Номер 6, страница 115, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

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

6. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тока в газе представляет собой график зависимости силы тока $\text{I}$ между двумя электродами в газе от приложенного к ним напряжения $\text{U}$. Эта зависимость является нелинейной и сложной, так как электропроводность газа определяется процессами ионизации и рекомбинации носителей заряда (электронов и ионов). Кривую ВАХ можно разделить на несколько характерных участков.

Область несамостоятельного разряда

На этом этапе для поддержания тока необходим внешний ионизатор (например, ультрафиолетовое излучение), который создает в газе начальные носители заряда.

1. Участок начального роста (ОА): При малых напряжениях ток растет с увеличением напряжения. Электрическое поле еще недостаточно сильное, чтобы собрать все ионы и электроны, создаваемые ионизатором; часть из них успевает рекомбинировать.

2. Участок насыщения (АВ): При дальнейшем увеличении напряжения ток перестает расти и выходит на плато. Это значение тока называется током насыщения $I_{нас}$. В этом режиме электрическое поле настолько сильное, что все носители заряда, создаваемые ионизатором в единицу времени, достигают электродов, не успевая рекомбинировать. Величина тока насыщения определяется только интенсивностью внешнего ионизатора.

3. Участок роста за счет ударной ионизации (ВС): Если напряжение продолжать увеличивать, ток снова начинает расти. Это происходит потому, что электроны, ускоренные сильным полем, приобретают достаточную энергию, чтобы при столкновении с нейтральными атомами газа ионизировать их. Этот процесс называется ударной ионизацией. Возникают электронные лавины, и общее число носителей заряда увеличивается. Однако разряд всё ещё несамостоятельный, так как прекращается при выключении внешнего ионизатора.

Область самостоятельного разряда

4. Электрический пробой (точка С): При достижении определенного напряжения пробоя $U_{пр}$ ток резко и лавинообразно возрастает. Процессы ионизации становятся настолько интенсивными, что разряд может существовать без внешнего ионизатора. Разряд становится самостоятельным. Это происходит, когда каждый уходящий с катода электрон порождает достаточное количество ионов, которые, ударяясь о катод, выбивают из него как минимум один новый электрон (вторичная эмиссия).

5. Тлеющий разряд (участок CD): После пробоя возникает тлеющий разряд. Он характеризуется падением напряжения на газовом промежутке при значительном увеличении тока и сопровождается свечением газа. В широком диапазоне токов напряжение горения тлеющего разряда остается почти постоянным.

6. Дуговой разряд (участок DE): При очень больших токах тлеющий разряд может перейти в дуговой. Этот переход характеризуется еще большим падением напряжения и резким увеличением тока. Катод раскаляется до высокой температуры, и основным механизмом поддержания разряда становится термоэлектронная эмиссия.

Ответ: Вольт-амперная характеристика тока в газе является нелинейной. Сначала при малых напряжениях ток растет, затем достигает насыщения, где его величина определяется внешним ионизатором. При дальнейшем увеличении напряжения ток снова начинает расти из-за ударной ионизации. При достижении напряжения пробоя происходит резкий скачок тока, и разряд становится самостоятельным (тлеющим, а затем дуговым), причем эти режимы характеризуются падением напряжения при увеличении тока.