Номер 2.32, страница 42 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 2. Электрический ток в различных средах. Электрический ток в газах и в вакууме - номер 2.32, страница 42.

Условие.

2.32. Почему количество ионов в газе при действии постоянного ионизатора увеличивается только до определённого предела, а затем становится постоянным?

Решение.

Количество ионов в газе при действии постоянного ионизатора устанавливается на определённом уровне из-за баланса двух противоположных процессов: ионизации и рекомбинации.

С одной стороны, ионизатор непрерывно и с постоянной скоростью создает новые пары ионов (положительный ион и электрон), что приводит к росту их концентрации в газе. Этот процесс называется ионизацией.

С другой стороны, в газе происходит обратный процесс — рекомбинация. Ионы находятся в хаотическом тепловом движении, и при столкновении разноименно заряженных ионов (положительного иона и электрона или отрицательного иона) они могут нейтрализовать друг друга, превращаясь обратно в нейтральные атомы или молекулы. Скорость этого процесса не является постоянной. Она зависит от концентрации ионов: чем больше ионов в единице объема, тем чаще они сталкиваются и рекомбинируют. Скорость рекомбинации возрастает с увеличением концентрации ионов.

Таким образом, вначале, когда ионов мало, процесс ионизации преобладает, и их число растет. По мере увеличения концентрации ионов скорость рекомбинации также возрастает. В итоге наступает состояние динамического равновесия, при котором скорость образования новых ионов становится равной скорости их исчезновения в результате рекомбинации. С этого момента, сколько ионов в секунду создает ионизатор, столько же и рекомбинирует, и общая концентрация ионов в газе остается постоянной.

Ответ: Количество ионов становится постоянным, когда скорость их образования под действием ионизатора уравновешивается скоростью их исчезновения из-за рекомбинации (объединения разноименных ионов в нейтральные частицы). Скорость рекомбинации увеличивается с ростом числа ионов, что и приводит к установлению такого динамического равновесия.