III.Электропроводность газов.Подвижность газовых ионов.

Исследование электрического тока в газах явилось основой учения об атмосферном электричестве, привело к открытию катодных, рентгеновых лучей, фотоэффекта, газовые разряды используются для получения управляемых термоядерных реакций.

Газы при невысоких температурах и давлениях Р атм., являютсяизоляторами.

Внешние воздействия: нагревание, радиоактивные излучения, ультрафиолетовые и рентгеновые лучи – вызывают в газе появление заряженных частиц (ионов и электронов), обуславливающих их электропроводность.

Процесс образования ионов называется ионизацией газов.

При ионизации образуются: ион⁺, ион^–, электрон.

Энергия ионизации: 5 25 эВ (Н₂– 15,4 эВ;Na– 5,1 эВ; Не – 24,5 эВ)

Энергию ионизации можно передать с помощью заряженных частиц, если ускорить их в электрическом поле:

, где U– называется потенциал ионизации.

Процесс, обратный ионизации называется рекомбинацией (молизацией).

При рекомбинации энергии выделяется часто в виде светового излучения, поэтому ток в газах сопровождается свечением, причем эта одна из форм свечения, используется в газосветных рекламных трубках.

Рассмотрим движение газовых ионов в электрическом поле.

v~E; , где bзависит от λ, а λ от давления Р, λ – длина свободного пробега.

Ионы в газе движутся подобно электронам в металле, сталкиваясь с нейтральными молекулами при прохождении . В промежутках между столкновениями заряженные частицы приобретают энергию равную:

В зависимости от величины Е_К, места нахождения ионов, давления Р – могут иметь место различные виды ионизации:

1. Ионизация ударом (при столкновении с нейтральными молекулами), приводящая к образованию электронных лавин.

2. Вторичная эмиссия электронов (выбивание электронов из катода положительными ионами).

3. Внутренняя фотоионизация (образование ионов при поглощении нейтральными атомами излучения от рекомбинации).

ВЫВОД: Ток в газах – направленное движение ионов и электронов.

IV.Теория самостоятельного и несамостоятельного разряда в газах.

Опытное исследование проводимости в газе можно представить в виде вольт-амперной характеристики разряда в газах.

ОАВ – несамостоятельный разряд ВС… – самостоятельный разряд U3– напряжение зажигания (пробоя газа)

Рассмотрим процесс прохождения тока в газе, причем с момента ионизации.

Пусть ионизатор в ед. времени в ед. объемасоздает ∆n_оионов каждого знака.

1) – убыль ионов за счет рекомбинации в ед. времени в ед. объема

2) – убыль ионов за счет тока проводимости в ед. времени в ед. объема

Определим из следующих соображений:

Q– заряд, уходящий из объема конденсатораV=S^.lза времяравен:

(5)

Уравнение (5) характеризует стационарное состояние газа, оно показывает, что число пар ионов в 1 см³ газа в общем случае зависит от величины тока. Рассмотрим два предельных случая:

Для несамостоятельного разряда (область ОА)

а) jмала (малые напряжения поля в газе), т.е. ток далек от насыщения. В газе существуют только положительные и отрицательные ионы. Заряд, переносимый полем: Q = Q+ + Q– , где ∆n0– убыль ионов в ед. времени в ед. объема; n0– убыль ионов в ед. объема; ℓ – расстояние между пластинами; Q = qn0(v+ + v–)Sτ; E (6) Уравнение (6) – закон Ома для электрического тока в газах (для несамостоятельного разряда в области далекой от насыщения) no– число пар ионов в ед. объема

Длянесамостоятельного разряда (область насыщения АВ)

б) Пусть поле между пластинами сильное и рекомбинации нет, т.е. : (7) Ток по уравнению (7) определяется лишь мощностью ионизатора и называется током насыщения. no– число ионов, образующихся в ед. времени в ед. объема.

Теория самостоятельного разряда затруднена тем, что для его осуществления требуется кроме лавиного разряда наличие других процессов, производящих новые электроны взамен ушедшим на анод: вторичная эмиссия, внутренняя фотоионизация и др.

Совместный учет всех факторов чрезвычайно затруднителен.

Общая теория самостоятельного разряда не завершена по настоящее время, хотя отдельные закономерности получены: