Номер 3, страница 116, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Изобразите на графике зависимость тока от напряжения в газе при неизменной интенсивности ионизатора. Объясните каждый участок графика.

График зависимости тока $\text{I}$ от напряжения $\text{U}$ в газе при постоянной интенсивности внешнего ионизатора называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) несамостоятельного газового разряда. Он имеет три характерных участка. По оси ординат откладывается сила тока ($\text{I}$), а по оси абсцисс — напряжение ($\text{U}$).

Участок OA:

При малых значениях напряжения ($\text{U}$) не все ионы и электроны, создаваемые ионизатором в единицу времени, достигают электродов. Часть из них рекомбинирует, снова образуя нейтральные молекулы. С увеличением напряжения скорость упорядоченного движения ионов и электронов возрастает, и все большая их часть достигает электродов, не успев рекомбинировать. В результате сила тока $\text{I}$ растет почти прямо пропорционально напряжению $\text{U}$. Этот участок формально подчиняется закону Ома, однако природа проводимости здесь ионная, а не электронная, как в металлах.

Ответ: На начальном участке с ростом напряжения растет и сила тока, так как все большее число созданных ионизатором заряженных частиц достигает электродов.

Участок AB:

При достижении определенного напряжения ($U_A$) электрическое поле становится настолько сильным, что практически все электроны и ионы, рождающиеся в газе под действием ионизатора, достигают электродов. Процесс рекомбинации практически прекращается. Поскольку интенсивность ионизатора постоянна, то и число образующихся в секунду пар ионов постоянно. Следовательно, ток достигает своего максимального значения, называемого током насыщения $I_{н}$. Дальнейшее увеличение напряжения в этом диапазоне (от $U_A$ до $U_B$) не приводит к увеличению силы тока, так как все доступные носители заряда уже участвуют в его создании.

Ответ: На этом участке сила тока не зависит от напряжения и остается постоянной (ток насыщения), так как все ионы и электроны, созданные ионизатором, достигают электродов.

Участок BC:

Когда напряжение превышает некоторое значение $U_B$, сила тока снова начинает резко возрастать. Это происходит потому, что электроны, ускоренные сильным электрическим полем, приобретают на длине свободного пробега энергию, достаточную для ионизации нейтральных молекул газа при столкновении с ними (ударная ионизация). Каждый такой акт ионизации создает новую пару носителей заряда (электрон и положительный ион), которые, в свою очередь, ускоряются полем и могут ионизировать другие молекулы. Процесс приобретает лавинообразный характер. В результате число носителей заряда резко увеличивается, что приводит к быстрому росту тока. Несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, который может существовать и после прекращения действия внешнего ионизатора.

Ответ: На этом участке происходит резкий рост тока из-за начала процесса ударной ионизации, когда ускоренные полем электроны сами начинают ионизировать молекулы газа, что приводит к лавинообразному увеличению числа носителей заряда.