Номер 3, страница 163 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

3. Что такое ионизация газа? Опишите, как она протекает.

3. Ионизация газа — это процесс образования свободных носителей заряда (положительных и отрицательных ионов, а также свободных электронов) из электрически нейтральных атомов и молекул газа. В нормальных условиях газы являются диэлектриками, так как состоят из нейтральных частиц. Чтобы газ стал проводником электрического тока, необходима его ионизация.

Процесс ионизации протекает следующим образом: к атому или молекуле газа подводится внешняя энергия, достаточная для того, чтобы оторвать от него один или несколько электронов. Эта минимальная энергия называется энергией ионизации. В результате этого процесса исходный нейтральный атом (или молекула) превращается в положительно заряженный ион, а оторвавшийся электрон становится свободным. Этот процесс можно представить так: $ A_0 + E \rightarrow A^+ + e^- $, где $ A_0 $ — нейтральный атом, $ E $ — подводимая энергия, $ A^+ $ — положительный ион, а $ e^- $ — свободный электрон.

Свободный электрон может, в свою очередь, присоединиться к другой нейтральной молекуле, образовав отрицательно заряженный ион: $ A_0 + e^- \rightarrow A^- $.

Существует несколько основных способов ионизации газа (механизмов воздействия), которые обеспечивают необходимую энергию:

• Термическая ионизация: происходит при очень высоких температурах (тысячи кельвинов), когда кинетическая энергия теплового движения атомов становится достаточной для ионизации при их столкновениях. Этот процесс важен в звездах и в пламени.
• Ударная ионизация (или ионизация электронным ударом): происходит, когда частица (чаще всего электрон, но может быть и ион), разогнанная электрическим полем, сталкивается с нейтральным атомом и выбивает из него электрон. Если энергия налетающего электрона достаточна, то в результате одного столкновения вместо одного свободного электрона появляются два. Этот процесс может носить лавинообразный характер и является ключевым в газовых разрядах.
• Фотоионизация: ионизация под действием электромагнитного излучения (света). Если энергия кванта света (фотона) $ h\nu $ превышает энергию ионизации атома, то при поглощении фотона атом ионизируется. Это происходит под действием ультрафиолетового, рентгеновского или гамма-излучения.
• Ионизация сильным электрическим полем (автоионизация): при очень высокой напряженности электрического поля (порядка $ 10^8 $ В/м) происходит искажение потенциальной ямы атома, что позволяет электрону либо туннелировать сквозь потенциальный барьер, либо покинуть атом надбарьерно.

Вместе с процессом ионизации всегда протекает и обратный процесс — рекомбинация, при котором ион и электрон соединяются, образуя нейтральный атом. Установившееся состояние ионизированного газа (плазмы) характеризуется балансом между скоростью ионизации и скоростью рекомбинации.

Ответ: Ионизация газа — это процесс отрыва электронов от атомов или молекул газа под воздействием внешней энергии, в результате чего образуются свободные носители заряда: положительные ионы и свободные электроны. Этот процесс может происходить под действием высокой температуры, столкновений с быстрыми частицами, электромагнитного излучения или сильного электрического поля. В результате ионизации газ из диэлектрика превращается в проводник.