-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ § 3.8. Íåñàìîñòîÿòåëüíûé è ñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçðÿäû
Íåñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçðÿäÐàññìîòðåííûé â ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå ìåõàíèçì ïðîõîæäåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ÷åðåç ãàçû ïðè ïîñòîÿííîì âîçäåéñòâèè íà ãàç âíåøíåãî èîíèçàòîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íåñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçðÿä, òàê êàê ïðè ïðåêðàùåíèè äåéñòâèÿ èîíèçàòîðà ïðåêðàùàåòñÿ è òîê â ãàçå. Èññëåäóåì çàâèñèìîñòü ñèëû òîêà îò íàïðÿæåíèÿ ïðè íåñàìîñòîÿòåëüíîì ðàçðÿäå â ãàçå. Äëÿ ýòîé öåëè óäîáíî èñïîëüçîâàòü ñòåêëÿííóþ òðóáêó ñ äâóìÿ âïàÿííûìè â ñòåêëî ìåòàëëè÷åñêèìè ýëåêòðîäàìè. Ñîáåðåì öåïü ïî ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 3.15. Ïóñòü ñ ïîìîùüþ êàêîãî-íèáóäü èîíèçàòîðà, íàïðèìåð çà ñ÷åò âîçäåéñòâèÿ ðåíòãåíîâñêèõ ëó÷åé, â ãàçå îáðàçóåòñÿ åæåñåêóíäíî îïðåäåëåííîå ÷èñëî ïàð çàðÿæåííûõ ÷àñòèö: ýëåêòðîíîâ è ïîëîæèòåëüíûõ èîíîâ. Ïðè îòñóòñòâèè íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ (U = 0) ãàëüâàíîìåòð, âêëþ÷åííûé â öåïü (ñì. ðèñ. 3.15), ïîêàæåò íóëü (I = 0). Ïðè íåáîëüøîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè òðóáêè ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûå èîíû íà÷íóò ïåðåìåùàòüñÿ ê îòðèöàòåëüíîìó ýëåêòðîäó (êàòîäó), à ýëåêòðîíû è îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûå èîíû — ê àíîäó, ò. å. âîçíèêíåò ãàçîâûé ðàçðÿä. Îäíàêî âñëåäñòâèå ðåêîìáèíàöèè íå âñå îáðàçóþùèåñÿ ïîä äåéñòâèåì èîíèçàòîðà èîíû äîõîäÿò äî ýëåêòðîäîâ. ×àñòü èõ, ðåêîìáèíèðóÿ, îáðàçóåò íåéòðàëüíûå ìîëåêóëû. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè òðóáêè äîëÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, äîñòèãàþùèõ ýëåêòðîäîâ, óâåëè÷èâàåòñÿ, ò. å. ñèëà òîêà â öåïè âîçðàñòàåò (ðèñ. 3.16). Îáúÿñíÿåòñÿ ýòî òåì, ÷òî ïðè áîëüøåì íàïðÿæåíèè ìåæäó ýëåêòðîäàìè èîíû äâèæóòñÿ ñ áîëüøåé ñêîðîñòüþ, ïîýòîìó èì îñòàåòñÿ âñå ìåíüøå âðåìåíè äëÿ âîññîåäèíåíèÿ â íåéòðàëüíûå ìîëåêóëû.
Íàêîíåö, ïðè íåêîòîðîì îïðåäåëåííîì íàïðÿæåíèè íàñòóïàåò òàêîé ìîìåíò, ïðè êîòîðîì âñå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû, îáðàçóþùèåñÿ â ãàçå èîíèçàòîðîì çà ñåêóíäó, äîñòèãàþò çà ýòî æå âðåìÿ ýëåêòðîäîâ. Äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå íàïðÿæåíèÿ óæå íå ìîæåò ïðèâåñòè ê óâåëè÷åíèþ ÷èñëà ïåðåíîñèìûõ èîíîâ. Òîê, êàê ãîâîðÿò, äîñòèãàåò íàñûùåíèÿ (ðèñ. 3.16, ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê ãðàôèêà). Òàêèì îáðàçîì, âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðè íåñàìîñòîÿòåëüíîì ðàçðÿäå â ãàçàõ ÿâëÿåòñÿ íåëèíåéíîé, ò. å. çàêîí Îìà äëÿ ãàçîâ âûïîëíÿåòñÿ òîëüêî ïðè ìàëûõ íàïðÿæåíèÿõ. Ñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçðÿä
Åñëè ïîñëå äîñòèæåíèÿ íàñûùåíèÿ ïðîäîëæàòü óâåëè÷èâàòü ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè, òî ñèëà òîêà ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì íàïðÿæåíèè ñòàíåò ðåçêî âîçðàñòàòü (ðèñ. 3.17). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ãàçå ïîÿâëÿþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èîíû ñâåðõ òåõ, êîòîðûå îáðàçóþòñÿ çà ñ÷åò äåéñòâèÿ èîíèçàòîðà. Ñèëà òîêà ìîæåò âîçðàñòè â ñîòíè è òûñÿ÷è ðàç, à ÷èñëî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, âîçíèêàþùèõ â ïðîöåññå ðàçðÿäà, ìîæåò ñòàòü òàêèì áîëüøèì, ÷òî âíåøíèé èîíèçàòîð áóäåò óæå íå íóæåí äëÿ ïîääåðæàíèÿ ðàçðÿäà. Ïîýòîìó èîíèçàòîð ìîæíî òåïåðü óáðàòü. Ïîñêîëüêó ðàçðÿä íå íóæäàåòñÿ äëÿ ñâîåãî ïîääåðæàíèÿ âî âíåøíåì èîíèçàòîðå, åãî íàçûâàþò ñàìîñòîÿòåëüíûì ðàçðÿäîì. Èîíèçàöèÿ ýëåêòðîííûì óäàðîìÊàêîâà æå ïðè÷èíà ðåçêîãî óâåëè÷åíèÿ ÷èñëà çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïðè áîëüøèõ íàïðÿæåíèÿõ? Ýëåêòðîí, óñêîðÿÿñü ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì, íà ñâîåì ïóòè ê àíîäó ñòàëêèâàåòñÿ ñ èîíàìè è íåéòðàëüíûìè ìîëåêóëàìè.  ïðîìåæóòêàõ ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà óâåëè÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò ðàáîòû ñèë ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. ×åì áîëüøå ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè, òåì áîëüøå íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà ïåðåä î÷åðåäíûì ñòîëêíîâåíèåì ïðîïîðöèîíàëüíà íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ è äëèíå ñâîáîäíîãî ïðîáåãà ýëåêòðîíà (ïóòè ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ñòîëêíîâåíèÿìè):
Åñëè êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðîíà ïðåâîñõîäèò ðàáîòó Ài êîòîðóþ íóæíî ñîâåðøèòü, ÷òîáû èîíèçîâàòü íåéòðàëüíûé àòîì (èëè ìîëåêóëó), ò. å.
òî ïðè ñòîëêíîâåíèè ýëåêòðîíà ñ àòîìîì (èëè ìîëåêóëîé) ïðîèñõîäèò åãî (åå) èîíèçàöèÿ, íàçûâàåìàÿ èîíèçàöèåé ýëåêòðîííûì óäàðîì.
|
|
|