Номер 5, страница 163 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

5. Как выглядит вольт-амперная характеристика тока в газе? Объясните характер этой кривой.

5. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тока в газе представляет собой график зависимости силы тока $I$ от приложенного между электродами напряжения $U$. Эта зависимость является нелинейной и имеет сложный характер, который объясняется процессами ионизации и движения зарядов в газе. Для ее получения, как правило, газ подвергают действию внешнего ионизатора (например, рентгеновского излучения).

Кривую можно условно разделить на несколько участков:

1. Начальный участок (Омический). При очень малых напряжениях сила тока растет прямо пропорционально напряжению, подчиняясь закону Ома. На этом этапе создаваемое электрическое поле еще слишком слабо, чтобы собрать все заряды, генерируемые ионизатором. Часть электронов и ионов рекомбинирует, не достигнув электродов. С ростом напряжения скорость дрейфа зарядов увеличивается, и все большая их доля доходит до электродов, увеличивая ток.

2. Участок насыщения. По мере увеличения напряжения наступает момент, когда все заряженные частицы, создаваемые ионизатором в единицу времени, достигают электродов. Дальнейшее увеличение напряжения уже не приводит к росту тока, так как количество носителей заряда ограничено мощностью ионизатора. Ток достигает постоянного значения, называемого током насыщения $I_{нас}$. Его величина определяется скоростью генерации зарядов ионизатором.

3. Участок ударной ионизации (Таунсендовский разряд). При дальнейшем значительном увеличении напряжения электроны, ускоренные полем, приобретают кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных атомов газа при столкновениях. Этот процесс называется ударной ионизацией. Каждый новый электрон также может вызывать ионизацию, что приводит к возникновению электронных лавин. В результате общее число носителей заряда резко возрастает, и сила тока снова начинает экспоненциально расти с напряжением. На этом участке разряд все еще является несамостоятельным, так как для запуска лавин требуются "первичные" электроны от внешнего ионизатора.

4. Электрический пробой. При достижении напряжения пробоя $U_{пр}$ ток лавинообразно нарастает. Разряд становится самостоятельным, то есть способным существовать без внешнего ионизатора. Это происходит потому, что в процесс включаются вторичные механизмы (например, выбивание электронов с катода положительными ионами), которые обеспечивают непрерывное возобновление носителей заряда для поддержания разряда.

Ответ: Вольт-амперная характеристика тока в газе является нелинейной. Она включает в себя начальный линейный участок, участок насыщения, где ток постоянен и определяется мощностью внешнего ионизатора, и участок лавинообразного нарастания тока из-за ударной ионизации, который при напряжении пробоя переходит в самостоятельный разряд.