму вимірюється амперметром . Анод А лампи відносно сітки С знаходиться під невеликою від’ємною напругою Ua, яка створює слабке гальмівне електричне поле. На сітку відносно катода подається прискорююча напруга – Uc , яка контролюється вольтметром V. Анодний струм  вимірюють мікроамперметром μА. В коло катод–сітка включено опір R для обмеження струму у випадку виникнення газового розряду в лампі.

Для визначення резонансного потенціалу атомів гелію, експериментально отримують вольтамперну характеристику лампи , тобто залежність анодного струму Іа від сіткової напруги при постійній анодній напрузі . Оскільки кількість електронів, які досягають анода, визначає величину електричного струму, що протікає в анодному колі лампи, то, очевидно, за зміною анодного струму можна судити про значення першого та інших потенціалів збудження і характер зіткнень електронів з атомами гелію. Таким потенціалам будуть відповідати максимуми на графіку .

Для розрахунку поперечного перерізу  електронно−атомних зіткнень можна використати експериментальну залежність величини анодного струму  від затримуючої напруги  () при =const (рис.2). З рис.2 визначають значення  та , де початковий анодний струм (при Ua=0), а  – величина, яка визначається числом електронів, які зазнали непружного зіткнення з атомами гелію в об’ємі V між сіткою та анодом.

Теорія зіткнень для визначення значення  дає співвідношення:

,                                                               (2)

де е–- заряд електрона; – концентрація атомів газу; п – концентрація електронів;  – швидкість електрона на ділянці лампи сітка–анод;  –  поперечний переріз непружного зіткнення електрона з атомом; V – об’єм між сіткою і анодом.

,                                                                     (3)

де S – площа сітки; d =5·10 –3 м – відстань між сіткою та анодом.

З деяким наближенням потік електронів можна оцінити таким чином:

.                                      (4)

Співвідношення, що визначає величину поперечного перерізу  непружного удару електрона з атомом гелію одержано з (2), (3) та (4):

.                               (5)

Концентрацію атомів газу можна знайти з рівняння:

,

де k – стала Больцмана (); Т – температура катода (~ 2000 K); р – тиск гелію в лампі.

Таким чином, кінцева формула для визначення поперечного перерізу непружного удару електрона з атомом гелію

           .                                                                       (6)

Загальний вигляд установки наведено на рис. 3

Рис. 3

1 джерело живлення анодної та сіткової ділянок електричних кіл (ПСИП-50);

2 вимірювальний блок, до складу якого входять амперметр катодного кола, вольтметр анодного кола, вольтметр кола сітки; 3 лампа, яка наповнена гелієм, в захисному кожусі; 4 випрямляч струму типу ВСА-6А; 5 автотрансформатор; 6 мікроамперметр анодного кола

Послідовність виконання роботи

  1.  Ознайомитися з приладами, які входять до складу лабораторної установки.
  2.  Встановити регулятор напруги на автотрансформаторі 5 в нульове положення і увімкнути його в мережу 220 В. УВАГА! Без дозволу викладача не вмикати.
  3.  Перевести ручки потенціометрів П1 і П2 на джерелі живлення ПСИП-500 в крайнє ліве положення.
  4.  Увімкнути ПСИП-500 в мережу 220 В.
  5.  Регулятором напруги на автотрансформаторі установити в колі катода лампи силу струму, вказану на робочому місці. УВАГА! Під час експерименту стежити, щоб сила струму в катодному колі залишалася сталою.
  6.  Прогрівши лампу протягом 2–3 хв, встановити потенціометром П1 анодну напругу , яка вказана на робочому місці, і вимірювати величину анодного струму , змінюючи потенціометром П2  напругу  на сітці лампи від 0 до 20 В з кроком 0,5 В. Результати вимірювань записати в таблицю 1.

                                                                                                                                                                            Таблиця 1

№ п/п

Uc , В

Іа ,мкА

Ік, А

Ua, В

Резонансний потенціал Uр, В

1

0

2

0,5

3

1,0

...

40

20

  1.  Побудувати графік залежності . З графіка визначити значення резонансного потенціалу  атома гелію.
  2.  За формулою (1) обчислити довжину хвилі фотонів, що випромінюються атомом гелію. Отримане значення довжини хвилі випромінювання записати в таблицю 2.
  3.  Встановити потенціометром П2 постійну напругу  на сітці, вказану на робочому місці, та вимірювати величини анодного струму  , змінюючи потенціометром П1 анодну напругу  від 0 до 11 В з кроком 1 В. Результати вимірювань записати в таблицю 2.

                                                                                                                                                            Таблиця 2

№ п/п

Ік

Uc

Ua

Іа , мкА

, нм

,%

1

0

2

1

3

2

...

...

12

11

  1.  Побудувати графік залежності  і з цього ж графіка визначити значення  та . За формулою (6) розрахувати величину поперечного перерізу  непружного зіткнення електрона з атомом гелію.
  2.   Проаналізувати одержані результати та зробити висновки.

Контрольні запитання

  1.  В чому полягає фізичну суть пружних і непружних ударів електронів з атомами газів?
  2.  Який фізичний факт підтверджує дослід Франка і Герца?
  3.  Поясніть характер зміни вольт-амперної характеристики в досліді Франка і Герца.
  4.  Яким чином, знаючи енергію переходу атома з основного рівня на резонансний, можна визначити  – частоту резонансного випромінювання.
  5.  Вивести робочу формулу для визначення поперечного перерізу  непружного удару електрона з атомами газів.
  6.  Як пояснюється свічення газів в електричному розряді?

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83578. Заборонені засоби і методи ведення війни 36.97 KB
  Засоби ведення військових дій це зброя і інша військова техніка що застосовується збройними силами воюючих для знищення живої сили і матеріальних засобів противника придушення його сил і здатності до опору. Методи ведення військових дій це порядок різні способи використання засобів ведення війни у вказаних цілях. право сторін що знаходяться в конфлікті обирати методи і засоби ведення війни не є необмеженим.
83579. Особливості ведення морської війни 38.73 KB
  Театром морської війни є внутрішні морські води територіальне море і відкрите море. До морської війни застосовні загальні правила сухопутної війни зокрема правила щодо заборони на певні засоби і методи. В правилах морської війни специфічними є правила для підводних човнів морської блокади бомбардувань і ін.
83580. Правова регламентація повітряної війни 34.96 KB
  Всі правила і норми що стосуються війни в цілому відносяться і до повітряної війни. Театром повітряної війни є повітряний простір над сухопутним і морським театрами воїни тобто над сухопутною територією воюючих над територіальним і відкритим морем. Повітряний простір над нейтральними державами театром війни бути не може.
83581. Захист цивільних об’єктів та культурних цінностей в період збройного конфлікту 37.56 KB
  Згідно з Додатковим протоколом І цивільні обєкти не повинні бути обєктом нападу або репресалій. До військових об\' єктів Протокол відносить такі обєкти які через свій характер розташування призначення або використання роблять ефективний ї несок у військові дії і повне або часткове руйнування захоплення або нейтралізація яких при існуючих в даний момент обставинах надає явну військову перевагу ст. Отже обєкти що не підпадають під вищенаведене визначення повинні розглядатися як цивільні і їх знищення є забороненим методом ведення...
83582. Закінчення війни і його міжнародно-правові наслідки 36.35 KB
  Розрізняють припинення стану війни і припинення військових дій. Припинення військових дій не завжди автоматично супроводжується припиненням стану війни. Перемиря тимчасове припинення військових дій на умовах узгоджених воюючими сторонами. Подруге загальне перемиря при певних обставинах наприклад якщо сторони в конфлікті формально не заявили про наявність стану війни між ними здатне не тільки призупинити військові дії але і привести до їх припинення.
83583. Поняття та принципи міжнародного повітряного права 32.8 KB
  Міжнародне повітряне право - це система міжнародно-правових норм, які регулюють відносини між суб\'єктами міжнародного права у зв\'язку з використанням повітряного простору та визначають його правовий режим.
83584. Міжнародна організація цивільної авіації 36.37 KB
  Міжнародна організація цивільної авіації ІКАО була створена відповідно до Конвенції про міжнародну цивільну авіацію 1944 р.: забезпечувати безпечний і впорядкований розвиток міжнародної цивільної авіації в усьому світі; заохочувати мистецтво конструювання й експлуатації повітряних суден у мирних цілях; заохочувати розвиток повітряних трас аеропортів і аеронавігаційних засобів для міжнародної цивільної авіації; задовольняти потреби народів світу у безпечному регулярному ефективному й економічному повітряному транспорті; запобігати...
83585. Правовий режим повітряного простору. Свобода повітря 37.43 KB
  Згідно з принципом свободи польотів у міжнародному повітряному просторі повітряні судна підпорядковуються в даній сфері юрисдикції держави прапору держави реєстрації Порядок реєстрації повітряних суден визначається внутрішнім правом. Держави зобов\'язані здійснювати контроль за відповідністю зареєстрованих в них повітряних суден вимогам безпеки польотів та за дотриманням ними міжнародних норм. Юрисдикція держави у власному повітряному просторі визначається її територіальним верховенством. Повітряний простір є частиною території держави.
83586. Боротьба з актами незаконного втручання у діяльність цивільної авіації 32.4 KB
  містить цілий ряд статей що відносяться до повітряного піратства під яким розуміють будьякий неправомірний акт насильства затримання що здійснюється в особистих цілях екіпажем або пасажирами приватного літального апарату. У міжнародному просторі урядові судна будьякої держави можуть захопити піратський літальний апарат заарештувати осіб що захопили його та віддати суду своєї держави. Будьяка держава зобовязана або судити або видавати осіб що скоїли їх.