Номер 3, страница 177 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 48. Виды самостоятельного разряда. Плазма. Вопросы - номер 3, страница 177.

Условие.

3. Приведите примеры практического использования тлеющего разряда.

Решение.

2. При каких условиях происходит тлеющий разряд:

Тлеющий разряд — это один из видов самостоятельного электрического разряда в газе, характеризующийся относительно низким током и специфическим свечением. Для его возникновения и поддержания необходимо соблюдение нескольких ключевых условий:

• Низкое давление газа. Тлеющий разряд стабильно существует только в разреженных газах, при давлениях значительно ниже атмосферного. Типичный диапазон давлений — от нескольких Паскалей до сотен Паскалей (от сотых долей до нескольких мм рт. ст.). При таком низком давлении значительно увеличивается средняя длина свободного пробега электронов. Это позволяет им, ускоряясь в электрическом поле между столкновениями, набрать кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов газа. При более высоком (например, атмосферном) давлении разряд переходит в другие формы, такие как искровой или дуговой.

• Достаточно высокое напряжение. Между электродами, помещенными в газ, должно быть приложено высокое напряжение (напряжение зажигания), чтобы инициировать разряд. Величина этого напряжения зависит от рода газа, его давления и расстояния между электродами (согласно закону Пашена). Обычно требуются напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких киловольт.

• Самостоятельность разряда. Разряд является самоподдерживающимся. Это означает, что носители заряда (электроны и ионы), необходимые для протекания тока, непрерывно воспроизводятся в самом разрядном промежутке без помощи внешнего ионизатора (как, например, рентгеновское или ультрафиолетовое излучение). Основным механизмом, поддерживающим разряд, является ударная ионизация атомов газа электронами и вторичная электронная эмиссия — выбивание электронов с поверхности катода положительными ионами, которые ускоряются в сильном электрическом поле у катода.

Сочетание этих трех факторов создает условия, при которых возникает и стабильно горит тлеющий разряд.

Ответ: Тлеющий разряд происходит в разреженном газе при низком давлении (от нескольких Па до сотен Па) и при приложении достаточно высокого напряжения между электродами (от сотен до тысяч вольт), которое обеспечивает самоподдерживающийся характер разряда за счет ионизации газа электронами и вторичной электронной эмиссии с катода.

3. Приведите примеры практического использования тлеющего разряда.

Тлеющий разряд нашел широкое применение в различных областях науки и техники. Вот основные примеры его использования:

• Осветительная техника: Самое известное применение — это люминесцентные лампы («лампы дневного света»). В них тлеющий разряд в смеси паров ртути и инертного газа создает ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора на стенках колбы. Также к этой категории относятся газосветные трубки для рекламы и декоративного освещения (неоновые вывески), где цвет свечения зависит от используемого газа (неон — красный, аргон — синий и т. д.), и миниатюрные индикаторные лампы.

• Плазменные технологии и обработка материалов: В микроэлектронике тлеющий разряд используется для процессов плазменного травления (удаления материала с подложки) и плазменного напыления тонких пленок. Также он применяется для модификации поверхностей материалов, например, для плазменного азотирования с целью повышения их твердости и износостойкости.

• Лазерная техника: Тлеющий разряд служит механизмом накачки активной среды во многих типах газовых лазеров. Например, в гелий-неоновом (He-Ne) лазере разряд возбуждает атомы гелия, которые затем передают энергию атомам неона, создавая инверсную населенность, необходимую для генерации лазерного излучения.

• Аналитические приборы: В эмиссионном спектральном анализе тлеющий разряд используется как источник возбуждения атомов исследуемого образца. Анализируя спектр излучения плазмы, можно с высокой точностью определить элементный состав вещества.

• Дисплеи: В плазменных панелях (телевизорах) изображение формируется массивом микроскопических ячеек, в каждой из которых тлеющий разряд в инертном газе создает ультрафиолетовое излучение, заставляющее светиться люминофоры красного, зеленого или синего цвета.

Ответ: Примерами практического использования тлеющего разряда являются люминесцентные лампы и неоновая реклама, газовые лазеры, технологии плазменного напыления и травления в микроэлектронике, приборы для спектрального анализа, а также плазменные дисплеи.