Номер 8, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 47. Электрический ток в газах. Вопросы - номер 8, страница 173.

Условие.

8. Будет ли происходить газовый разряд в трубке (см. рис. 148), если давление газа в ней равно атмосферному?

Рис. 148

Решение.

Решение

Нет, газовый разряд в трубке при атмосферном давлении с использованием представленного на рисунке оборудования происходить не будет.

Газы при нормальном атмосферном давлении являются очень хорошими диэлектриками (изоляторами). Это объясняется тем, что концентрация молекул газа велика, и, как следствие, длина свободного пробега электронов (среднее расстояние, которое электрон проходит между столкновениями с молекулами) очень мала.

Для возникновения самостоятельного газового разряда необходимо, чтобы свободные электроны, ускоряемые электрическим полем, на пути между двумя последовательными столкновениями приобретали кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных молекул газа (этот процесс называется ударной ионизацией). При атмосферном давлении электроны сталкиваются с молекулами так часто, что не успевают накопить необходимую энергию.

Чтобы пробить воздушный промежуток при атмосферном давлении, требуется создать очень сильное электрическое поле с напряженностью порядка $E \approx 3 \cdot 10^6$ В/м. Источник высокого напряжения (2), который обычно используется в таких лабораторных установках (например, катушка Румкорфа), не создает настолько высокого напряжения, чтобы вызвать пробой газа при атмосферном давлении на расстоянии между электродами в трубке (1).

Назначение вакуумного насоса (3) в этой установке как раз и состоит в том, чтобы откачать газ из трубки и значительно понизить давление. При низком давлении плотность газа уменьшается, длина свободного пробега электронов увеличивается, и они могут набрать достаточную для ионизации энергию даже при относительно невысоком напряжении. Это приводит к возникновению тлеющего разряда, который сопровождается характерным свечением.

Ответ: Нет, газовый разряд в трубке не будет происходить, если давление газа в ней равно атмосферному. Причина в том, что газ при атмосферном давлении является хорошим изолятором, и напряжения, создаваемого источником, недостаточно для его электрического пробоя.