Номер 5, 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 5, страница 402.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Ионизация электронным ударом является ключевым процессом в газовом разряде, но сама по себе она не может обеспечить его длительное, самоподдерживающееся существование. Чтобы понять почему, необходимо рассмотреть полный цикл воспроизводства заряженных частиц в разрядном промежутке.

Процесс ионизации электронным ударом заключается в том, что свободный электрон, ускоренный электрическим полем до достаточной энергии, при столкновении с нейтральным атомом или молекулой газа выбивает из него один из валентных электронов. В результате этого акта из одного электрона и одного атома образуются два электрона и один положительный ион. Новые и старый электроны ускоряются полем и могут вызывать последующие акты ионизации. Это приводит к образованию так называемой электронной лавины — экспоненциальному росту числа электронов по мере их движения к аноду.

Однако в этом механизме кроется его же ограничение. Все электроны — и первичный, и вторичные — движутся в одном направлении: от катода к аноду. Достигнув анода, они поглощаются им и выходят из игры, прекращая свое участие в разряде. Таким образом, электронная лавина, дойдя до анода, гаснет. Чтобы разряд не прекратился, необходимо обеспечить непрерывное появление новых "затравочных" электронов у катода, которые могли бы инициировать новые лавины. Сам по себе механизм ионизации электронным ударом, происходящий в объеме газа, эту задачу решить не может.

Самоподдержание разряда становится возможным только благодаря вторичным процессам, которые обеспечивают генерацию электронов на катоде. Основными из них являются:

1. Вторичная ионно-электронная эмиссия: Положительные ионы, образовавшиеся в объеме газа в результате ударной ионизации, движутся к отрицательному катоду. Ударяясь о его поверхность, они выбивают из него новые (вторичные) электроны.

2. Фотоэлектронная эмиссия (фотоэффект): В ходе неупругих столкновений электроны не только ионизируют атомы, но и возбуждают их. При возвращении в основное состояние возбужденные атомы испускают фотоны (ультрафиолетовое излучение). Эти фотоны, попадая на поверхность катода, выбивают из него электроны.

Таким образом, образуется замкнутый цикл: электроны создают лавину, в которой рождаются ионы и фотоны; ионы и фотоны достигают катода и выбивают из него новые электроны; эти новые электроны начинают новые лавины. Разряд будет существовать, если в среднем каждая лавина порождает достаточное количество ионов и фотонов, чтобы они, в свою очередь, создали на катоде хотя бы один новый электрон.

Ответ: Ионизация электронным ударом является процессом размножения электронов в объеме газа, но все эти электроны уходят на анод. Для поддержания разряда необходимо непрерывное появление новых электронов у катода, что обеспечивается другими, вторичными механизмами — в основном, выбиванием электронов из катода положительными ионами и фотонами, которые рождаются в процессе самого разряда.