Пошук навчальних матеріалів по назві і опису в нашій базі:

Електричний струм у газах




279.37 Kb.
НазваЕлектричний струм у газах
Сторінка1/5
Дата конвертації21.10.2012
Розмір279.37 Kb.
ТипДокументы
Зміст
Ударна іонізація
Термічна іонізація
Таблиця 8.1.1. Енергії збудження та іонізації деяких газів.
Польова іонізація
Рекомбінація в газі
  1   2   3   4   5

Глава 8

електричний струм у газах

8.1. Іонізація та рекомбінація в газах

Загальні зауваження


Проходження електричного струму в газі та сукупність явищ, які супроводжують цей процес, називається газовим розрядом. Газовий розряд підтримується полем джерела електричної енергії, увімкненого між електродами. Якщо генерація вільних носіїв електричного заряду в газі відбувається за рахунок зовнішнього іонізатора (розжарення катода електричним струмом, опромінення газу оптичним, рентгенівським чи радіоактивним випромінюванням та ін.), то розряд називається несамостійним. Якщо частина енергії джерела струму затрачується на створення вільних зарядів (електронів, іонів) у газі, то розряд називається самостійним, оскільки він не потребує для свого існування зовнішнього іонізатора.

Електричні процеси в газовому розряді проходять значно складніше ніж у вакуумі. Якщо у вакуумі струм створюється лише електронами, випущеними із катода, то для розуміння процесів, які відбуваються в газовому розряді, необхідно враховувати також явища збудження та іонізації молекул газу. Найчастіше результатом іонізації є розпад нейтральної молекули на позитивний іон – катіон та електрон. Вільні електрони можуть приєднуватися до нейтральних молекул, утворюючи негативні іони – аніони. Ефективними джерелами аніонів є водяна пара та водень. Молекули інертних газів, якими найчастіше заповнюють балони іонних приладів, аніонів не утворюють.

Зворотний процес – нейтралізація газу визначається двома факторами. Це – рекомбінація протилежних зарядів та електричний струм, який витягує заряди з об’єму газу на електроди, де вони нейтралізуються. Внаслідок рекомбінації електрона з катіоном утворюється нейтральна молекула (електронно-іонна рекомбінація). Результатом рекомбінації катіона з аніоном є дві нейтральні молекули (іонна рекомбінація).

Ударна іонізація


В газовому розряді нейтральні молекули взаємодіють як із зарядженими частинками, так і з квантами променистої енергії. Взаємодія частинок поділяється на пружну та непружну. У випадку пружної взаємодії частинки лише обмінюються кінетичною енергією, а сумарна енергія їх залишається незмінною. У пружних зіткненнях кількість частинок не змінюється, оскільки іонізація відсутня. Також відсутнє збудження молекул, тобто переходи електронів на збуджені енергетичні рівні молекул. При непружних зіткненнях кінетична енергія обох частинок не зберігається. Якщо частина кінетичної енергії під час взаємодії з іншою частинкою затрачується на збудження або іонізацію молекули, то такий процес називається зіткненням першого роду. У випадку зіткнень другого роду кінетична енергія частинок, навпаки, збільшується за рахунок енергії, що виділяється під час безвипромінювальній рекомбінації, стимульованої зіткненням збудженої молекули з іншою.

Розглянемо докладніше непружні зіткнення першого роду. Нехай частинка (іон, електрон, молекула) маси налітає зі швидкістю на нерухому молекулу маси . Запишемо закон збереження енергії та імпульсу, вважаючи зіткнення центральним

; (8.1.1)

,

де  – швидкість першої та другої частинок після зіткнення, відповідно, – енергія, затрачена на збудження чи іонізацію другої частинки. Вилучивши з рівнянь (8.1.1), отримуємо

. (8.1.2)

Вважаючи швидкість заданою, знайдемо максимальну енергію, передану першою частинкою, виходячи з умови , що дає . Тобто максимальна енергія збудження визначається формулою

.

Якщо перша частинка несе заряд q, то в електричному полі вона отримає кінетичну енергію , де  – різниця потенціалів між положеннями двох послідовних зіткнень. Тобто

. (8.1.3)

Формула засвідчує, що максимальна ефективність перетворення кінетичної енергії в енергію збудження чи іонізації молекули досягається за умови, що маса частинки, яка налітає, значно менша ніж маса молекули, що зазнає удару (). Тоді дріб у (8.1.3) близький до одиниці, тобто практично вся кінетична енергія легкої частинки віддається на збудження чи іонізацію молекули. Отже, найбільш ефективною іонізуючою частинкою є електрон.

Термічна іонізація


Енергія іонізації молекули газу складає одиниці, а у благородних газах навіть десятки електрон-вольт (див. табл. 8.1.1). Кімнатній температурі відповідає значно менша енергія , тобто для створення інтенсивної термічної іонізації необхідна висока температура. У зв’язку з цим в іонних приладах термічна іонізація як самостійний механізм практично не використовується. Винятком є дуговий розряд (п. 8.5), де якраз термічна іонізація електронів із катода є основним механізмом підтримання самостійного розряду.

Фотоіонізація


Збудження та іонізація газу внаслідок поглинання ними фотонів називається фотозбудженням та фотоіонізацією, відповідно. Фотоіонізація може бути безпосередньою чи ступеневою. У ступеневій іонізації молекула спочатку збуджується на деякий проміжний енергетичний рівень і, не встигнувши зрелаксувати, іонізується внаслідок поглинання наступного фотона. Для прямої іонізації необхідно, щоб енергія фотона перевищувала енергію іонізації молекули. Значення енергії іонізації газів, якими наповнюють балони іонних приладів, подано в табл. 8.1.1. Видно, що кванти видимого світла здатні іонізувати інертні гази та пару ртуті лиш у ступеневих процесах.

Таблиця 8.1.1. Енергії збудження та іонізації деяких газів.

Газ





Гелій

20,9

24,5

Неон

16,8

21,5

Аргон

12,5

15,6

Водень

11,2

16,4

Криптон

9,9

14,0

Ксенон

8,3

12,1

Пара ртуті

4,8

10,4

Польова іонізація


Польова (автоелектронна, холодна) емісія електронів викликається сильним електричним полем . Поле такої величини виникає на катоді поблизу виступів із малим радіусом заокруглення. Певний внесок дає також безпосередня іонізація молекул газу, які потрапляють в область сильно неоднорідного поля.

Рекомбінація в газі


Поряд з іонізацією, яка призводить до збільшення числа заряджених частинок, відбувається зворотний процес – рекомбінація зарядів протилежних знаків. Ефективність рекомбінації зростає зі зменшенням відносної швидкості взаємодійних зарядів. При однакових кінетичних енергіях електрона та іона перший внаслідок малої маси має значно більшу швидкість, тому ефективність електронно-іонної рекомбінації менша ніж іонної. Якщо процес іонізації вимагає затрати енергії, то при рекомбінації, навпаки, енергія виділяється у вигляді кванта світла – випромінювальна рекомбінація, або ж перетворюється в тепло при безвипромінювальній рекомбінації.
  1   2   3   4   5

Схожі:

Електричний струм у газах iconЕлектричний струм у газах
Розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у різних середовищах, зокрема в газах
Електричний струм у газах iconЛекція №3 Електричний струм. Електричний струм у вакуумі. Електричний струм у газах
Література: Ф.Є. Євдокімов. Теоретичні основи електротехніки. Київ-Донецьк “Вища школа” 1983 р стр. 26-36
Електричний струм у газах iconЕлектричний струм у різних середовищах (металах, рідинах, газах), та його використання
Тема: Електричний струм у різних середовищах (металах, рідинах, газах), та його використання
Електричний струм у газах iconІV. постійний Електричний струм §58. Постійний електричний струм
В електродинаміці розглядаються явища і процеси, що зв’язані з рухом електричних зарядів або макроскопічних заряд­жених тіл. Одним...
Електричний струм у газах iconЕлектричний струм у газах. Самостійний і несамостійний розряди. Застосування струму в газах у побуті, в промисловості, техніці. Мета уроку
Мета уроку: пояснити природу виникнення струму в газах, сформувати уявлення про самостійний і несамостійний розряди, показати практичне...
Електричний струм у газах iconПитання для проведення співбесіди з фізики за напрямом підготовки “Радіотехніка”
Електричний струм в газах. Самостійний та несамостійний розряди. Поняття про плазму
Електричний струм у газах iconЕлектричний струм
Отже, електричний струм – це спрямований рух електричних зарядів. За домовленістю напрямок струму збігається з напрямком руху позитивних...
Електричний струм у газах iconПитання співбесіди з фізики за напрямом підготовки «Радіотехніка» для вступу до Київського національного університету імені Тараса Шевченка Механіка
Електричний струм в газах. Самостійний та несамостійний розряди. Поняття про плазму
Електричний струм у газах iconЕлектричний струм у рідинах
Розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у різних середовищах, зокрема в рідинах
Електричний струм у газах iconЕлектричний струм у різних середовищах
Вкажіть, в яких середовищах електричний струм створюється виключно напрямленим рухом електронів
Додайте кнопку на своєму сайті:
ua.convdocs.org


База даних захищена авторським правом ©ua.convdocs.org 2014
звернутися до адміністрації
ua.convdocs.org
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Випадковий документ

опубликовать
Головна сторінка