Номер 4, страница 402 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 120. Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 4, страница 402.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Несамостоятельный разряд в газах — это электрический ток, который существует только под действием внешнего ионизатора (например, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, нагревателя). Внешний ионизатор создает в газе свободные носители заряда (электроны и ионы). Если его убрать, несамостоятельный разряд прекращается.

Для того чтобы несамостоятельный разряд превратился в самостоятельный, то есть существующий без внешнего ионизатора, необходимо, чтобы в самом газе начались процессы, которые будут непрерывно возобновлять носители заряда. Главным таким процессом является ударная ионизация.

Переход происходит при выполнении следующих условий:

1. Достаточно сильное электрическое поле. Напряжение между электродами должно быть увеличено до некоторого критического значения, называемого напряжением пробоя (или напряжением зажигания). При этом напряженность электрического поля $E$ становится настолько большой, что свободные электроны на пути своего свободного пробега $\lambda$ (среднее расстояние между двумя последовательными столкновениями) успевают набрать кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных атомов или молекул газа при столкновении. Эта энергия должна быть не меньше энергии ионизации газа $A_{\text{ион}}$:

   $e \cdot E \cdot \lambda \ge A_{\text{ион}}$

   где $e$ — элементарный заряд.

2. Возникновение электронной лавины. Когда электрон с достаточной энергией сталкивается с атомом, он выбивает из него еще один электрон. В результате вместо одного электрона появляются два. Оба этих электрона снова ускоряются полем и могут ионизировать другие атомы. Процесс размножения электронов нарастает лавинообразно. Это явление называется электронной лавиной.
3. Вторичные процессы. Одной ударной ионизации недостаточно для поддержания разряда. Необходимо, чтобы появлялись новые электроны у катода, которые могли бы начать новые лавины. Это обеспечивается вторичными процессами:
   • Вторичная электронная эмиссия: положительные ионы, образовавшиеся в лавинах, движутся к катоду и, ударяясь о его поверхность, выбивают из него электроны.
   • Фотоионизация и фотоэффект на катоде: возбужденные в процессе столкновений атомы газа испускают фотоны. Эти фотоны могут ионизировать другие атомы газа или, попадая на катод, вызывать фотоэффект — выбивать из него электроны.

Когда интенсивность этих процессов становится достаточной для того, чтобы каждая уходящая из разряда лавина порождала в среднем хотя бы одну новую, разряд становится самостоятельным и продолжает существовать даже после прекращения действия внешнего ионизатора.

Ответ: Несамостоятельный разряд в газах превращается в самостоятельный при достижении напряжением между электродами значения напряжения пробоя. При этом напряженность электрического поля становится достаточной для того, чтобы электроны приобретали энергию, необходимую для ионизации атомов газа при соударениях (ударная ионизация). Возникающие электронные лавины и вторичные процессы (эмиссия электронов с катода под действием ионов и фотонов) обеспечивают непрерывное возобновление носителей заряда, поддерживая ток без внешнего ионизатора.