Разряд в газах. Коэффициент ионизации и вторичной ионизации. Коэффициент прилипания. Эффективный коэффициент ионизации. Электроположительные и электроотрицательные газы.
Электрический ток в газах. Вольт-амперная характеристика газа с внешним ионизатором. Возникновение и исчезновение заряженных частиц в газах.
При нормальных условиях газы состоят из нейтральных молекул, а поэтому являются диэлектриками. Так как для получения электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, то молекулы газа следует ионизировать (оторвать электроны от молекул). Для ионизации молекул необходимо затратить энергию - энергию ионизации, количество которой зависит от рода вещества. Так, энергия ионизации минимальна для атомов щелочных металлов, максимальна - для инертных газов.
Ионизировать молекулы можно при нагревании газа, при облучении его различного рода лучами. Благодаря дополнительной энергии возрастает скорость движения молекул, нарастает интенсивность их теплового движения и при соударении отдельные молекулы теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.
Электроны, оторвавшись от молекулы могут присоединятся к нейтральным молекулам, образуя при этом отрицательно заряженные ионы.
Следовательно, при ионизации появляются три типа носителей зарядов: положительные ионы, отрицательные ионы и электроны.
Под действием внешнего электрического поля ионы обоих знаков и электроны движутся в направлении действия сил электрического поля: положительные ионы к катоду, отрицательные ионы и электроны - к аноду. Т.е. электрический ток в газах - это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля.
Вольт- амперная характеристика газов.
Зависимость силы тока от напряжения выражена кривой ОАВС.
На участке графика ОА сила тока подчиняется закону Ома. При малом напряжении сила тока мала, т.к. ионы двигаясь с малыми скоростями рекомбинируют, не достигая электродов. При увеличении напряжения между электродами скорость направленного движения электронов и ионов возрастает, поэтому большая часть заряженных частиц достигает электродов, а, следовательно возрастает сила тока.
При определенном значении напряжения U1 все ионы имеют достаточные скорости и, не рекомбинируя, достигают электродов. Ток становится максимально возможным и не зависит от дальнейшего увеличения напряжения до значения U2. Такой ток называют током насыщения, и ему соответствует участок графика АВ.
При напряжении U2 в несколько тысяч вольт скорость электронов, возникающих при ионизации молекул, а следовательно, их кинетическая энергия значительно увеличиваются. И когда кинетическая энергия достигает значения энергии ионизации, электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их. Дополнительная ионизация приводит к лавинообразному увеличению количества заряженных частиц, а следовательно и к значительному увеличению силы тока без воздействия внешнего ионизатора. Прохождение электрического тока без воздействия внешнего ионизатора называютсамостоятельным разрядом. Такая зависимость выражена участком графика
под влиянием высокой температуры появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщепления от атомов газа одного или нескольких электронов, в результате чего вместо нейтрального атома возникают положительный ион и электроны. Часть образовавшихся электронов может быть при этом захвачена другими нейтральными атомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газов.
После прекращения действия ионизатора количество ионов в газе с течением времени уменьшается и в конце концов ионы исчезают вовсе. Исчезновение ионов объясняется тем, что ионы и электроны участвуют в тепловом движении и поэтому соударяются друг с другом. При столкновении положительного иона и электрона они могут воссоединиться в нейтральный атом. Точно также при столкновении положительного и отрицательного ионов отрицательный ион может отдать свой избыточный электрон положительному иону и оба иона превратятся в нейтральные атомы. Этот процесс взаимной нейтрализации ионов называется рекомбинацией ионов.
Разряд в газах. Коэффициент ионизации и вторичной ионизации. Коэффициент прилипания. Эффективный коэффициент ионизации. Электроположительные и электроотрицательные газы.
Электрический разряд в газах, прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа.
Процесс ионизации газа путем соударения нейтральных молекул с электронами называется ударной ионизацией и характеризуется коэффициентом ударной ионизации a, который равен числу ионизаций, производимых электроном на пути в 1 см по направлению действия сил электрического поля. Коэффициент a определяется как произведение среднего числа столкновений на пути в 1 см и вероятности ионизации:
Помимо процессов на катоде, вторичная ионизация может происходить и в объеме газа. В определенном смысле такой вторичной ионизацией является рассмотренная ранее фотоионизация в объеме газа, так как в отличие от ударной ионизации при столкновении молекул с электронами, ионизация при поглощении фотона является вторичным процессом, следующим за образованием при столкновении возбужденной частицы и последующим испусканием фотона при девозбуждении.
устойчивость образовавшихся отрицательных ионов зависит от энергии сродства атома или молекулы к электрону Wп, то есть от энергии, выделяющейся при захвате электрона. Эта энергия должна быть положительной, то есть должна выделяться. Такие газы называются электроотрицательными, а процесс образования отрицательного иона при столкновении электрона с молекулой, — процессом прилипания
Если часть свободных электронов прилипает к молекулам газа, то число электронов, способных продолжать ударную ионизацию, сокращается, что учитывается введением так называемого эффективного коэффициента ионизации αэфф = α — η. Значения αэфф/n становятся положительными после некоторого порога при котором число ионизаций равно числу прилипаний.
Когда атомы объединяются, чтобы создать молекулы (о молекулах подробнее – позже), между ними образуется связь, которая и удерживает их вместе. Некоторые атомы способны ухватывать на один или два электрона больше, чем они имеют в нормальных условиях, и делают они это при первой возможности. Так как сам атом электрически нейтрален (положительные заряды в ядре уравновешивают отрицательные заряды электронов), и поскольку каждый электрон имеет отрицательный заряд, то атом, способный удержать один или более лишний электрон, становится отрицательно заряженным ионом. Такие элементы, атомы которых обладают таким хватательные рефлексом, называются «электроотрицательными». Самый активный из них – фтор (Z=9). За ним следуют кислород, азот, хлор и бром. Эта пятерка – самые сильные электроотрицательные элементы в России.
Есть и другие атомы, которые не только не захватывают лишние электроны, а наоборот – едва удерживают свои собственные, и склонны отдавать один или два из них, что и делают также при первой возможности. Потеряв электроны, такие атомы становятся положительно заряженными, и называются они «электроположительными».
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1457; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!