Почему ионизация электронным ударом не может обеспечить разряд в газе

Обновлено: 28.06.2024

В обычном состоянии газы обладают низкой проводимостью, так как состоят из незаряженных частиц. Чтобы вызвать в газе электропроводность нужно создать и поддерживать в нем достаточную концентрацию заряженных частиц. Отрыв электрона от атома или молекулы (ионизация) требует передачи электрону определенной энергии. Величина энергии ионизации зависит от строения атома или молекулы. Для появления электропроводности достаточно появления отрицательных и положительных ионов (ионной диссоциации молекул). В результате столкновений положительно заряженных ионов с электронами или с отрицательно заряженными ионами возможна нейтрализация (рекомбинация) частиц ионизированного газа. При рекомбинации энергия может уноситься излучением фотонов. То есть для поддержания нужной концентрации заряженных частиц в газе требуется вкладывать в него энергию. Это может быть достигнуто как нагревом газа до высоких температур, так и воздействием ионизирующего излучения или протеканием тока через газ. В качестве ионизирующего излучения могут использоваться фотоны с энергией большей потенциала ионизации, например, ультрафиолетовое излучение или более коротковолновое. Ионизация происходит и от столкновений молекул газа с заряженными частицами если их кинетическая энергия больше потенциала ионизации.

Существует еще одна очень важная особенность проводимости газов. Концентрация заряженных частиц может изменяться в процессе разряда за счёт ионизации и рекомбинации и зависит от напряженности электрического поля.

В свою очередь, протекание тока в газе может изменять его свойства, такие как давление или температура. Более подробно эти явления рассмотрены в [1] 1) . Указанные причины приводят к тому, что газовые проводники, как правило, не подчиняются закону Ома.

Если в цепи, изображенной на рисунке подать напряжение на электроды источника, то часть заряженных частиц будет приходить на электроды и в цепи появится ток. По мере роста напряжения ток будет расти за счет увеличения сбора заряженных частиц электродами вплоть до того момента, когда на электроды будут собираться все заряженные частицы, рожденные в промежутке. При дальнейшем увеличении напряжения может произойти резкое нарастание тока – электрический пробой межэлектродного промежутка.

При увеличении напряжения источника в промежутке возникает газовое усиление — увеличение количества свободных зарядов в промежутке за счёт того, что первичные электроны на своём пути к аноду в больших электрических полях приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации нейтральных атомов, вызывая генерацию лавин. Ток в промежутке, обусловленный газовым усилением, возрастает с ростом напряжения, разряд по-прежнему остается несамостоятельным. Этот режим носит название темный разряд, поскольку газ при таких условиях почти не излучает. Через сопротивление R протекает очень малый ток ($I \leq 10^$ А), практически все напряжение источника питания приложено к разрядному промежутку. При дальнейшем увеличении напряжения и тока разряд становится самостоятельным и не требует для своего поддержания внешнего ионизатора. Поле в промежутке начинает искажаться пространственным зарядом, вследствие чего разряд переходит в режим нестационарных пробоев промежутка (так называемый стримерный режим), проявляющийся в вольтамперной характеристике гистерезисной петлей, и далее переходит в самостоятельный разряд. Ток в промежутке возрастает, сопротивление промежутка становится сравнимым с сопротивлением внешней цепи $R$, и напряжение на промежутке падает. Увеличение тока можно осуществить, либо поднимая напряжение источника, либо уменьшая сопротивление резистора. В результате возникает нормальный тлеющий разряд с почти постоянным напряжением в широком диапазоне токов ($10^$ — $10^$ А), изучаемый в настоящей работе.

Минимальная разность потенциалов, при которой происходит переход газового разряда в стадию самостоятельного, называется потенциалом зажигания $U_з.$ Его величина зависит от природы и давления газа, от материала, формы и состояния поверхности электродов, от расстояния между ними. Сильное влияние на величину потенциала зажигания оказывает наличие даже незначительных примесей к основному газу, заполняющему межэлектродный промежуток.

При самостоятельном тлеющем разряде основным способом ионизации атомов или молекул является ионизация электронным ударом. Она становится возможной тогда, когда электрон на длине свободного пробега приобретает кинетическую энергию, достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома или молекулы (эта величина называется потенциалом ионизации). Ионы с такой же кинетической энергией практически не ионизируют газ. Причину этого легко понять, используя квазиклассическую модель Бора для атома водорода. В ней атом рассматривается как состоящий из положительно заряженного ядра, вокруг которого по круговой орбите вращается электрон. Величина энергии, передаваемая налетающей заряженной частицей электрону атома, зависит от соотношения их скоростей. Эта энергия максимальна, когда скорость частицы близка к орбитальной скорости электрона (случай резонанса скоростей) и, соответственно, мала, когда эти скорости сильно отличаются. Для столь же эффективной ионизации ионом его энергия должна быть в $\frac$ раз больше, чем у электрона.

При понижении давления в разрядном промежутке увеличивается длина свободного пробега электрона, и за время между столкновениями он успевает приобрести достаточную для ионизации энергию в электрическом поле с меньшей напряженностью. Тлеющий разряд может возникать при давлениях газа вплоть до атмосферного, однако подавляющее большинство исследований тлеющего разряда проведено при давлении от сотых долей до нескольких миллиметров ртутного столба. Явление самостоятельного разряда нашло широкое применение в технике: основным режимом работы различных тиратронов с холодным катодом, неоновых ламп, плазменных мониторов и других газоразрядных приборов является самостоятельный тлеющий разряд.

Снижая разность потенциалов между электродами, можно погасить установившийся самостоятельный разряд, причем потенциал гашения $U_г,$ при котором самостоятельный разряд прекращается, ниже $U_з,$ так что $\Delta U = U_з - U_г$ имеет величину порядка десяти вольт. Разница $\Delta U$ объясняется перераспределением потенциала в зазоре при разгорании разряда. Во время горения самостоятельного разряда весьма велико количество свободных носителей заряда, образующих газоразрядную плазму. Электрическое поле вытесняется электропроводящей плазмой, как металлом, в приэлектродные зазоры, приводя к локальному повышению напряженности электрического поля. В зазорах у электронов сразу набирается энергия бОльшая, чем было без плазмы, и коэффициент ионизации у них возрастает. Поэтому при снижении напряжения между электродами критическая для ионизации энергия электронов достигается при меньшем напряжении гашения, чем напряжение зажигания без свободных носителей заряда. Если приложить к газоразрядному промежутку переменное напряжение, то его типичная вольт–амперная характеристика (ВАХ) будет выглядеть, как показано на рисунке:

Почему ионизация электронным ударом не может обеспечить существование разряда в газах?

. Какие частицы могут создавать электрический ток в газах и вакууме?

1) в газах - любые, в вакууме - электроны 2) в газах - электроны, в вакууме - любые заряженные частицы 3) в газах - ионы и электроны, в вакууме - любые

заряженныечастицы 4) в газах - ионы, в вакууме - электроны

Минимальный заряд, который может быть перенесен через вакуум, равен заряду 1) электрона 2) нейтрона 3) атома 4) 100 электронов

В каких средах при прохождении электрического тока не происходит переноса вещества?

1) металлах и полупроводниках 2) растворах электролитов и газов 3) полупроводниках и электролитах 4) растворах электролитов и металлах

Термоэлектронная эмиссия - это процесс 1) нагревания катода 2) испускания электронов нагретыми до высокой температуры

веществами 3) переноса заряда ионами 4) образования электронов и положительно заряженных ионов

Несамостоятельный разряд - это 1) протекание тока через газ без какого - либо внешнего

воздействия 2) протекание электрического тока через газ при нагревании 3) протекание электрического тока через газ под действием

излучения 4) протекание электрического тока через газ при условии

В газах возможна ионизация 1) электронным ударом 2) термическая ионизация 3) фотоионизация 4) все указанные варианты

Плазма - это частично или полностью ионизированный газ, в котором 1)плотность отрицательно заряженных частиц выше, чем у

положительно заряженных частиц 2) плотность отрицательно заряженных частиц ниже, чем у

положительно заряженных частиц 3) плотность отрицательно заряженных частиц равна плотности

положительно заряженных частиц 4) все частицы электрически нейтральны.

4. Электронный пучок в осциллографе управляется?

4. Электронный пучок в осциллографе управляется.

А. электрич полем Б.

В. электромагнитным полем Г правильного ответа нет 5.

Потери электроэнергии в линиях электропередач высокого напряжения в соновном определяется .

А. искровым разрядом Б.

Дуговым разрядом В.

Тлеющим разрядом Г.

Коронным разрядом 6.

Основной причиной возникновения дугового разряда является.

А. высокое напряжение на электродах.

Б. термрэлектронная эмиссия В.

Осгобенности строения электродов 7.

Электроны в вакуумном диоде образуются вследствие явления.

А. термоэлектронной эмиссии Б.

Электронный пучок в телевизоре управляется.

А. электрич полем Б.

Магнитным полем В.

Электромагнитным полем Г.

Правильного ответа нетттттт 11.

Причиной свечения ламп дневного света является.

А. искровой разряд Б.

Дуговой разряд В.

Тлеющий разряд Г.

Ионизация газа что это?

Кратко самое главное и понятно).

При каком напряжении загорается неоновая лампочка, если энергия ионизации атома 21, 6 эВ, а средняя длина свободного пробега электрона в газе 1 мм?

При каком напряжении загорается неоновая лампочка, если энергия ионизации атома 21, 6 эВ, а средняя длина свободного пробега электрона в газе 1 мм?

Расстояние между электродами в лампе 1см.

Откуда берутся заряженные частицы при искровом электрическом заряде?

1. в результате нагревания воздуха электрическим током происходит термическая ионизация 2.

Молекулы газа ионизируются ударами электронов, разгоняемых эл.

Молекулы газа ионизируются ударами ионов, разгоняемых эл.

Под действием эл.

Поля высокой напряженности молекулы газа распадаются на положительные и отрицательные ионы.

5. под действием эл.

Поля высокой напряженности молекулы газа распадаются на электроны и положительные ионы.

Электрон движется с минимальной скоростью 22, 6х10 ^ 5 м / с, необходимой дляударной ионизации атома азота?

Электрон движется с минимальной скоростью 22, 6х10 ^ 5 м / с, необходимой для

ударной ионизации атома азота.

Чему равен результат ионизации этого атома?

Задача 1) При переходе электрона в атоме водорода из стационарного состояния энергии ( - 0, 85эВ), излучается фатон с энергией равной 2, 55эВ?

Задача 1) При переходе электрона в атоме водорода из стационарного состояния энергии ( - 0, 85эВ), излучается фатон с энергией равной 2, 55эВ.

Рассчитайте энергию конечного состояния электрона?

Задача 2) Для ионизации атома азота необходима энергия 14, 53эВ.

Найдите длину волны излучения которое вызовет ионизацию?

Что является причиной давления газа на стенки сосуда?

А) заполнение газом всего предоставленного объема ; б) существование между молекулами сил притяжения и отталкивания ; в) удары молекул о стенки сосуда ; г) все перечисленные причины.

Закон Паскаля справедлив : а) только для жидкостей ; б) только для газов ; в) только для твердых тел ; г) только для жидкостей и газов.

Человек услышал удар молнии через 15 сек как она ударила, на каком расстоянии человек услышал разряд?

Какова природа полярных сияний?

1) ионизация быстрыми электронами молекул газов, входящих в состав воздуха 2) свечение газов, ежесекундно выбрасываемых Солнцем в пространство между планетами 3) свечение быстрых электронов, выбрасываемых Солнцем 4) свечение восходящих от земли потоков воздуха.

Читайте также: