Номер 9, 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 9, страница 173.

Условие.

9. Чем отличается самостоятельный разряд от несамостоятельного?

Решение.

Электрический разряд в газе — это процесс протекания электрического тока через газовую среду. Различают два основных вида газового разряда: несамостоятельный и самостоятельный. Их основное отличие заключается в механизме, который поддерживает наличие свободных носителей заряда (электронов и ионов) в газе.

Несамостоятельный разряд

Несамостоятельный разряд — это электрический ток в газе, который существует только под действием внешнего ионизатора. Внешний ионизатор — это внешний источник энергии, который создает носители заряда.

• Причина возникновения: Носители заряда (электроны и ионы) образуются в газе под воздействием внешних факторов, таких как ультрафиолетовое или рентгеновское излучение, нагревание газа, облучение радиоактивными частицами.
• Механизм поддержания: Приложенное электрическое поле лишь упорядочивает движение этих, уже созданных, носителей заряда. Энергия, которую электроны получают от поля, недостаточна для того, чтобы ионизировать нейтральные атомы газа при столкновениях.
• Условие прекращения: Разряд немедленно прекращается, как только перестает действовать внешний ионизатор, поскольку процессы рекомбинации (воссоединения ионов и электронов в нейтральные атомы) начинают преобладать над процессами ионизации.

Самостоятельный разряд

Самостоятельный разряд — это газовый разряд, который способен продолжаться и после прекращения действия внешнего ионизатора. Он поддерживается за счет внутренних процессов в газе, инициированных достаточно сильным электрическим полем.

• Причина возникновения: Разряд возникает, когда напряженность электрического поля достигает критического значения (напряжение пробоя). Даже небольшого количества случайных электронов (например, от космического излучения) достаточно, чтобы запустить процесс.
• Механизм поддержания: Основным механизмом является ударная ионизация. Электроны, ускоренные сильным электрическим полем, приобретают кинетическую энергию ($E_{kin}$), достаточную для ионизации нейтральных атомов при столкновении ($E_{kin} > W_i$, где $W_i$ — энергия ионизации атома). Каждый такой акт ионизации создает новый электрон, который, в свою очередь, ускоряется и ионизирует другие атомы. Этот процесс приводит к образованию электронной лавины. Разряд также поддерживается вторичными процессами, например, выбиванием электронов из катода положительными ионами.
• Условие прекращения: Разряд прекращается, если напряжение между электродами падает ниже определенного значения (напряжения гашения).

Ответ:

Основное отличие самостоятельного разряда от несамостоятельного заключается в способе генерации носителей заряда, поддерживающих ток в газе:

1. В несамостоятельном разряде носители заряда создаются за счет энергии внешнего источника (ионизатора), а электрическое поле лишь упорядочивает их движение. Разряд прекращается при отключении ионизатора.
2. В самостоятельном разряде носители заряда воспроизводятся лавинообразно за счет энергии самого электрического поля, которое ускоряет электроны до энергий, достаточных для ударной ионизации атомов газа. Такой разряд может существовать без внешнего ионизатора, требуя лишь поддержания достаточного напряжения.