Номер 1, страница 163 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

1. Как объяснить механизм ионизации газов, производимой следующими ионизаторами газа:

а) нагреванием до высокой температуры;

б) с помощью рентгеновских лучей;

в) с помощью ультрафиолетовых лучей;

г) с помощью $\alpha$-лучей?

а) нагреванием до высокой температуры

При нагревании газа до высокой температуры значительно возрастает средняя кинетическая энергия его атомов или молекул. Они начинают двигаться с большими скоростями и чаще сталкиваться друг с другом. Если температура достаточно высока, то кинетическая энергия, которой обладают частицы при столкновении, может превысить энергию ионизации атома (минимальную энергию, необходимую для отрыва электрона от атома). В результате такого высокоэнергетического неупругого столкновения один из внешних электронов может быть выбит из своей оболочки, что приводит к образованию положительного иона и свободного электрона. Этот процесс называется термической или ударной ионизацией. Степень ионизации газа сильно зависит от температуры: чем выше температура, тем больше доля ионизированных атомов.

Ответ: Ионизация происходит за счет неупругих столкновений атомов (молекул) газа, обладающих высокой кинетической энергией, достаточной для отрыва электрона от другого атома.

б) с помощью рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи — это вид электромагнитного излучения с очень короткой длиной волны и, следовательно, с высокой энергией фотонов. Механизм ионизации под действием рентгеновских лучей называется фотоионизацией. Когда фотон рентгеновского излучения попадает в атом газа, он может быть полностью поглощен одним из электронов этого атома. Если энергия фотона $E = h\nu$ (где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения) больше, чем энергия связи электрона в атоме (энергия ионизации $E_i$), то электрон вырывается из атома. Атом при этом становится положительно заряженным ионом. Избыточная энергия фотона ($E - E_i$) передается выбитому электрону в виде кинетической энергии. Энергия рентгеновских фотонов настолько велика, что они способны ионизировать атомы любого газа, выбивая электроны даже с самых глубоких электронных оболочек.

Ответ: Ионизация газа происходит в результате поглощения атомом высокоэнергетического рентгеновского фотона и последующего выбивания электрона из атома (фотоионизация).

в) с помощью ультрафиолетовых лучей

Ультрафиолетовые лучи, как и рентгеновские, являются электромагнитным излучением, но их фотоны обладают меньшей энергией. Механизм ионизации здесь также фотоионизация. Фотон ультрафиолетового излучения поглощается электроном в атоме газа. Если энергия этого фотона достаточна, чтобы преодолеть силы, удерживающие электрон в атоме (то есть превышает энергию ионизации), электрон покидает атом. Однако, в отличие от рентгеновских лучей, энергия фотонов ультрафиолетового излучения не всегда достаточна для ионизации любого газа. Ионизация произойдет только в том случае, если энергия фотона будет больше или равна энергии ионизации атомов конкретного газа. Поэтому ультрафиолетовое излучение способно ионизировать не все газы, а лишь те, у которых относительно невысокая энергия ионизации.

Ответ: Ионизация происходит путем поглощения атомом фотона ультрафиолетового излучения, энергия которого превышает энергию ионизации данного атома, что приводит к вырыванию электрона.

г) с помощью α-лучей

α-лучи (альфа-лучи) представляют собой поток быстрых, положительно заряженных α-частиц (ядер атомов гелия, $He^{2+}$). Пролетая сквозь газ, α-частица, обладающая большим зарядом и массой, активно взаимодействует с атомами и молекулами газа посредством электростатических (кулоновских) сил. Она притягивает к себе отрицательно заряженные электроны атомов и отталкивает их положительно заряженные ядра. В результате этого взаимодействия α-частица может передать одному из электронов атома энергию, достаточную для его отрыва. Этот механизм называется ударной ионизацией заряженной частицей. Каждая α-частица на своем пути создает множество пар ионов (положительный ион и электрон), образуя так называемый трек ионизации, и при этом постепенно теряет свою кинетическую энергию.

Ответ: Ионизация происходит в результате кулоновского взаимодействия быстро летящей α-частицы с электронами в атомах газа, приводящего к отрыву этих электронов и образованию ионов.