Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца icon

Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца




НазваЛабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца
Дата15.09.2012
Розмір70.8 Kb.
ТипДокументи

. 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 вольт–амперну 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?

Схожі:

Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №26 визначення коефіцієнта в’язкості рідини капілярним методом
Прилад Арреніуса, секундомір, мензурка, досліджувана рідина, міліметрова лінійка
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №44 Вивчення серіальних закономірностей в спектрі випромінювання водню І визначення сталої Планка Мета роботи
...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №3 побудова характеристик надійності виробів ат непараметричним методом Мета роботи: Придбати практичні навички побудови характеристик надійності виробів непараметричним методом
Експериментальна оцінка показників надійності зводиться до визначення функції щільності f*i(t), інтенсивності відмов *i(t), ймовірності...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №4 Дослідження біляелектродного падіння напруги І градієнта потенціалу в люмінесцентних лампах
Мета роботи: Отримання навиків вимірювання біляелектродного падіння потенціалу та градієнту потенціалу е І вивчення їх залежності...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №7 Визначення показника заломлення скляної
...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №1 Вивчення основних властивостей електростатичного поля
Мета роботи: вивчити основні закономірності електростатичного поля методом його моделювання І експериментальної побудови кривих однакового...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №25 визначення концентрації цукру в розчині за допомогою сахариметра мета роботи
Оволодіти поляриметричним методом визначення концентрації цукру в розчині за допомогою сахариметра
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЗатверджую
Рівноважний та ефективний коефіцієнти розподілу. Формування діелектричних шарів SiO2 на поверхні кремнію методом термічного окислення...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота №7 визначення моменту інерції тіла динамічним методом мета роботи
Якщо нитку намотати на шків І тим самим підняти вантаж на висоту, то вантаж отримає запас потенціальної енерґії. Під дією сили тяжіння...
Лабораторна робота №8 визначення резонансного потенціалу збудження атомів гелію методом Франка І Герца iconЛабораторна робота Визначення коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи