Номер 4, страница 319 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. Какие причины могут вызывать несамостоятельный электрический разряд?

4. Несамостоятельный электрический разряд — это прохождение электрического тока через газ, которое происходит только при наличии внешнего ионизатора. Газы в обычных условиях являются диэлектриками, так как их молекулы нейтральны. Чтобы газ стал проводником, в нём должны появиться свободные носители заряда — электроны и ионы. В несамостоятельном разряде эти носители создаются исключительно под действием внешних факторов. Если действие внешнего ионизатора прекратить, разряд немедленно остановится.
Причинами, вызывающими несамостоятельный разряд, являются любые внешние воздействия, способные ионизировать газ, то есть отрывать электроны от его атомов или молекул. К таким причинам (ионизаторам) относятся:
1. Нагревание газа до высокой температуры. При высоких температурах (порядка 1000 K и выше) кинетическая энергия частиц газа становится достаточной для ионизации при столкновениях (термическая ионизация).
2. Воздействие ионизирующих излучений. Энергии фотонов или частиц в таких излучениях достаточно для выбивания электронов из атомов газа. Сюда входят:
- Рентгеновское и гамма-излучение.
- Ультрафиолетовое излучение.
- Потоки частиц: альфа-частиц (ядер гелия), бета-частиц (электронов), протонов, нейтронов. Такие частицы, пролетая через газ, ионизируют его на своём пути.
3. Химические реакции. Некоторые экзотермические химические реакции, например, горение в пламени, сопровождаются образованием ионов.

Ответ: Несамостоятельный электрический разряд могут вызывать внешние ионизаторы, такие как высокая температура, ионизирующие излучения (рентгеновское, ультрафиолетовое, потоки частиц) и некоторые химические реакции (например, пламя).

5. Основное отличие самостоятельного электрического разряда от несамостоятельного заключается в механизме генерации носителей заряда (электронов и ионов), необходимых для поддержания тока.
Несамостоятельный разряд, как следует из названия, не может существовать самостоятельно. Он полностью зависит от внешнего ионизатора (например, ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, высокой температуры), который создаёт в газе свободные электроны и ионы. Если убрать внешний ионизатор, то рекомбинация частиц приведёт к быстрому прекращению разряда и ток исчезнет. Сила тока в таком разряде ограничена мощностью ионизатора.
Самостоятельный разряд, напротив, способен поддерживать себя сам после того, как он был инициирован. Для его существования не требуется внешний ионизатор. Необходимые для поддержания тока носители заряда генерируются в самом газовом промежутке благодаря процессам, вызванным сильным электрическим полем между электродами. Главный из этих процессов — ударная ионизация. Электроны, ускоренные сильным электрическим полем, приобретают достаточную кинетическую энергию, чтобы при столкновении с нейтральным атомом или молекулой газа ионизировать их, создавая новую пару носителей (электрон и положительный ион). Новые электроны также ускоряются полем и вызывают последующие ионизации, что приводит к лавинообразному нарастанию числа заряженных частиц (электронная лавина). Таким образом, разряд поддерживает сам себя. Самостоятельный разряд возникает только тогда, когда напряжение между электродами превышает определённое пороговое значение, называемое напряжением пробоя.

Ключевые отличия:
- Источник ионизации: внешний фактор для несамостоятельного разряда и внутренние процессы (ударная ионизация) в сильном электрическом поле для самостоятельного.
- Условие существования: наличие внешнего ионизатора для несамостоятельного и достаточно сильное электрическое поле (выше напряжения пробоя) для самостоятельного.
- Поведение после прекращения внешнего воздействия: несамостоятельный разряд прекращается, а самостоятельный продолжается, пока поддерживается высокое напряжение.

Ответ: Самостоятельный разряд отличается от несамостоятельного тем, что он сам создаёт и поддерживает необходимое количество носителей заряда (электронов и ионов) за счёт ударной ионизации в сильном электрическом поле, в то время как несамостоятельный разряд существует только при действии внешнего ионизатора.