Несамостоятельный и самостоятельный разряды

Для исследования разряда в газе удобно использовать стеклянную трубку с двумя электродами.

Под действием какого-либо ионизатора в газе образуются заряженные частицы. При небольшом напряжении между электродами положительно заряженные ионы перемещаются к катоду, а электроны – к аноду. В трубке возникает электрический ток, т. е. происходит газовый разряд.

Не все образующиеся ионы достигают электрода, часть их воссоединяется с электронами, образуя нейтральные молекулы газа. По меру увеличения напряжения увеличивается число заряженных частиц, достигающих электрода, следовательно, увеличивается сила тока. На при каком-то значении напряжения все заряженные частицы, образующиеся в газе за единицу времени, достигают электрода за это время. При дальнейшем увеличении напряжения рост силы тока не происходит. Ток достигает насыщения.

Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, поскольку других источников ионов нет. Поэтому такой разряд называют несамостоятельным.

При продолжении увеличения напряжения, начиная с некоторого значения, сила тока снова начинает возрастать. Значит в газе появляются дополнительные ионы, сверх тех, которые образуются в результате действия ионизатора. Сила тока может возрасти в тысячи раз, а число ионов, возникших в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Такой разряд называют самостоятельным, т. к. при отсутствии ионизатора разряд не прекращается.

Рассмотрим причины появления в газе дополнительных ионов при увеличении напряжения. Образующиеся в результате ионизации электроны начинают двигаться к аноду. На своем пути они встречают ионы и нейтральные атомы. В промежутках между двумя столкновениями энергия электрона увеличивается за счет работы сил электрического поля. Кинетическая энергия электрона пропорциональна напряженности электрического поля (которая увеличивается при увеличении напряжения).

Если эта энергия превосходит работу, которую необходимо совершить для ионизации нейтрального атома, при столкновении с таким атомом происходит ионизация. В результате вместо одного свободного электрона оказываются два (налетающий на атом и вырванный из атома). Эти электроны, в свою очередь, получают энергию в поле и ионизируют встречные атомы. Число заряженных частиц резко возрастает, образуется электронная лавина. Такой процесс называют ионизацией электронным ударом.

Но одна ионизацией электронным ударом не способна обеспечить длительный самостоятельный разряд, т. к. все возникающие таким образом электроны движутся к аноду и по достижении его «выбывают из игры».

Для существования разряда необходима эмиссия электронов с катода. Она может обеспечиваться ударами положительных ионов о катод (положительные ионы, двигаясь к катоду, приобретают под действием поля большую кинетическую энергию и при ударе выбивают электроны с катода). Кроме того, катод может испускать электроны при нагревании до высокой температуры. При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить в результате бомбардировке его положительными ионами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: