2 семестр / Лекции по физике. Лубенченко

363

Красная граница внутреннего фотоэффекта — минимальная частота (макси-

мальная длина волны) падающего излучения, при которой наблюдается внутренний фотоэффект. Она определяется шириной запрещённой зоны:

Фотовольтаический эффект — явление протекания электрического тока в замкнутой цепи, содержащей p-n-переход, при освещении одной из сторон p-n-перехода (РИС. 46.7).

Демонстрация: Применение фотоэффекта

364

Лекция 47

6.8. Электропроводность газов

6.8.1. Газовый разряд

Прохождение электрического тока в газах называется газовым разрядом.

Носителями тока в газе являются электроны и положительные ионы. Модуль плотности тока в проводнике, в котором носителями являются электроны,

где n — концентрация носителей, e — элементарный заряд, v — средняя дрейфовая скорость носителей (см. 6.5). Так как v ~ E, v = u0E, где u0 — подвижность носителей;

u0 м2 .

В с

Плотность тока в газе с учётом того, что имеются два типа носителей,

6.8.2. Несамостоятельная проводимость

Пусть имеются два электрода, между которыми находится газ; l — расстояние между электродами, S — площадь электродов. Кроме того, имеется внешний источник ионизации определённой мощности. Рассмотрим две ситуации.

1. На электроды не подаётся напряжение (РИС. 47.1)

В этом случае в газе идут два процесса.

Пусть n+ — концентрация положительных зарядов (ионов), n– — концентрация отрицательных зарядов (электронов), n — концентрация пар носителей. Очевидно, что n+ = n– = n.

Скорость рекомбинации nr определяется вероятностью встречи положительного и отрицательного заряда, а эта вероятность пропорциональна концентрации зарядов. Отсюда nr ~ n+, nr ~ n–, поэтому nr ~ n2 или

365

Газ

S

Ионизирующее излучение

Рис. 47.1

ПРИМЕР

Это очень малая величина, поэтому воздух — плохой проводник.

2. На электроды подаётся разность потенциалов U (РИС. 47.2)

При подаче напряжения убыль пар носителей происходит не только за счёт рекомбинации, но и за счёт отхода носителей под действием электрического поля к электродам. В газе между электродами идут три процесса.

366

– + l

Газ

S

– +

Ионизирующее излучение

Рис. 47.2

Если из объёма в единичный промежуток времени уходит nj пар носителей заряда, то в единичный промежуток времени на электрод попадает заряд e njSl и ток

367

При средних полях происходит переход от линейной зависимости к току насыщения. Вольтамперная характеристика газового разряда показана на РИС. 47.3.

j

jmax

j ~ E

Рис. 47.3. ВАХ несамостоятельного газового разряда

Так как ток насыщения пропорционален мощности ионизатора, по его значению можно судить о ионизирующей способности излучателя. На этом принципе работают ионизационные камеры (в частности, счётчик Гейгера).

6.8.3. Самостоятельная проводимость

Газовый разряд становится самостоятельным, если в нём работает независимый механизм образования пар носителей. К таким механизмам относятся:

1.Термоэлектронная эмиссия (испускание электронов нагретым катодом)

2.Вторичная электронная эмиссия (выбивание электронов с поверхности катода при бомбардировке электронами)

3.Автоэлектронная эмиссия (вырывание электронов с поверхности катода сильным электрическим полем с учётом туннельного эффекта)

4.Фотоэлектронная эмиссия

Все эти механизмы приводят к появлению электронов и ионизации газа электрон-

ным ударом.

нет.

К возбуждению или ионизации атома (молекулы) приводит не любое соударение. Вероятность этого зависит от энергии ε налетающего электрона. Чем быстрее летит электрон, тем меньше время его взаимодействия с атомом. Поэтому вероятность, достигнув максимума, быстро убывает (см. диаграмму на РИС. 47.4).

Виды самостоятельного разряда

1.Искровой разряд

2.Дуговой разряд

3.Коронный разряд

4.Тлеющий разряд

6.8.4. Тлеющий разряд

Рассмотрим тлеющий разряд — один из видов самостоятельного разряда, возникающего благодаря явлению ионизации электронным ударом.

Имеется колба с газом — газоразрядная трубка, в которой находятся два электрода, подключённые к источнику высокого напряжения (длина трубки l ≈ 30 50 см). Рассмотрим вкратце и качественно, что происходит в колбе в двух случаях — при различной величине давления газа.

1. Высокое давление

Разряда в колбе нет и потенциал в объёме колбы распределён линейно (РИС. 47.5).