Упражнение 2. Снятие вольт-яркостных характеристик

а) Установить напряжение накала Uн = 1,0 В.

б) Сохраняя постоянное значение напряжения накала изменять напряжение на аноде Uа от 0 до 25,0 В с интервалом 0,5 В и записывать в таблицу № 2 значения анодного тока и яркости индикатора.

Данные, заносимые в таблицу № 2: Uа – напряжение на аноде индикатора; Lотн – яркость индикатора в относительных единицах (милливольтах); Lабс – абсолютное значение яркости в кд/м2 (для получения этого параметра необходимо данные колонки 2 умножить на коэффициент k); Iа –ток анода; Pа – мощность, выделяя на аноде индикатора (для нахождения этого параметры необходимо значение тока умножить на величину анодного напряжения Pа = Uа×Iа); Lабс/Pа – яркость, приходящаяся на 1 Вт потребляемой мощности (величина прямопропорциональная эффективности катодолюминесценции).

Таблица № 2

Используя данные таблицы № 1 и № 2 построить графики зависимости L = f (U_н), L = f (U_а) и L_абс/P_а = f (U_а). Из построенных графиков оценить:

1. Оптимальное напряжение накала для достижения макси-мальной яркости свечения индикатора.

2. Протяженность линейного участка зависимости L = f(U_а).

3. Ширину запрещенной зоны материала катодолюминофора (в электронвольтах).

Учебно-исследовательская работа

Набрать статистический материал и провести расчёт ошибок измерения. Предложить дополнительные методы определения ширины запрещенной зоны полупроводниковых люминофоров.

По согласованию с преподавателем оценить ширину запре-щенной зоны цинкоксидного катодолюминофора независимым методом исследования материала и сравнить полученные данные с результатом проведённой лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1. Опишите устройство низковольтных вакуумных катодолю-минесцентных индикаторов (ВЛИ).

2. Сформулируйте основные физические принципы работы ВЛИ.

3. Почему в ВЛИ используются оксидные катоды?

4. Опишите основные процессы, происходящие при катодолю-минесценции.

5. Чем определяется инерционность люминесценции?

6. Каким образом можно оценить ширину запрещенной зоны катодолюминофора?

Литература

1. Методические указания к лабораторным работам по физике. Работа № 55. – М. Изд. МИИТа, 2000.

2. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику. – М.: Высшая школа, 1991. – § 5.2.

3. Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А. Методические указания по дисциплине «Физика». Люминесценция твёрдых тел и её применение. – М.: Изд. МИИТа, 1989.

4. Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А., Селезнев В.А., Серов Е.А. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 2001.

Работа 56

ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Цель работы: изучить причины возникновения контактной разности потенциалов на границе двух металлов, понять законы Вольта; ознакомиться со способами получения термо-ЭДС, устройством и назначением термопары.

Принадлежности: установка с термопарой, термостолбик.

Введение

Уже в глубокой древности было известно, что янтарь (в переводе с греч. означает «электрон»), потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Аналогичным свойством обладают и пластмасса, сера, резина, стекло и т.п. Если тело, подобно янтарю, после натирания притягивает легкие предметы, то говорят, что оно наэлектризовано, или на теле имеется электрический («янтарный») заряд.

Природу известного ещё древним грекам «рукотворного» электрического явления — электризации трением — удалось установить только в 1969г. Ленинградский физик М.И. Корнфельд выяснил, что трение здесь играет второстепенную роль — оно необходимо только для более тесного сближения поверхностей диэлектриков.

Окружающие нас тела, как правило, электрически нейтральны, т. е. отрицательные и положительные заряды в них компенсируются с высокой точностью. Вследствие теплового движения и распределения электронов по скоростям внутри тела часть из них обладает кинетической энергией, достаточной для выхода за его пределы. Такая энергия называется термоэлектронной работой выхода А_вых. Термоэлектронная работа выхода А_вых – энергия, необходимая для перехода электрона из вещества в вакуум. А_вых имеет разные значения для различных веществ. Работа выхода электронов из чистых металлов зависит от их природы и практически не зависит от температуры. На величину А_вых влияет состояние поверхности металла, особенно наличие примеси. А_вых определяется напряженностью Е и разностью потенциалов ∆φ электрического поля у поверхности (предполагается, что электрон движется перпендикулярно поверхности) металла соотношением

где е – абсолютная величина заряда электрона, .

Потенциал поля с увеличением расстояния от поверхности металла убывает до нуля, а на самой поверхности он в соответствии с формулой (1) будет равен:

Большинство электронов полностью расходуют свою энергию на совершение работы выхода и поэтому остаются у поверхности. В итоге у поверхности тела образуется электронный газ – облако пространственного отрицательного заряда. В обычных условиях наступает динамическое равновесие: количество электронов, покидающих тело и возвращающихся в него (из-за кулоновского притяжения), примерно равны.

При сближении поверхностей тел настолько, что облака электронного газа перекрываются (характерные толщины d ≈ 10^-10 м), начинается обмен электронами между телами (рис. 1).

Электроны перемещаются от тела с меньшей работой выхода к телу, у которого она больше. Если развести тела так, чтобы их электронные приповерхностные облака не перекрывались, на проводниках (за счёт подвижности зарядов) не останется зарядов, а на диэлектриках они появятся — равные по величине и противоположные по знаку, поэтому У. Гильберт и называл алмаз, стекло, сапфир, сургуч электрическими, т. е. подобными янтарю, а все металлы — неэлектрическими телами. Итак, электризация трением — не совсем корректная формулировка, более правильно говорить электризация посредством контакта тел. Когда тесно соприкасаются тела с разными работами выхода А_вых2 < А_вых1, переход электронов к телу 1 от тела 2 прекращается после возникновения контактной разности потенциалов ∆φ, препятствующей дальнейшему движению электронов.

При этом тело 2 заряжается положительно, а тело 1 — отрицательно.