Порядок выполнения работы. Блок – схема включения модуля совместно с осциллографом приведена на рис.17.

Перед выполнением работы рекомендуется ознакомиться с работой электронного осциллографа.

Блок – схема включения модуля совместно с осциллографом приведена на рис.17.

1. Перед включением установки в сеть проверить целостность соединительных и сетевых проводов.

2. Ознакомиться с блок-схемой включения модуля ФКЛ-6, приведенной на рис. 17. Подключить выход «ВЫХОД Y - СИГНАЛ» учебной установки ко входу Y осциллографа, выход «ВЫХОД X - СИНХРОНИЗАЦИЯ» ко входу X внешней синхронизации электронного осциллографа.

3. Включить осциллограф и лабораторную установку в сеть напряжением ~220 В проводами евро – стандарта из комплекта.

4. Поставить кнопку «СЕТЬ» на панели осциллографа во включенное положение. При этом должна загореться сигнальная лампа на панели осциллографа.

5. Поставить переключатель «СЕТЬ» на панели модуля ФКЛ-6 в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный светодиод «СЕТЬ» на панели модуля. Дать прогреться всем приборам в течение не менее 3 минут.

6. Кратковременно ~0,5 секунды одиночнонажимая кнопку «УПРАВЛЕНИЕ» установить температуру нити накала триода Т=600 К. Текущее значение температуры отображается на ЖКД LCD дисплее.

7. Удерживая нажатой в течение ~ 2 секунд кнопку «УПРАВЛЕНИЕ», войти в режим снятия ВАХ триода для данной температуры.

8. В режиме снятия ВАХ триода, кратковременно ~0,5 секунды одиночнонажимая кнопку «УПРАВЛЕНИЕ», выбрать режим снятия ВАХ Франка и Герца «FRANK-HERTZ».

9. Запустить пилообразный генератор кратковременно ~ 0,5 секунд нажав кнопку «ГЕНЕРАТОР ВКЛ / ВЫКЛ».

10. Плавным вращением ручки «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад», установить максимально возможное значение ускоряющего напряжения для того, чтобы получить вольт - амперную характеристику с максимально возможным количеством экстремумов.

11. Комбинированный цифровой измерительный прибор отградуирован таким образом, что показывает напряжение U_{с-к ампл} в крайней правой точке характеристики тиратрона, которое совпадает с амплитудным значением пилообразного напряжения с выхода генератора и значение анодного тока Iанода также в крайней правой точке ВАХ.

12. Установить ручки на панели осциллографа таким образом, чтобы обеспечить развертку всей вольт-амперной характеристики лампы наилучшим образом. Рекомендуемые положения ручек: .1 либо.2 VOLTS/DIV (ВОЛЬТ/ДЕЛ); 0.5 либо 1 mS TIME/DIV (ВРЕМЯ/ДЕЛ); переключатель «Y – LINE - EXT» слева от входа X в положение «EXT» (синхронизация внешним сигналом); ручка LEVEL (УРОВЕНЬ) – крайнее левое положение против часовой стрелки; переключатель SLOPE в верхнее либо среднее положение; способ развертки «AUTO-NORM-TV» в положение «NORM» («ЖДУЩАЯ») либо «AUTO» («АВТОМАТИЧЕСКАЯ»), переключатель AC-GND-DC в положение DC.

13. Вращением ручек POSITION X («смещение по оси X»), «POSITION Y» («смещение по оси Y»), а также ручек «VOLT VAR.» и «TIME VAR» («ПЛАВНО») для осей Х и Y, находящихся на передней панели осциллографа,расположить картинку так чтобы вся вольт-амперная характеристика умещалась на экране. Затем, вращением ручки «смещение по оси X» и ручкой «TIME VAR» («ПЛАВНО») для оси X расположить характеристику таким образом, чтобы расстояние между пиками было равно целому числу клеток, например 2 клетки (для удобства измерения). Для стабилизации характеристики следует вращать ручку LEVEL осциллографа.

14. Срисовать вольт-амперную характеристику с экрана осциллографа в натуральную величину на миллиметровую бумагу.

15. Определить расстояние Δх_{n n+1}, выраженное в клетках (количество клеток, естественно, может быть дробным), между 1-ым и 2-ым; 2-ым и 3-им пиками, т.е. несколькими соседними максимумами а также между соседними минимумами (обычно отчетливо наблюдается не более 3 экстремумов).

16. Далее необходимо определить коэффициент чувствительности оси Х осциллографа.

17. Вращением ручки «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад» установить рекомендуемое для калибровки максимально возможное амплитудное значение напряжения с выхода пилообразного генератора порядка 40 Вольт.

18. Так как цифровой вольтметр на ЖКД индикаторе показывает значение напряжения в крайней правой точки характеристики, то для калибровки оси X достаточно воспользоваться следующей формулой:

где - установленная амплитуда напряжения с выхода генератора по показаниям измерительного прибора, - количество клеток по оси x, занимаемое характеристикой при данном значении напряжения U_{с-k ампл}.

19. Расстояние между пиками, определенное в п. 15 и выраженное в количестве клеток, перевести в значение потенциала Δφ по формуле:

20. Все данные занести в таблицу:

21. Вращая ручку «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад» и наблюдая за характеристикой на экране осциллографа, снять вольтамперную характеристику триода опыта Франка и Герца, записывая измеренные значения анодного тока I_анода и значения ускоряющего напряжения U_{сетка-катод}. Особое внимание обратить на значение показаний цифрового вольтметра в точках максимумов и минимумов характеристики. При вращении ручки установки амплитуды с выхода пилообразного генератора «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад», характеристика Франка и Герца триода, как и следует ожидать, будет «обрезаться» справа. При этом, так как цифровой вольтметр показывает амплитудное значение напряжения с выхода генератора (напряжение в крайней правой точке характеристики тиратрона), то, фактически, вращая ручку «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад», можно определить значения напряжения промежутка «сетка-катод» лампы и тока анода в каждой точке характеристики.

22. Определить разность напряжений соответственно между соседними максимумами и минимумами в вольтах, сравнить полученные значения со значениями резонансного потенциала Δφ вычисленными согласно пп. 15-20 и рассчитать среднее значение <Δφ>, В.

23. Отключить генератор кратковременно ~0,5 секунды нажав кнопку «ГЕНЕРАТОР ВКЛ / ВЫКЛ».

24. Кратковременно ~0,5 секунды нажав кнопку «УПРАВЛЕНИЕ» переключиться в режим снятия характеристики задержки. При этом на дисплее отображается автоматически установленное постоянное ускоряющее напряжение, подаваемое согласно схеме рис. 14 в промежуток сетка – катод лампы Uusk=20 В, а пилообразный генератор подключается к промежутку сетка – анод триода и выдаёт импульсы отрицательной полярности относительно сетки. При этом, так как цифровой вольтметр показывает амплитудное значение напряжения с выхода генератора (напряжение в крайней правой точке характеристики тиратрона), то, фактически, вращая ручку «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад», можно определить значения напряжения задержки промежутка «сетка-анод» лампы и тока анода в каждой точке характеристики задержки.

25. Поставив ручку УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад» в крайнее правое положение по часовой стрелке, запустить пилообразный генератор кратковременно ~ 0,5 секунд нажав кнопку «ГЕНЕРАТОР ВКЛ / ВЫКЛ». При этом на экране осциллографа должна отображаться характеристика задержки, т. е. зависимость i_a=f(V_з) анодного тока от задерживающего потенциала при заданном значении ускоряющего напряжения V_y =20 Вольт. Характеристика должна иметь вид аналогичный рис. 7 б, 16 б. В силу технических особенностей применяемой схемы, начало задерживающей характеристики слева, отображаемое на экране осциллографа может иметь всплеск (пик) при Uзад ~ 1 В. Поэтому рекомендуется начинать измерения задерживающей характеристики с Uzadergki~0,8 Вольт.

26. Зарисовать задерживающую характеристику с экрана осциллографа по клеткам на миллиметровую бумагу.

27. Вращая ручку «УСТАНОВКА Uc-к / УСТАНОВКА Uзад» и наблюдая за характеристикой на экране осциллографа, снять вольтамперную характеристику задержки i_a=f(V_з) триода. Особое внимание обратить на значения тока анода i_a1 в начале характеристики при Uzadergki~ 1 Вольта и в начале излома участка 2 рис. 7 б i_a2. Определить разность токов ∆i_a = i_a1 – i_a2, которая пропорциональна концентрации только тех электронов, которые испытали неупругие соударения с атомами.

28. Оценить по формуле (11.9) сечение неупругого рассеяния σ электронов атомами инертного газа, наполняющего лампу. При оценке принять l= 3∙10^-3 м– расстояние катод-сетка газонаполненного триода, давление внутри колбы при Т=600 К принять равным р~5 Па. Все расчёты производить в СИ.

29. Отключить генератор кратковременно ~0,5 секунды нажав кнопку «ГЕНЕРАТОР ВКЛ / ВЫКЛ».

30. Удерживая нажатой кнопку «УПРАВЛЕНИЕ» в течение ~2 секунд, вернуться в меню изменения температуры накала из меню переключения опытов.

31. Кратковременно ~0,5 секунды одиночнонажимая кнопку «УПРАВЛЕНИЕ» установить температуру нити накала триода Т=1200 К. Текущее значение температуры отображается на ЖКД LCD дисплее.

32. Удерживая нажатой в течение ~ 2 секунд кнопку «УПРАВЛЕНИЕ», войти в режим снятия ВАХ триода для данной температуры.

33. Повторить пп. 8 – 28. При оценке сечения неупругого рассеяния σ принять l= 3∙10^-3 м– расстояние катод-сетка газонаполненного триода, а давление внутри колбы при Т=1200 К принять равным р~17 Па.

34. По результатам всех опытов для двух температур нити накала определить среднее значение резонансного потенциала <Δφ>, В и сравнить его с табличным значением для газа аргона, наполняющего лампу согласно таблице 1.

35. Сравнить полученные вами оценочные значения сечения неупругого рассеяния σ электронов атомами инертного газа с графиком рис. 18. При сравнении учесть, что электроны в опыте по снятию характеристики задержки ускоряются постоянным напряжением Uуск=20 Вольт, при этом соответственно обладая энергией W=e∙Uуск., поэтому на рисунке необходимо найти график для инертного газа, наполняющего лампу и соответствующую энергию электронов W в [эВ]. Полученное по таблице значение сечения рассеяния σ перевести в м² (1см²=10^-4 м²) и сравнить с рассчитанными экспериментальными значениями.

36. При возбуждении резонансной линии атома происходит последующее излучение с длиной волны λ, которую легко можно вычислить, используя закон сохранения энергии. Электрон, проходя ускоряющую разность потенциалов, набирает энергию eΔφ, которую передаёт атому инертного газа (либо ртути в зависимости от наполнения лампы). Атом переходит в возбуждённое состояние, излучая длину волны λ. Таким образом:

(13.1)

где h=6,63∙10^-34 – постоянная Планка, с=3∙10⁸ м/с – скорость света в вакууме, е=1,6∙10^-19 Кл – модуль заряда электрона.

37. Подсчитать длину волны λ, нм с помощью формулы (13.1).

38. По окончании работы поставить переключатель «СЕТЬ» на панели приборов в положение «ВЫКЛ» и отключить установку и осциллограф от сети.