Движение зарядов в газе под действием электрического поля
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
значительную часть энергии, и их температура оказывается меньше величины, рассчитанной по соотношению (1.15).
Коэффициент ионизации показывает, сколько ионов образует электрон на единице пути в направлении поля. Определяющее его соотношение (2.6) весьма приближённо: рассчитанные по нему значения могут отличаться от экспериментальных в несколько раз. Тем не менее оно широко применяется в теории газового разряда, поскольку правильно отражает характер зависимости коэффициента от давления газа и напряжённости поля, если константы и определены экспериментально, а не по формулам (2.7) и (2.8). Экспериментальные значения коэффициентов и для различных газов приведены в справочной литературе. Характерные значения: = (3 - 30) 1 / (Па м), = (10 - 400) В / (Па м). Методика экспериментального определения коэффициента ионизации изложена в следующем разделе.
Рис. 2.1. Зависимости коэффициента ионизации газа электронами от напряженности электрического поля и давления неона
В соответствии с соотношением (2.6) коэффициент ионизации увеличивается с ростом напряжённости поля (рис. 2.1). При малых отношениях , порядка 1 В / (Па м), это объясняется так же, как и повышение частоты с увеличением температуры электронов, которая пропорциональна напряжённости [см. (1.15)]. Один из основных факторов здесь - рост числа электронов с энергией, достаточной для ионизации.
При более высоких значениях , до сотен В / (Па м), коэффициент ионизации продолжает увеличиваться, но основной физической причиной его роста является увеличение вероятности ионизации молекул электронами. Энергия большинства электронов при соударениях в этом случае больше энергии ионизации и приобретается, в основном, на длине пробега непосредственно перед ударом.
Скорость увеличения коэффициента с ростом напряженности максимальна в области средних значений отношения (рис. 2.1). В связи с этим на зависимости имеется характерная точка , в которой касательная проходит через начало координат . С помощью соотношения (2.6) можно показать, что в этой точке . Такое значение характерно для работы газоразрядных приборов.
Зависимость коэффициента ионизации от давления газа имеет максимум (рис. 2.1). В соответствии с (2.6) производная обращается в нуль при выполнении условия или , как и для точки зависимости .Это означает, что с увеличением напряженности линейно растет оптимальное для ионизации давление . Величина называется константой А.Г. Столетова.
Физически наличие максимума зависимости объясняется тем, что при определенном давлении устанавливается оптимальное соотношение между числом соударений электрона с молекулами на единице пути и вероятностью ионизации при ударах. С ростом давления число ударов увеличивается, а вероятность снижается из-за уменьшения энергии, приобретаемой электроном на длине свободного пробега. В результате как при низком, так и при высоком давлении количество ионизаций меньше максимального. В первом случае мало молекул, которые могут быть ионизированы, а во втором - энергия электронов недостаточна для обеспечения высокой вероятности ионизации.
Заключение
заряд газ неон ионизация
Газовый разряд - это электрический ток в газе. Среди сопровождающих разряд многообразных физических явлений наиболее значимым является наблюдаемый при увеличении напряжения между электродами скачкообразный переход газовой среды в состояние с высокой электропроводностью. В основе физического механизма перехода лежит целый ряд процессов: ускорение электронов электрическим полем, ионизация и возбуждение газовых молекул электронами, вторичная эмиссия электронов из катода под действием ионов, разогрев катода ионной бомбардировкой, вызывающий термоэмиссию электронов из катода, ионизация газа фотонами из разряда, рекомбинация электронов с ионами, повышение потенциалов точек между электродами за счет пространственного заряда ионов.
Перечисленные физические процессы определяют вольт-амперную характеристику разряда в широком диапазоне токов - от микроампер до килоампер. Поэтапный анализ участков характеристики по мере роста тока определяет формальную последовательность изложения.
На газовом разряде основана работа приборов плазменной электроники (газоразрядных приборов), которые широко применяются в электронной технике. К ним относятся мощные коммутаторы напряжения и тока (тиратроны, разрядники), матричные газоразрядные индикаторы для отображения информации (плазменные дисплеи), датчики радиации, газовые лазеры, источники света и другие приборы. Газовый разряд лежит в основе электродуговой сварки и разрабатываемых промышленных энергетических установок управляемого термоядерного синтеза, он используется в экологических дымовых фильтрах, при обработке материалов плазмой, при исследовании ядерных процессов (трековые искровые камеры), для озонирования воды и т.д. Все это определяет актуальность изучения физики газового разряда.
Список литературы
1.Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М., Наука, 1987.
2.Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа (в задачах с решениями). М., Наука, 1985.
.Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М., Наука, 1991.
.Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. М.: Наука, 1980.
.Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. - М., Госатомиздат, 1961.