4. Лабораторная учебная установка

Принцип действия учебной установки по изучению резонансных потенциалов поглощения энергии атомами газа состоит в получении на экране осциллографа зависимости анодного тока I_a газонаполненной лампы (триода с подогреваемым катодом) от напряжения «катод – сетка» (зависимость I_а=I_а(U_уск) при фиксированном напряжении «анод – сетка» (U_зад) с последующим измерением напряжения в характерных для опыта Франка и Герца точках. Напряжения U_уск и U_зад соответствуют показаниям вольтметров V₁ и V₂ на рис. 2.

Баллон В (рис. 2) выполнен в виде манометрической лампы ПМИ - 2, наполненной инертным газом, которая помещена в рабочий блок лабораторного комплекса ЛКК-2 (ламп в комплексе две, наполненных разными газами). Лампы видны в специальном окне.

Блок выполнен в виде конструктивно законченного устройства. На передней панели корпуса расположены органы управления: ручки потенциометров «I_н» (регулировка тока накала катода лампы), «U_уск – 80» (регулировка напряжения между катодом и сеткой), «U_зад» (регулировка напряжения между сеткой и анодом); приборы индикации параметров: стрелочный - для анодного тока I_a, цифровой - для ускоряющего напряжения U_уск; гнёзда для присоединения проводов; тумблеры «Сеть», «Л1-Л2» (для установки выбранной лампы), «Λ,=» (выбор режимов работы – демонстрационный или измерительный); клемма заземления; соединительные провода. На задней стенке расположен разъём для подключения сетевого шнура.

Установка работает следующим образом. С генератора пилообразного напряжения управляющего блока установки на лампу ПМИ - 2 подаются импульсы амплитудой ~ 40 В частотой 15-20 Гц. Кроме того, на лампу подаётся также регулируемое напряжение накала U_H и запирающее напряжение U_зад, которые обеспечивают нормальный режим работы лампы. Анодный ток лампы в измерительном блоке преобразуется в напряжение, пропорциональное току, и подаётся на вход осциллографа. На экране осциллографа отображается зависимость I_а=I_а(U_уск).

Схема лабораторной установки. Рис. 5

В лаборатории имеются две установки для проведения опыта Франка и Герца – данная (под №206 А) и под номером 206 Б. Вторая отличается конструктивным исполнением рабочих блоков, а также порядком проведения эксперимента. Этот порядок изложен отдельно и находится на установке.

Вольтамперная характеристика газонаполненной лампы-триода. Рис. 6

5. Порядок выполнения работы

5.1. Оборудование:

5.1.1. Комплекс ЛКК-2.

5.1.2.Осциллограф С1-83 (служит для демонстрации вольтамперной характеристики лампы и для более наглядного выполнения работы, но работа может быть выполнена и без использования осциллографа).

5.2. Последовательность операций:

5.2.1. Положение органов управления перед включением комплекса ЛКК-2:

а) тумблер «СЕТЬ» выключен;

б) тумблер «ДЕМОН.-ЗАМЕР» в положении, указанном инженером.

Примечание. Перед измерением параметров рекомендуется продемонстрировать общий вид вольтамперной характеристики лампы (см. рис.6), для чего установить данный переключатель в положение «ДЕМОН», после чего переключить в положение «ЗАМЕР».

в) рукоятки потенциометров против часовой стрелки до упора;

г) тумблер «Л1, Л2» в положении, назначенном преподавателем (в лампе Л1- гелий, в лампе Л2 - неон);

д) мультиметр в режиме постоянного напряжения «200 В».

5.2.2. Положение органов управления перед включением осциллографа (термины «большая» и «малая» обозначают диаметры ручек):

а) кнопка «ВКЛ. ПИТАНИЕ» выключена (утоплена);

б) большая ручка «КАНАЛ I» (ось X) в положении «50 мВ/дел», кнопка множителя «х1, х10» в положении «х10» (утоплена); малая ручка в положении «0,5»;

в) большая ручка «КАНАЛ II» (ось У) в положении «0,5 В/дел», кнопка множителя «х1, х10» в положении «х1» (выдвинута); малая ручка выключена (против часовой);

г) кнопки «Х-У» выбора режимов обе утоплены;

д) рукоятки выбора вида напряжения в положениях « = »;

е) кнопка изменения полярности сигнала «П, Ц» в положении «П» (утоплена).

5.2.3. Присоедините вилки сетевых шнуров обоих блоков к розеткам ~220В.

5.2.4. Включите тумблер питания комплекса ЛКК-2, выдвиньте кнопку питания осциллографа (загорятся сигнальные лампы).

5.2.5. После прогрева осциллографа, пользуясь рукоятками регулировки яркости луча и его перемещения по осям, поместите яркую точку в левый нижний угол экрана (горизонтальная светящаяся линия - это ось Х).

5.2.6. Установите на блоке ЛКК-2 рукоятки «U_зад » и «I_Н » указателями напротив меток, нанесённых на корпусе для соответствующей лампы (Л1 или Л2). Количество и номер лампы задаёт преподаватель.

Примечание. В последующих операциях необходимо записывать в таблицу:

- значения анодного тока лампы I_а (мкА) по показаниям стрелочного прибора

«I » на блоке ЛКК-2, умноженным на 10;

• значения напряжения U_уск (В) по показаниям цифрового прибора (мультиметра), при этом обращайте внимание на положение запятой в его показаниях.

Показания снимать сначала в точках максимумов и минимумов вольтамперной кривой, затем в остальных точках, указанных в таблице.

5.2.7. Плавно и медленно вращая по часовой стрелке рукоятку «U_уск-80» (при этом луч на экране осциллографа будет рисовать вольтамперную кривую, см. рис.6) и наблюдая за показаниями прибора «I », найдите такие положения рукоятки, при которых на приборе будут устанавливаться максимальные значения I_а в каждой из точек максимумов и минимальные - в каждой из точек минимумов. Для всех этих четырёх точек запишите значения I_a и U_уск.

Примечание. Не допускается появление в точках максимумов горизонтальных участков кривой, а также зашкаливание прибора «V », в противном случае необходимо несколько уменьшить ток накала катода лампы до исчезновения указанных отклонений.

5.2.8. Рассчитав значения U_уск для остальных точек таблицы, повторите операции по п. 5.2.7 и запишите I_a для этих точек.

5.2.9. Верните все рукоятки потенциометров на блоке ЛКК-2 в исходное положение, выключите тумблер блока и кнопку питания осциллографа (погаснут сигнальные лампы), вытащите из розеток вилки сетевых шнуров.

5.2.10. По разности между U₂ и U₁ (см. рис.6 и таблицу) рассчитайте первый потенциал возбуждения = (U₂ – U₁) исследованного газа, сравните полученное значение со справочным и рассчитайте относительную погрешность полученного значения (ε ).

5.2.11. На миллиметровке формата А4 по полученным значениям I_а и U_уск (8 точек) постройте вольтамперную кривую. В точках максимумов и минимумов скруглите кривую небольшими радиусами, выведите начало кривой в ноль (см. рис.6).

Таблица

Пара- метры		Точки
		Напряжение измерен.				Напряжение расчётное
		Макс. 1	Мин. 1	Макс. 2	Мин. 2	Макс.1 2	Макс.1+ Мин.1 2 (U1)	Мин.1+ Макс.2 2	Макс.2+Мин.2 2 (U2)
Uуск, B	Л1
	Л2
I, мкА	Л1
	Л2
φ, эВ	Л1
	Л2

В качестве справочных значений φ принять для гелия 21,6 В, для неона 16,6 В.