Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Током насыщения называется максимальная сила тока Is, возможная при данной интенсивности ионизации,
/н — ^Nq,
где N0 — максимальное число пар одновалентных ионов, образующихся в объеме газа за единицу времени при данной интенсивности ионизации. Линейная зависимость между Ijj и N0 подтверждает ионную природу электропроводности газов.
3°. Самостоятельным газовым разрядом называется Рис. III.9.2
278
ГЛ. III.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
электрический разряд в газе, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора. Для существования такого разряда необходимо, чтобы в газе происходило непрерывное образование новых пар противоположно заряженных частиц. Основным источником таких частиц является ударная ионизация газа (111.9.4.5°). При некотором достаточном напряжении между электродами электроны в объеме газа настолько сильно разгоняются электрическим полем, что их энергия оказывается достаточной для ионизации молекул газа (111.9.4.5°) (объемная ионизация). Вторичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, также ионизируют молекулы газа. В итоге сильно возрастает число носителей тока в газе и его электропроводность (4-я область на рис. Ш.9.2). Однако одной ионизации под действием электронов недостаточно для осуществления самостоятельного разряда. Электроны, движущиеся в направлении от катода к аноду, ионизируют молекулы газа, расположенные ближе к аноду по сравнению с местом возникновения электронов. Если энергии положительных ионов недостаточно для ударной ионизации молекул газа или для выбивания электронов из металлического катода (поверхностная ионизация), то вблизи катода газоразрядной трубки электроны могут возникать только под действием внешних ионизаторов. Когда действие этих ионизаторов прекращается, область ударной ионизации электронами сокращается, стягиваясь к аноду по мере движения к нему электронов. Прекращение ударной ионизации в этих условиях приводит к прекращению газового разряда.
4°. Поверхностная ионизация (п. 3°), возникающая при большом напряжении U, порождает вторичные электроны и создает двустороннюю лавину электронов и положительных ионов. При этом действие внешнего ионизатора не существен- > но для дальнейшего протекания газового разряда. С повышением напряжения U между электродами газоразрядной трубки можно осуществить электрический пробой газа — переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный. Напряжением зажигания (напряжением пробоя) называется напряжение U = U3, соответствующее электрическому пробою. Напряжение пробоя для газового разряда в трубке с плоскими
§ III.9.6. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАЗМЕ
279
параллельными друг другу электродами, расположенными на расстоянии d друг от друга, зависит от произведения pd, где р — давление газа (рис. III.9.3).
Кроме того, Us зависит от химической природы газа и материала катода.
Разновидностями самостоятельных газовых разрядов являются
тлеющий, коронный, искровой и дуговой газовые разряды, рассмотрение которых опущено в данном справочнике.
Рис. III.9.3
§ III.9.6. Некоторые сведения о плазме
1°. Плазмой называется квазинейтральный ионизированный газ, т. е. частично или полностью ионизованный газ, в котором объемные плотности положительных р+ и отрицательных р_ зарядов практически одинаковы по абсолютной величине:
Р+-ІР-І, или р+ + р_ = 0.
Из-за теплового движения ионов и электронов мгновенные значения р+ и р_ совершают беспрерывные колебания — флуктуации (П.4.6.1°) около средних значений, удовлетворяющих написанным выше соотношениям. Поэтому ионизованный газ можно считать плазмой, если его объем V во много раз больше объемов D3 областей газа, в которых возможны сколь-либо заметные случайные отклонения от нуля суммы положительных и отрицательных зарядов, обусловленные тепловым движением ионов и электронов: V 2> D3, где D — характерный размер, называемый дебаевским радиусом экранирования.
2°. Дебаевский радиус экранирования зависит от параметров плазмы — ее термодинамической температуры Т, зарядов и концентраций электронов и ионов. Для простейшей изотермической плазмы, состоящей из электронов и однозарядных ионов, равновесные концентрации которых в силу квазинейт-
280
ГЛ. III.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
ральности плазмы одинаковы и равны п0, дебаевский радиус экранирования
D = е0кТ)/(2п0е2) (в СИ),
D = J(kT)/(8nn0e2) (в СГС),
где е — элементарный заряд, E0 — электрическая постоянная, k — постоянная Больцмана (IX).
3°. В плазме любая частица А (положительный ион или электрон) окружена преимущественно частицами, заряды которых противоположны по знаку заряду q частицы А. Соответственно потенциал ф поля точечного заряда q в плазме убывает с расстоянием г значительно быстрее, чем в вакууме:
^ (ВСИ)'
Приближенно можно считать, что на расстояниях г > D электростатическое поле иона или электрона в плазме практически полностью экранируется.
4°. Плазма называется идеальной или газовой, если потенциальная энергия кулоновского взаимодействия двух частиц плазмы, находящихся на среднем расстоянии (г) = п01/3 (п0 — концентрация частиц), мала по сравнению с их средней кинетической энергией теплового движения, т. е.
