Эксперимент

В настоящей лабораторной работе опыт Франка и Герца выполняется на промышленном ртутном тиратроне ТР1-2,5/3. Звуковой генератор ГЗ-34 служит источником напряжения, подаваемого между катодом и сеткой. Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рис.3.

Потенциометр 3 и вольтметр 2 смонтированы на панеле звукового генератора.

Электронный осциллограф С1-114 предназначен для наблюдения вольтамперной характеристики тиратрона ТР1-2,5/3 и определения потенциала возбуждения атомов. Накал катода осуществляется от источника постоянного напряжения.

Подавая периодически изменяющееся напряжение от звукового генератора на сетку, периодически меняют энергию электронов, летящих от катода к сетке. При этом, первый полупериод тиратрон заперт, так как на катоде оказывается положительный потенциал. Во второй полупериод через лампу идет анодный ток. Электроны, пройдя сетку, попадают в тормозящее поле, которое создаётся за счёт падения напряжения на сопротивлении R в результате прохождения через него анодного тока.

Рис.3. Блок-схема экспериментальной установки:

1. Тиратрон ТР1-2,5/3; 2. Вольтметр; 3. Регулятор напряжения;

4. Осциллограф С1-114; 5. Генератор ГЗ-34.

На вертикально отклоняющие пластины осциллографа подаётся напряжение снятое с сопротивления R, которое пропорционально анодному току. На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подано напряжение горизонтальной развёртки. При синхронности напряжения развёртки и сеточного напряжения (а следовательно, и напряжения, снимаемого с сопротивления R) на экране осциллографа наблюдается неподвижное изображение вольт-амперной характеристики с одним или несколькими минимумами (рис.2). Число максимумов и минимумов на этой кривой зависит от величины амплитуды переменного напряжения подаваемого на сетку тиратрона. Эту амплитуду можно менять с помощью потенциометра 3. Если амплитудное значение напряжения равно критическому, электроны испытывают одно неупругое соударение с атомом ртути, чему соответствует появление первого минимума на вольтамперной характеристике. Если напряжение на сетке равно удвоенному

критическому потенциалу, на кривой появляется второй минимум, вызванный тем, что электрон может испытывать два неупругих столкновения с атомами ртути. При дальнейшем увеличении напряжении на сетке, на вольтамперной характеристике появляются следующие минимумы. Одновременно с этим в лампе (тиратроне) наблюдается резонансное свечение, связанное с переходом атомов ртути с первого возбуждённого уровня на основной уровень. Измеряя напряжения, соответствующие появлению первого и второго минимумов на вольтамперной характеристике, можно определить величину ΔЕ = Е₁- Е₀, то есть определить расстояние между энергетическими уровнями Е₁ и Е₀.

Если на сетку подавать более высокое переменное напряжение с частотой в несколько сот килогерц, можно возбудить не только первый, но и более высокие энергетические уровни.

Последовательность выполнения работы:

1. Перед включением приборов: ГЗ-34, УИП-1 и С1-114 проверить находятся ли тумблеры «СЕТЬ» в положении «ВЫКЛ».

После этого:

2. На лицевой панели осциллографа С1-114:

а) Включить «СЕТЬ» (выдвинуть кнопку).

б) Переключатель «ВЕРМЯ/ДЕЛ» установить в положении 0.05 μS.

в) Нажать кнопку «АВТ» и квадратную кнопку «ВНУТР».

г) Установить переключатель «V/дел» в положение 2V (канал Б).

Все остальные кнопки должны находиться в отжатом положении.

3. На лицевой панели генератора ГЗ-34:

а) Переключить тумблер «ВНУТРЕННЯЯ НАГРУЗКА» в положении «ВКЛ».

б) Установить «ПРЕДЕЛЫ ШКАЛ ОСЛАБЛЕНИЯ» в положение 600.

в) Регулятор «РЕГ. ВЫХОДА» повернуть против часовой стрелки до упора.

г) Установить переключатель «ШКАЛА ПРИБОРА» в положение «х1».

д) Включить тумблер «СЕТЬ».

е) После пяти минутного прогрева установить частоту генерации 3,9 кГц.

ж) Регулятором «РЕГ. ВЫХОДА» установить напряжение 27 Вольт.

4. При получении устойчивого изображения синусоиды на экране осциллографа, включить тумблер «ВКЛ/ВЫКЛ» источника питания УИП-1.

При достаточном прогреве тиратрона (≈45 ± 30 минут), на восходящих частях синусоиды появится четыре спада кривой.

5. Записать значение ускоряющего поля, при котором наблюдается четыре спада анодного тока.

6. Вычислить потенциал возбуждения атома ртути.

7. По окончанию работы, с разрешения преподавателя:

а) Уменьшить напряжение на сетке тиратрона до нуля регулятором «РЕГ. ВЫХОДА», находящимся на генераторе ГЗ-34.

б) Выключить приборы соответствующими тумблерами.