2. Магнитное поле постоянного магнита.

1. Установите катушку со столиком и постоянный магнит на штыри в правой стороне каркаса (для ЛКЭ – 1) или катушку со столиком на штырь, а постоянный магнит на рельсе (для ЛКЭ – 2,6);

2. В катушке поместить компас;

3. На генераторе ручку «ИПН» источник постоянного напряжения немного отклонить от нулевого положения в положительную область;

4. На вольтметре использовать предел 2В (2000мВ);

5. Используя метод тангенс-буссоли п. I определить значения тока и индукцию В₁ поля на оси магнита и индукцию В₂ поля в плоскости, перпендикулярной этой оси.

• Для измерения индукции В₁ поля на оси магнита нужно плоскость катушки ориентировать параллельно рельсе, изменяя ток катушки ручкой «ИПН» и меняя расстояние между магнитом и катушкой добиться отклонения стрелки компаса от плоскости катушки на 45. Расстояние между центрами катушки и магнита измеряется линейкой.

• Для измерения индукции В₂ поля в плоскости магнита нужно поменять местами магнит и катушку (катушка на рельсе, а магнит на штыре), расположить магнит так, чтобы его плоскость была параллельно рельсе.

• Расчет индукции производится по формуле п. I.8.

6. Результаты запишите в виде:

Значения тока I₁ = ______А, I₂ = ______А.

Индукция магнитного поля В₁ = ______Тл, В₂ = ______Тл.

Расст. между катушкой и магнитом l₁ = ______см, l₂ = ______см.

3. Расчет параметров магнита.

1. Если известен магнитный момент магнита или замкнутого контура с током p_m, то индукции магнитного поля на расстоянии значительно большем его линейных размеров (по крайней мере, в несколько раз, т.е. когда магнит или контур можно считать диполем) на его оси В₁ и в плоскости контура или магнита В₂ определяется следующим образом:

, ,

где l – расстояние между центром магнита или контура и точкой, расположенной на оси или в плоскости этого контура, в которой определяется индукция.

2. Измерив индукцию магнитного поля на оси и в плоскости магнита (в п. II), находим магнитный момент магнита:

= ______Ам², = ______Ам².

В качестве значения магнитного момента p_m, примем их среднее значение:

= ______Ам².

3. Находим намагниченность магнита:

= _______А/м. ________Тл.

где V = 27,4 см³.

4. Сделайте вывод по проделанной работе.

5. Ответьте на следующие контрольные вопросы:

• Магнитное поле и его характеристики.

• Магнитное поле Земли.

• Магнитное наклонение и магнитное склонение.

• В чём заключается метод тангенс-буссоли?

• Используя теорему о циркуляции магнитного поля, вывести расчётную формулу для нахождения магнитной индукции поля Земли.

• Постоянные магниты. Их основные параметры.

Лабораторная работа №9 Определение работы выхода электронов

Цель работы: Изучить метод и определить работу выхода электронов из металла.

Оборудование: ЛКЭ – 4: (соединительные провода.)

Краткие теоретические сведения

Как показывает опыт, свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно, в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из твердого тела в вакуум, называется работой выхода. Укажем две вероятные причины возникновения работы выхода:

1. Если электрон по какой-то причине удаляется из металла, то в том месте, которое электрон покинул, возникает избыточный положительный заряд и электрон притягивается к индуцированному им самим положительному заряду.

2. Отдельные электроны, покидая металл, удаляются от него на расстояния порядка атомных и создают тем самым над поверхностью металла «электронное облако», плотность которого быстро убывает с расстоянием. Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решетки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (10^-10 – 10^-9 м). Он не создает электрического поля во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла.

Таким образом, электрон при вылете из металла должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя. Разность потенциалов  в этом слое, называемая поверхностным скачком потенциала, зависит от работы выхода (А_В) электрона из металла:

,

где е — заряд электрона. Так как вне двойного слоя электрическое поле отсутствует, то потенциал среды равен нулю, а внутри металла потенциал положителен и равен . Потенциальная энергия свободного электрона внутри металла равна – е и является относительно вакуума отрицательной. Исходя из этого, можно считать, что весь объем металла для электронов проводимости представляет потенциальную яму с плоским дном, глубина которой равна работе выхода А_В.

Работа выхода выражается в электрон-вольтах (эВ): 1 эВ равен работе сил поля при перемещении элементарного электрического заряда (заряда, равного заряду электрона) при прохождении им разности потенциалов в 1 В. Так как заряд электрона равен 1,6·10 ^-19 Кл, то 1 эВ = 1,6·10^-19 Дж.

Работа выхода зависит от химической природы металлов и от чистоты их поверхности и колеблется в пределах нескольких электрон-вольт (например, у калия А_В = 2,2 эВ, у платины А_В = 6,3 эВ). Подобрав определенным образом покрытие поверхности, можно значительно уменьшить работу выхода. Например, если нанести на поверхность вольфрама (А_В = 4,5 эВ) слой оксида щелочноземельного металла (Са, Sr, Ba), то работа выхода снижается до 2 эВ.