3B SCIENTIFIC® PHYSICS
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1.2. R alisation de l exp rience avec le 3B NET og R glez une tension minimale d environ 10 V la sortie V de l unit de commande et une tension maximale d environ 35 V ce qui se fera en utilisant l interface 3B NET og et en mesurant les tensions tr s faibles de l ordre de 1 000 soit entre la douille 3 et la masse soit entre la douille 4 et la masse Les valeurs de tension peuvent galement tre r gl es au moyen d un multim tre Connectez l interface 3B NET og l ordinateur Raccordez la sortie Fast 1 de l unit de commande l entr e A et la sortie Fast 2 l entr e B de l interface 3B NET og voir Fig 2 Lancez l interface d marrez le 3B NET abTV S lectionnez Laboratoire de mesures puis cr ez un nouvel enregistrement S lectionnez les entr es analogiques A et B puis toujours au mode de tension en continue VCC la plage de mesures 200 mV pour A et la plage de mesures 2 V pour B 3B NET og puis programme informatique Fig 1 Montage exp rimental avec lunit de commande pour tubes potentiels critiques Saisissez la formule 667 Input_B unit pA S lectionnez une plage de mesures gale 50 ps un temps de mesure gal 0 05 s et un mode gal Standard l entr e A activez un d clenchement front montant 20 R glez une tension de chauffage de 3 5 V sur le bloc d alimentation continue D marrez l enregistrement des val
3. R alisation de l exp rience avec un oscilloscope e Raccordez la sortie Fasti de l unit de la douille 3 et la masse et entre la douille 4 et la masse R glez une tension de chauffage de 3 5 V commande au Canal 1 d viation X et la sortie Fast 2 au Canal 2 d viation Y de l oscilloscope voir Fig 4 R glez la tension minimale la sortie Va de l unit de commande sur environ 10 V et la tension maximale sur env 35 V puis mesu rez l aide d un multim tre les tensions plus basses situ es autour du facteur 1000 entre sur le bloc d alimentation continue R glages de l oscilloscope Canal 1 50 mV Div Canal 2 0 2 V Div Base de temps 5 ms D clencheur sur Canal 1 e Faites varier la tension de chauffage les limites maxi et mini de la tension d acc l ration ainsi que les param tres de l oscilloscope jusqu obtention d une courbe optimale e Pour enregistrer la courbe d ionisation in versez la polarit de la tension au collecteur Qui 3 A 200 mV se 0 41 VOLT OUT 4 SLOW 2 OSCILLOSCOPE Fig 4 Raccordement d un oscilloscope l unit de commande pour tubes potentiels critiques 7 3 Montage exp rimental avec l appareil pour l exp rience de Franck Hertz e Engagez le tube dans le support pour tube Raccordement de la tension de chauffage UF e Reliez la douille F3 du support pour tube avec la douille F de appar
4. l analyse quantitative des chocs in lasti ques des atomes de gaz inertes avec des lec trons libres la d termination de l nergie d ionisation et des nergies d excitation de h lium la quantification de niveaux d nergie discrets de diff rents nombres quantiques asso ci s aux moments cin tiques global et orbital et enfin la mise en vidence d tats m tastables Le tube potentiels critiques poss de un canon lectronique avec une cathode en wolfram chauffage direct et une anode de forme cylindri que dans un tube en verre sous vide et conte nant de l h lium La paroi interne du tube en verre est rev tue d un mat riau lectroconduc teur et reli e anode La bague collectrice est plac e l int rieur du ballon de telle fa on que le faisceau d lectrons divergent ne puisse pas l atteindre directement L unit pile sert au raccordement de la tension au collecteur diff rence de potentiel invers Ur entre l anode et la bague collectrice 3 Fournitures 1 Tube potentiels critiques S H lium 1 Unit pile pile non fournie 1 Blindage 1 Manuel d utilisation 4 Caract ristiques techniques Remplissage de gaz h lium Tension de chauffage U lt 7VCC Tension anodique Un lt 60 V Courant anodique la lt 10 mA Tension de collecteur UR 1 5 V Courant de collecteur R lt 200 pA env 130 mm env 260 mm Ampoule Longueur totale 5 Autres quipements
5. 3B SCIENTIFICS PHYSICS Tube potentiels critiques S H lium Manuel d utilisation 08 13 ALF N O Q NOORA Co 1 Consignes de s curit Les tubes thermoioniques sont des c nes en verre paroi mince sous vide Manipulez les avec pr caution risque d implosion e N exposez pas le tube des charges m ca niques e N exposez pas les c bles de connexion des charges de traction e Le tube n a le droit d tre utilis que dans le support pour tube S 1014525 Des tensions et des courants trop lev s ainsi que des temp ratures de chauffage de la cathode mal r gl es peuvent entra ner la destruction du tube e Respectez les param tres de service indiqu s e Ne proc dez des c blages que lorsque les dispositifs d alimentation sont teints e Ne montez et ne d montez le tube que lors que les dispositifs d alimentation sont teints Pendant l utilisation du tube son col chauffe e Au besoin laissez refroidir le tube avant de le d monter Le respect de la directive CE sur la compatibilit lectromagn tique est uniquement garanti avec les alimentations recommand es 1000620 pey Douille BNC Rev tement paroi interne sur potentiel d anode Bague collectrice Anode Canon lectronique Filament Broche de contact anode Broches de contact chauf fage 9 Pointe 10 Broche de contact cathode N 2 Description Le tube potentiels critiques S rempli d h lium sert
6. eil pour l exp rience de Franck Hertz et la douille F4 avec la douille K de l appareil voir Fig 5 Raccordement de la tension d acc l ration Un e Reliez la douille C5 du support pour tube avec la douille K de l appareil pour l exp rience de Franck Hertz et la douille A1 avec la douille A de l appareil Le raccordement de la tension au collecteur Up se fait dans l appareil pour l exp rience de Franck Hertz e Coiffez le tube de sa protection poussez celle ci avec son bord repli dans le logement du support de fa on ce que le tube soit enti rement dans la protection Puis raccordez le tout une douille de masse de l unit de commande e _Reliez le c ble de raccordement de la bague collectrice l entr e BNC de l appareil pour l exp rience de Franck Hertz BETRIEBSGER T FRANCK HERTZ OPERATING UNIT FRANCK HERTZ Heu nspan a SaN Gitter Grid Beschleunigung Acceleration ay gnung Q E Q o i 80 a me o N G L sk Fig 5 Montage exp rimental avec l appareil pour l exp rience de Franck Hertz 7 3 1 R alisation de l exp rience avec le 3B NET og e Branchez l interface 3B NET og sur l appareil pour lexp rience de Franck Hertz voir Fig 6 Puis reliez la sortie Ux de l appareil pour l exp rience de Franck Hertz l e
7. ent d ve lopp es Les premi res de ces structures sont celles qui nous int ressent Pour mettre ces zones en vidence proc dez comme suit R duire la valeur plafond de la tension d acc l ration environ 35 V Vous obtenez alors une vue en zoom de la courbe de mesure et les structures deviennent plus visibles Pour agrandir encore l image de la courbe il suffit d augmenter l amplification ou la tension de chauffage Au besoin adaptez les r glages de l oscilloscope en cons quence Augmentez la valeur seuil de la tension d acc l ration env 15 V jusqu ce que le flanc de la courbe commence d crire le premier pic Si besoin augmentez l amplification afin d obtenir une meilleure repr sentation graphique des structures de la courbe e R duire encore la valeur plafond de la tension d acc l ration env 20 V jusqu ce que la courbe s arr te l o le proces sus d ionisation commence La zone de la courbe o se situent les poten tiels critiques est pr sent clairement d limi t e sur l cran de l oscilloscope et les poten tiels critiques peuvent tre clairement identi fi s A TELTRON Product from UK3B Scientific Ltd Suite 1 Formal House Oldmixon Crescent Weston super Mare Somerset BS24 9AY Tel 0044 0 1934 425333 Fax 0044 0 1934 425334 e mail uk3bs 3bscientific com Sous r serve de modifications techniques Copyright 2013 3B Scientific GmbH
8. eurs mesurer tablissez le diagramme o la valeur temps relatif en s est attribu e l axe X et la valeur l axe Y Afin d affiner la courbe des mesures proc dez plusieurs enregistrements de valeurs en augmentant chaque mesure l g rement la tension de chauffage et ainsi optimiser les tensions d acc l ration Ua minimale et maximale Dans le spectre identifiez le pic 2 S 19 8 eV puis d terminez sa position t sur l axe temporel Identifiez la limite d ionisation 24 6 eV puis d terminez sa position t sur l axe temporel Saisissez la nouvelle formule du nom de E et la d finition 19 8 4 8 t t b t unit eV pour 4 et b les valeurs num riques obtenues seront saisies en s tablissez le diagramme o la valeur E est attribu e l axe X et la valeur l axe Y e Pour enregistrer la courbe d ionisation in versez la polarit de la tension de la bague collectrice voir Fig 3 A x 0 41 VOLT OUT 1 SLOW 2 3 200 mV 4 HERTZ TUBE CONSOLE 0 41 VOLT OUT 4 FAST 2 3B NET og Fig 2 Raccordement de l interface 3B NET 0g l unit de commande pour tubes potentiels critiques ITp 1100 1000 300 800 700 600 500 400 300 200 100 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 Ele Fig 3 D termination des potentiels critiques de l atome d h lium courbe de mesure enregistr e avec le 3B NET og 7 2 2
9. ntr e A du 3B NET og et la sortie Uy l entr e B Sur l appareil de Franck Hertz passez au mode Rampe et r glez une tension mini male d env 10 V et une tension maximale d env 35 V R glez la tension de chauffage sur env 3 5 V et la tension de la bague collectrice env 1 5 V Proc dez aux r glages de linterface 3B NET og et du logiciel 3B NET ab puis Heizung Filament O U V Gitter Grid BETRI EBSGER T FRANCK HERTZ OPERATING UNIT FRANCK HERTZ Beschleunigung Acceleration 7 3 2 R alisation de l exp rience avec un oscilloscope Raccordez la sortie Ux de l appareil pour l exp rience de Franck et Hertz au Canal 1 d viation X et la sortie Uy au Canal 2 d viation Y de l oscilloscope voir Fig 7 Sur l appareil de Franck et Hertz passez au mode Rampe et r glez une tension mini male d env 10 V et une tension maximale d env 35 V R glez la tension de chauffage sur env 3 9 V et la tension au collecteur sur env 1 5 V R glages de l oscilloscope Canal 1 50 mV Div Canal 2 0 2 V Div Base de temps 5 ms D clencheur sur Canal 1 l enregistrement des valeurs de mesures comme d crit au par 7 2 1 Faites varier la tension de chauffage les valeurs plafond et seuil de la tension d acc l ration la tension au collecteur ainsi que l amplification jusqu obtention d une courbe optimale Pour enregis
10. requis Mat riel pour le montage du tube 1 Support pour tube S 1014525 1 Commande pour tubes potentiels critiques 115 V ou 230 V 1000633 1008506 1 Alimentation CC 0 20 V 115 V ou 230 V 1003311 1003312 ou 1 Appareil pour l exp rience de Franck et Hertz 115 V ou 230 V 1012819 1012818 Mat riel pour la r alisation des mesures 1 Oscilloscope analogique 2x30 MHz 1002727 2 Cordons HF BNC douille 4 mm 1002748 ou 1 3B NET og 115 V ou 230 V 1000539 1000540 1 3B NET ab 1000544 1 Pile AA 1 5 V 1 Jeu de 15 cordons de s curit 1002843 6 Commande 6 1 Emploi du tube dans le porte tube e Ne montez et ne d montez le tube que lors que les dispositifs d alimentation sont teints e Glissez le tube dans la monture du porte tube en appuyant l g rement dessus jus qu ce que les contacts soient enti rement ins r s dans la monture Veillez au posi tionnement pr cis de la pointe de guidage 6 2 Retrait du tube du porte tube e Laissez refroidir le tube avant de le d mon ter e Pour d monter le tube appuyez sur l arri re de la pointe de guidage jusqu ce que les contacts soient desserr s Puis retirez le tube 7 Exemple d exp rience D termination des potentiels critiques de l atome d h lium 7 1 Informations g n rales Le montage exp rimental avec le tube potentiels critiques est tr s sensible aux pertur bations lectromagn tiques ordinateurs tubes fluo
11. rescents etc e Choisir un emplacement de fa on viter le plus possible ces perturbations lectroma gn tiques 7 2 Montage exp rimental avec l unit de commande pour tubes potentiels critiques e Engagez le tube dans le support pour tube Raccordement de la tension de chauffage Ur e Raccordez la douille F3 du support pour tube au p le positif de la sortie du bloc d alimentation continue et F4 au p le n gatif voir Fig 1 Raccordement de la tension d acc l ration U4 e Raccordez la douille C5 du support pour tube au p le n gatif de la sortie VA de l unit de commande ainsi qu au p le n gatif du bloc d alimentation continue e Raccordez la douille A1 au p le positif de la sortie VA de l unit de commande Raccordement de la tension de la bague collec trice Up e Relier le p le positif de la sortie V de l unit de commande au p le n gatif de la pile AA 1 5 V e Raccordez le p le positif de la batterie de 1 5 V une douille de masse de l unit de commande e Coiffez le tube de sa protection poussez celle ci avec son bord repli dans le logement du support de tube de fa on ce que le tube soit enti rement dans la protection Puis raccordez le tout une douille de masse de l unit de commande e Raccordez le cordon de raccordement du collecteur l entr e BNC de l unit de com mande 7 2 1 A DC POWER SUPPLY 0 20V 0 5A
12. trer la courbe d ionisation in versez la polarit de la tension au collecteur Gegenspannung Reverse bias 3B NET og ce la L WBL U U UE Fig 6 Raccordement de l interface 3B NET og l appareil pour l exp rience de Franck Hertz Faites varier la tension de chauffage les limites maxi et mini de la tension d acc l ration la tension au collecteur amplification ainsi que les param tres de l oscilloscope jusqu obtention d une courbe optimale Pour enregistrer la courbe d ionisation in versez la polarit de la tension au collecteur Heizung Gitter Grid Filament BETRI EBSGER T FRANCK HERTZ OPERATING UNIT FRANCK HERTZ Beschleunigung Acceleration Gegenspannun Ravers bias j OSCILLOSCOPE Fig 7 Raccordement d un oscilloscope l appareil pour l exp rience de Franck Hertz Fig 8 Exemple d une courbe de mesure enregistr e avec l appareil pour l exp rience de Franck Hertz 7 3 3 Calibrage de la courbe de mesure Pour une tension de chauffage de 3 5 V et une tension de la bague collectrice de 1 5 V r glez la valeur seuil de la tension d acc l ration sur 0 V et la valeur plafond sur 60V Tournez le bouton de l amplificateur au maximum L cran de l oscilloscope affiche alors une courbe de mesure sur laquelle on peut voir trois en droits diff rents des structures faiblem
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