Номер 2, страница 174 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 47. Электрический ток в газах. Задания и упражнения - номер 2, страница 174.

Условие.

2. Увеличивается или уменьшается энергия свободных носителей заряда в газе, если с помощью насоса откачивать его из газоразрядной трубки (см. рис. 148)? За счёт чего изменяется эта энергия?

Рис. 148

Решение.

Решение

При откачивании газа из газоразрядной трубки (1) с помощью насоса (3) уменьшается давление и концентрация молекул газа. В результате этого увеличивается среднее расстояние, которое свободный носитель заряда (электрон или ион) проходит между двумя последовательными столкновениями с другими частицами. Это расстояние называется средней длиной свободного пробега.

Свободные носители заряда находятся в электрическом поле, созданном источником напряжения (2). Под действием этого поля они ускоряются и их кинетическая энергия растет. Энергия, которую носитель заряда $\text{q}$ приобретает на длине свободного пробега $\text{l}$, равна работе электрического поля $\text{A}$, которая вычисляется по формуле $A = qEl$, где $\text{E}$ — напряженность поля. Эта работа полностью переходит в кинетическую энергию носителя заряда, которую он теряет (полностью или частично) при следующем столкновении.

Поскольку откачивание газа приводит к увеличению средней длины свободного пробега $\text{l}$, носители заряда ускоряются на большем расстоянии. Следовательно, работа электрического поля над ними возрастает, и они успевают набрать большую кинетическую энергию до столкновения. Таким образом, средняя энергия свободных носителей заряда увеличивается.

Ответ: Энергия свободных носителей заряда в газе увеличивается. Это происходит за счёт того, что при откачивании газа уменьшается его концентрация и, как следствие, увеличивается средняя длина свободного пробега носителей заряда. В результате они дольше ускоряются электрическим полем между столкновениями и приобретают большую кинетическую энергию.