Описание лабораторной установки

 

  Лабораторная установка «Опыт Франка и Герца» собрана в виде модуля, содержащего две трёхэлектродные лампы с различными газами. Схема включения лампы приведена на лицевой панели модуля (рис.3). Регулируемый источник тока накала (1) позволяет установить ток, при котором получается удобная для измерений вольтамперная характеристика лампы. Между катодом К и сеткой С включен источник ускоряющего напряжения (2).

  При снятии характеристик по точкам напряжение этого источника регулируется ручкой на панели модуля. Для получения характеристик на экране осциллографа этот источник переводится в режим, при котором его напряжение изменяется по пилообразному закону. Потенциал анода А относительно сетки С устанавливается отрицательным с помощью источника задерживающего напряжения (3). Значение этого напряжения регулируется в пределах от 0 до 6 В ручкой со шкалой на панели модуля.

  В модуле размещены две лампы, наполненные различными газами: лампа Л₁ – гелием, лампа Л₂ – неоном. Выбор лампы производится тумблером 16 «Л₁/Л₂» на передней панели.

  Вид на переднюю панель модуля приведён на рис. 3.

Исследуемые лампы видны в окне 8. Прибор 3 измеряет анодный ток I_a. Ручкой 4 «U_зад» устанавливается значение задерживающего напряжения. На гнездо 13 «U_уск» выведено ускоряющее напряжение. Значения U_зад (9) и U_уск (13) измеряются мультиметром 2 относительно общего провода схемы, выведенного на два гнезда 11.

 

а) Передняя панель модуля

 

 

б) Внешний вид установки

Рис.3.

  На гнездо «у», (10) выведено напряжение, пропорциональное анодному току I_a (коэффициент пропорциональности 0,1 В/мкА, максимальное напряжение 10 В соответствует току 100 мкА). На гнездо (12), «х» - выведено напряжение, пропорциональное ускоряющему напряжению U_уск (коэффициент пропорциональности 0,1; максимальному напряжению 10В соответствует ускоряющее напряжение 100 В). Контроль тока накала осуществляется измерением напряжения на резисторе  между гнёздами «I_н» (14) и «U_уск» (13) значение измеренного напряжения в вольтах равно значению тока в амперах.

  Тумблер (15) «=, _Ù_» управляет режимом измерений. В положении «=» производится снятие характеристики «по точкам», при этом значение ускоряющего напряжения устанавливается двумя ручками «U_уск» (6 – грубая регулировка и 5 – плавная регулировка) и измеряется мультиметром, подключенным к соответствующим гнёздам.

В положении «_Ù_» ускоряющее напряжение измеряется по пилообразному закону. Если при этом с гнёзд «х» и «у» подать сигналы на соответствующие входы осциллографа, то на экране получится исследуемая характеристика лампы – зависимость анодного тока от напряжения.

  Тумблером 17 «сеть» включается модуль.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Задание 1. Определение первого резонансного потенциала по вольтамперной характеристике лампы, заполненной гелием.

1. Подключить шнур питания к сети 220 В.

2. Тумблер 15 – режим измерений – поставить в положение «=».

3. Тумблер 16 – выбор лампы – поставить в положение «Л₁ ».

4. Ручки 4, 5, 6, 7 поставить в положение «0».

5. Включить модуль тумблером 17 – «сеть».

6. Подключить мультиметр 2 к гнезду 13 (красный провод) и 14 (чёрный провод).

7. Установить ручкой 7 ток накала I_н = 1,25 А по шкале DCV – 20 В мультиметра (значение напряжения в вольтах численно равно значению тока в амперах). Подождать 2 минуты.

8. Подключить мультиметр к гнёздам 9 (красный) и 11 (чёрный). Установить задерживающий потенциал U_зад= 4,06 В (или 4,16 В с разрешения преподавателя) ручкой 4 на шкале мультиметра.

9. Подключить мультиметр к гнёздам 11 (чёрный провод) и 13 (красный провод) для измерения ускоряющего напряжения – U_у.

10. Изменяя ускоряющее напряжение  U_у  ручками 6 (грубо) и 5 (плавно), одновременно снять соответствующие значения анодного тока I_a по вольтметру 3 (предел шкалы прибора 100 мкА, то есть 10 В численно равно100 мкА).

10. Полученные данные занести в таблицу 1 в вольтах, а затем перевести в мкА.

Таблица 1

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Uу
V,В
I, A

Задание 2. Определение первого резонансного потенциала по вольтамперной характеристике лампы, заполненной неоном.

1. Тумблер 16 установить в положение «Л₂ ».

2. Установить ток накала I_н = 1,3 А и задерживающий потенциал

U_з= 5,73 В в соответствии пунктов 6, 7, 8 задания № 1. Подождать 2 минуты.

3. Снять значение анодного тока I_a в зависимости от U_у (пункты 9, 10 задания №1) и данные занести в таблицу № 2.

Таблица 2

№ п/п	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Uу
V,В
I, A

 

4. Не меняя значений I_н и U_зад, перейти к выполнению задания № 3.

Задание 3. Наблюдение вольтамперной характеристики на экране осциллографа.

1. Тумблер 15 поставить в положение «_Ù_».

2. Подключить к модулю осциллограф через клеммы «х» (12) и «у» (10). На клемму «Y» выведено напряжение, пропорциональное анодному току I_a (коэффициент пропорциональности 0,1 В/мкА, U_max=10 В – 100 мкА I_a), на клемму «х» выведено напряжение, пропорциональное ускоряющему напряжению U_у (коэффициент пропорциональности 0,1 – U_max=10 В 100 В U_у)

3. Включить осциллограф ручкой «сеть».

4. Изменяя U_уск ручками 5 и 6, получите на экране осциллографа вольтамперную характеристику лампы Л₂, похожую на показанную на рис. 2, т. е. с двумя максимумами и двумя минимумами.

5. Зарисуйте картинку с экрана осциллографа. Определите приближённые значения U₁ и U₂ (рис. 4) для лампы 2. Сравните с величинам, полученными в задании № 2.