Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- lab3:несамостоятельный_разряд [2019/04/01 09:23]
root_s
+++ lab3:несамостоятельный_разряд [2025/07/01 11:59] (текущий)
@@ Строка 4: / Строка 4: @@
 {{ :lab3:3-1.png?400 |}}
 Промежуток заполнен газом, плотность которого достаточно высока (атмосферное или пониженное давление). Несамостоятельный разряд это --- протекание тока через промежуток, существующее только при внешней ионизации газа.
+В газе всегда имеются зараженные частицы, возникающие вследствие ионизации атомов и молекул космическим излучением. Выбитые из атома электроны достаточно быстро прилипают к ионам, в результате чего в результате каждого акта ионизации образуется пара «положительный ион - отрицательный ион», а до прилипания кратковременно существует пара «электрон-положительный ион». Противоположно заряженные частицы могут рекомбинировать между собой, снова образуя нейтральные частицы. В стационарном режиме в газе в среднем всегда существует определенное число заряженных частиц, которые и являются носителями тока в газовом промежутке. Поскольку мы говорим о достаточно плотном газе, в котором заряженные частицы постоянно стакиваются с нейтральными частицами, они не могут постоянно ускоряться, как при движении в вакууме, и приобретают в электрическом поле $E$ постоянную для каждого вида частиц скорость дрейфа
+$$v_{\pm}=\pm b_{\pm}E,$$
+где $b$ --- константа, называемая подвижностью, а $E$ ---  локальная величина электрического поля (это можно представить себе как движение тела, к которому приложена постоянная сила, в среде с трением, сила которой растет при увеличении скорости движения). Скорость дрейфа направлена вдоль поля для положительных частиц и в обратную сторону для отрицательных.
+Вычислим ток в промежутке, учитывая, что в нем имеются только положительные и отрицательные ионы и что их плотность мала, то есть вероятностью рекомбинации положительных и отрицательных ионов можно пренебречь. В этом случае вектор плотности тока в промежутке можно записать таким образом
+$$
+j=\sum j = en_+v_+-en_-v_-,
+$$
+где учтено, что заряды $q_+=e$, а $q_-=-e$  (появление многозарядных ионов практически исключено). Подставляя одно выражение в другое получим
+$$
+j= e(n_+b_+ + n_-b_-)E.
+$$
+Запомним, что, хотя отрицательные заряды движутся в сторону, противоположную направлению вектора электрического поля, они вносят положительный вклад в величину плотности тока, поскольку их заряд отрицательный. Полный ток между параллельными электродами равен $I=jS$, где $S$ --- площадь сечения промежутка.
+Посмотрим теперь на электрическую цепь, показанную на рис. Если в цепи течет ток $I$, то
+$$
+\varepsilon = IR+El=I(R+\frac 1{eS(n_+b_+ + n_-b_-)})=I(R+R_{промежутка}),
+$$
+где $l$ --- длина газового промежутка. В условиях поддержания разряда слабым внешним источником (источник альфа-частиц) число носителей заряда в газе очень мало, и сопротивление цепи практически равно сопротивлению промежутка. Тогда падение напряжения между электродами будет практически равно ЭДС источника $U=El=\varepsilon $.
+Начнем теперь повышать напряжение источника. Сначала это приведет к росту напряженности поля в промежутке, а, значит, к увеличению скорости дрейфа и линейному росту тока вцепи. Рано или поздно ток возрастет настолько, что падением сопротивления на сопротивлении пренебрегать будет нельзя, и падение напряжения будет перераспределяться между резистором и промежутком. Но, возможно, к этому времени разряд из несамостоятельного превратится в самостоятельный.
+Назад к [[:lab3:ток_в_газах|Электрический ток в газах]]
+или далее
+[[:lab3:электронные_лавины|Электронные лавины и пробой газа]]