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

80893. Муниципальное управление охраной здоровья населения 43.99 KB
  Муниципальная система здравоохранения МСЗ включает в себя располагающиеся на территории МО лечебнопрофилактические и иные учреждения системы здравоохранения находящиеся в муниципальной государственной или частной собственности а также органы муниципального управления охраной здоровья населения. Главная цель муниципальная система здравоохранения удовлетворение потребностей населения в услугах сферы здравоохранения отнесенных к предметам ведения местного самоуправления на уровне не ниже государственных минимальных социальных...
80894. Разработка прогноза социально-экономического развития муниципального образования 43.62 KB
  Система планирования комплексного социальноэкономического развития муниципального образования включает в себя прогнозирование текущее и стратегическое планирование. Бюджетный кодекс РФ 2004 года предусматривает обязательную разработку перспективного финансового плана развития муниципального образования на трехлетний среднесрочный период. Этот план разрабатывается на основе прогноза социальноэкономического развития территории на тот же период.
80895. Стратегическое планирование в Муниципальном Образовании 44.44 KB
  Недостаток опыта стратегического планирования комплексного подхода к определению целей и приоритетов перспективного развития муниципальных образований приводит к тому что разработанные концепции и стратегические планы иногда носят декларативный характер отсутствуют механизмы их реализации. В зависимости от стоящих задач концепции и стратегические планы бывают среднесрочные 3 5 лет и долгосрочные до 10 15 лет. Основные этапы разработки концепции комплексного социальноэкономического развития муниципального образования...
80896. Основные направления по противодействию коррупции государственных и муниципальных органах власти 45.12 KB
  Коррупция - злоупотребление служебным положением, дача взятки, получение взятки, злоупотребление полномочиями, коммерческий подкуп либо иное незаконное использование физическим лицом своего должностного положения вопреки законным интересам общества и государства в целях получения выгоды в виде денег, ценностей, иного имущества или услуг имущественного характера, иных имущественных прав для себя или для третьих лиц либо незаконное предоставление такой выгоды указанному лицу другими физическими лицами;
80897. Информационное обеспечение муниципального управления 45.52 KB
  Распоряжения главы администрации и его заместителей протоколы заседаний коллегии ведомости учета изданных мун. Население выражает свое отношение к дти мун. Общественные объединения граждан выражают отношение к деятельности мун.
80898. Сущность и содержание муниципального управления 43.04 KB
  Местное самоуправление в РФ форма осуществления народом своей власти обеспечивающая в пределах установленных Конституцией РФ федеральными законами а в случаях установленных федеральными законами законами субъектов РФ самостоятельное и под свою ответственность решение населением непосредственно и или через органы местного самоуправления вопросов местного значения исходя из интересов населения с учетом исторических и иных местных традиций . Дана характеристика основных признаков местного самоуправления отличающих его от...
80899. Система муниципальных правовых актов (МПА), Устав муниципального образования 43.13 KB
  РФ федеральным конституционным законам ФЗ №131ФЗ другим федеральным законам и иным нормативным правовым актам РФ а также конституциям уставам законам иным нормативным правовым актам субъектов РФ. В систему МПА входят: 1 устав МО правовые акты принятые на местном референдуме сходе граждан; 2 нормативные и иные правовые акты ПО МО; 3 правовые акты главы МО постановления и распоряжения главы местной администрации иных ОМС и должностных лиц МС предусмотренных уставом МО. Устав МО и оформленные в виде правовых актов решения...
80900. ПОНЯТИЕ, ОСОБЕННОСТИ, ФУНКЦИИ И ЗАКОНЫ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ 44.44 KB
  В основе социального управления лежит приоритет человеческого фактора над всеми иными. Функции управления не являются универсальными так как зависят от вида рассматриваемой организации. Законы управления.
80901. МОДЕЛИ СОЦИАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА 44.37 KB
  Под моделью управления следует понимать теоретически выстроенную целостную совокупность представлений о том как выглядит и как должна выглядеть система управления как она воздействует и как должна воздействовать на объект управления как она адаптируется и как должна адаптироваться к изменениям во внешней среде чтобы управляемая организация могла добиваться поставленных целей устойчиво развиваться и обеспечивать свою жизнеспособность. Модель управления включает в себя базовые принципы управления стратегическое видение целевые установки и...