Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
504
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ГАЗАХ
[ГЛ. IX
правленными стрелками. Допустим сначала, что энергия электрона, ускоренного разностью потенциалов V\, недостаточна, чтобы ионизовать газ, но достаточна, чтобы вызвать возбуждение атомов и связанное с ним испускание ультрафиолетовых лучей. Последние, падая на сетку S2 и коллектор Л, вырывают с поверхности этих тел медленные электроны. Если электрическое поле между А и S2 направлено вправо, то эти электроны будут отброшены коллектором Л, и на нем останутся положительные заряды. Если же электрическое поле направлено влево, то электроны, вырванные из Л, возвратятся обратно, а вырванные из S2 направятся к Л, так что на Л образуется отрицательный заряд. Таким образом, при изменении знака разности потенциалов V3 будет меняться знак заряда электрометра <з\ Допустим теперь, что между сетками и S2 происходит ионизация частиц газа. Тогда появятся отрицательные и положительные ионы. Отрицательные ионы будут увлекаться электрическим полем У, влево, а положительные ионы — вправо.
Пройдя через сетку S2, положительные ионы попадут на коллектор Л, каков бы ни был знак разности потенциалов Уя. Действительно, так как разность потенциалов У;1 мала по сравнению с V2, она не сможет задержать положительные ионы, когда электрическое поле направлено влево. Когда же электрическое поле направлено вправо, то оно еще больше ускорит положительные ионы и тем самым облегчит попадание их на коллектор. Таким образом, возможно отличить возбуждение частиц газа от их ионизации. Если между первым возбуждением (переходом на первый возбужденный уровень) и ионизацией замечаются еще резкие возрастания электризации, то это указывает на дальнейшие возбуждения, т. е. переходы атома на более высокие энергетические уровни.
4. Существуют и другие способы определения ионизационных потенциалов, например спектроскопический. Об этом последнем способе будет сказано в т.У. В пределах отдельных периодов естественной системы элементов Менделеева наибольшими потенциалами ионизации обладают атомы инертных газов, наименьшими — атомы щелочных металлов. Так, ионизационный потенциал атома гелия равен 24,58 В, неона 21,56 В, лития 5,390 В, натрия 5,138 В. Вот почему пламя особенно эффективно ионизует воздух, когда в него введено небольшое количество поваренной соли. Внутри групп естественной системы Менделеева ионизационный потенциал, как правило, уменьшается с увеличением атомного номера элемента.
При рекомбинации положительного и отрицательного ионов потенциальная энергия уменьшается. Частично она идет на излучение электромагнитных волн. Последнее называется рекомбина• ционным излучением. Рекомбинационное излучение проявляется,: например, в виде свечения газа в рекламных трубках.
§ ПІ)
ИЗМЕРЕНИЕ СЛАБЫХ ТОКОВ
505
§ 111. Измерение слабых токов
1<Д
1. Токи, возникающие в газах под действием внешнего ионизатора, обычно очень слабы, порядка 10”®—10~12 А. Предел чувствительности обычных зеркальных гальванометров порядка 10~12 А. Дальнейшее повышение чувствительности невозможно из-за броуновского движения, вызывающего такие же по порядку величины отклонения зеркальца гальванометра, какие вызываются измеряемыми токами. Поэтому для измерения таких токов в большинстве случаев пользуются электрометрами. Обычно применяются струнные или квадрантные электрометры. Ниже изложение ведется применительно к струнному электрометру, хотя все методы и схемы включения остаются неизменными и в случае квадрантного электрометра.
В струнном электрометре подвижной частью прибора служит тончайшая платиновая нить диаметром 2—10 мкм, натянутая между двумя вертикальными металлическими «ножами», имеющими форму трехгранных призм (рис. 272). Призмы укреплены на янтарных изоляторах и могут быть заряжены до некоторой разности потенциалов (около 100 В), а нить с помощью стержней а и Ь, между которыми она натянута, соединяется с исследуемым источником электричества. Обычно укрепление платиновой нити на держателе Ь осуществляется посредством колечка или дужки из кварцевой нити. При зарядке нить электрометра изгибается по направлению к заряженным ножам в ту или в другую сторону, в зависимости от знака заряда. Изгиб получа- рис 272. ется тем больше, чем меньше натяжение нити. Для регулирования згого натяжения и получения желаемой чувствительности стержни а и Ь, к которым прикреплена нить, можно передвигать в направлении их длины с помощью микрометрического винта. Отклонение нити измеряется при помощи микроскопа с окулярной шкалой. Для градуировки прибора на нить подаются известные потенциалы и измеряются ее отклонения.
2. Для измерения слабых токов в газах применяются два метода, описываемые ниже.
Метод натекания. Схема этого метода изображена на рис. 273. Ножи электрометра М и N соединены с полюсами батареи Ви середина которой заземлена. С помощью ключа К нить электрометра может либо заземляться, либо
І
м
N
іЬ-г—ФН
1-А
-Т-?-
Рис 273.
соединяться с электродом А ионизационной камеры, наполненной исследуемым газом. Между электродами А и В камеры создается напряжение с помощью батареи В2. Допустим, что ионизация в камере создается рентгеновскими лучами от рентгеновской трубки. Сначала ключ К должен быть замкнут. Тогда нить электрометра, находясь при нулевом потенциале, останется неподвижной, несмотря на то что в цепи В2ВАК циркулирует ток. Затем ключ К размыкают, отключая
