Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Эффект РамзауэраЦель работы - изучение волновых свойств электронов при их упругих взаимодействиях с атомами инертного газа, проявляющихся в эффекте Рамзауэра.
Теоретический анализ проблемы. Эффект, открытый в 1921 году немецким физиком К.Рамзауэром, заключается в следующем. При пропускании потока электронов через инертный газ (аргон, криптон или ксенон) на вольт-амперной характеристике (рис.1) наблюдается максимальная сила тока, создаваемого электронами с энергией ~1эВ, и минимальная сила тока - при энергии электронов ~12эВ. То есть, электроны, имеющие энергию ~1эВ, проходят через газ, практически не рассеиваясь, а электроны, имеющие энергию ~12эВ, испытывают максимальное рассеяние. Этот эффект не может быть объяснён в рамках классической физики, а с точки зрения квантовой объясняется тем, что в процессе взаимодействия с атомами электроны ведут себя как волны де Бройля. Электрон, приближаясь к атому инертного газа, попадает в его силовое поле, которое имеет вид сферической потенциальной ямы. Теоретические оценки показывают, что качественно результат взаимодействия не изменится, если сферическую потенциальную яму заменить одномерной прямоугольной ямой шириной l и глубиной W0, стенки которой перпендикулярны оси Х, вдоль которой движутся электроны. До столкновения с атомами газа каждый электрон, ускоряемый разностью потенциалов U, имеет энергию W=eU. При попадании в область потенциальной ямы его энергия становится равной W ¢ =eU+W0 (рис.2). Длина электронной волны де Бройля вне потенциальной ямы равна: l= . А в области потенциальной ямы она равна: l ¢ = . (1) Вследствие многократного отражения и преломления падающей электронной волны у границ потенциальной ямы происходит интерференция многих волн. Если на ширине l потенциальной ямы укладывается целое число n полуволн де Бройля, наблюдается максимум интерференции: l = n , (2) что соответствует максимуму силы тока на вольт-амперной характеристике. Из равенств (1) и (2) следует, что eU = - W0. (3) Для первого интерференционного максимума n =1 и уравнение (3) принимает вид: eU1 = - W0, (4) где U1 - ускоряющее напряжение, при котором наблюдается максимум силы тока на вольт-амперной характеристике. Если на ширине l потенциальной ямы укладывается полуцелое число (n +1/2) полуволн де Бройля, наблюдается минимум интерференции: l = (n + ) , (5) что соответствует минимуму силы тока на вольт-амперной характеристике.
Из равенств (1) и (5) следует, что первый минимум силы тока будет наблюдаться при условии: eU2 = - W0. (6) Соотношения (4) и (6) позволяют опытным путём оценить ширину l потенциальной ямы (фактически размер атома инертного газа) и глубину W0 потенциальной ямы в силовом поле этого атома.
Описание установки. Принципиальная схема установки представлена на рис.3. Тиратрон Т представляет собой газоразрядную лампу, заполненную аргоном. Накал катода К тиратрона осуществляется от батареи e1. Ток накала регулируется реостатом R1 и измеряется амперметром Ак. Между сетками С и катодом К с помощью батареи e2 создаётся ускоряющее электроны напряжение Uс, величина которого регулируется потенциометром R2 и измеряется вольтметром V. Анодный ток измеряется микроамперметром А. Результаты измерений: Измерение анодно-сеточной характеристики и построение графика IA (Uc): Цена деления вольтметра:... Цена деления микроамперметра:... Сила тока накала катода: Iк = А.
По графику IA (Uc) определяются значения U1 =... В и U2 =... В. Результаты расчётов: eU1 = - W0 ® l=h =... 10-10м =... Å eU2 = - W0 ® W0 = (4 U2 -9 U1) =... Дж = (0,8 U2 -1,8 U1)эВ =... эВ Выводы: Изучен эффект Рамзауэра. Освоена методика измерения анодно-сеточных характеристик газоразрядной лампы - тиратрона. Сделаны оценки линейного размера атомов аргона и ширины области рассеяния этими атомами электронов. Получено подтверждение существования волновых свойств микрочастиц - электронов.
|