Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
ряд не прекращается. Из несамостоятельного разряд перешел в самостоятельный, когда образование новых ионов происходит в результате внутренних процессов, происходящих в самом газе.
3. Рассмотрим еще вопрос о распределении потенциала между электродами. Если между электродами не течет ток, то газ ведет себя как всякий диэлектрик. В газе возникнет однородная электрическая поляризация, но не появится никаких объемных зарядов. Поле Е между электродами будет также однородным, а потенциал V будет линейно убывать с расстоянием х от значения V3 на аноде до значения VK на катоде:
Не то будет, когда через газ проходит электрический ток. В этом случае у анода появятся избыточные отрицательные заряды, а у катода — положительные. Иначе говоря, возникнут объемные заряды с объемной плотностью (> (х). В соответствии с уравнением cPVidx2--= —4лр потенциал V перестанет быть линейной функцией координаты х, а представится некоторой кривой V = V (х). Эта кривая будет обращена выпуклостью вниз, если вторая производная d?V/dx2 положительна (р 0), и вверх, если эта производная отрицательна (р > 0). В области, где нет пространственных зарядов, кривая переходит в прямолинейный участок. Изменение потенциала между электродами изображено на схематическом рис. 276 сплошной линией. Пунктирная прямая соответствует распределению потенциала, когда между электродами пространственных зарядов нет. Пространственные заряды заставляют эту прямую изгибаться,
О
Рис. 275.
закона Ома. На участке АВ ток меняется с напряжением нелинейно. Начиная с точки В, ток 3 достигает насыщения <?7s и остается постоянным на некотором участке ВС. Однако в точке С снова начинается возрастание ионизационного тока, сначала медленное, а затем очень резкое. Это означает, что появился новый, внутренний источник ионов. Если в некоторой точке D убрать внешний источник ионов, то раз-
§ 1131
ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕКОМБИНАЦИИ
509
-р
К
7 Рис. 276. я
так как отрицательные заряды, появляющиеся у анода, понижают потенциал вблизи этого электрода, а положительные заряды, накапливающиеся у другого электрода, повышают потенциал в окрестности катода. Мы видим, что прохождение тока через ионизованный газ делает падение потенциала вблизи электродов более крутым, а в середине между ними — более пологим. Это означает, что электрическое поле Е перестает быть однородным. Оно максимально вблизи электродов и минимально между ними.
Заметим в заключение, что требуется совсем ничтожное нарушение электрической нейтральности газа, чтобы вызвать в нем сильное электрическое поле. Поэтому даже при + _
прохождении электрического тока в газе с у высокой степенью точности выполняется pa-венство концентраций положительных и отрицательных ионов: п+ = п~. Если это имеет место, то говорят о квазинейтральности газа.
Квазинейтральный — это такой идеализированный газ, в котором выполнено условие п+ = п~, хотя и могут существовать какие угодно неоднородные электрические поля.
В расчетах пользуются такой идеализацией, несмотря на то что само наличие неоднородности электрического поля невозможно без нарушения равенства nv = п~. Положение здесь аналогично тому, что имеет место при рассмотрении упругих деформаций тел. В достаточно твердых телах требуются ничтожные изменения плотности, чтобы возникли большие упругие напряжения. В теории упругости вводят представление об идеально недеформируемых упругих телах, в которых могут возникать сколь угодно большие напряжения, хотя реальной причиной возникновения последних и являются деформации.
§ 113. Измерение коэффициентов рекомбинации
Существует много методов измерения коэффициентов рекомбинации. Опишем три наиболее простых из них.
1. Метод Резерфорда (1897). Этот метод позднее (1900) был усовершенствован Таунсендом. Поток исследуемого газа продувается с постоянной скоростью v через латунную трубу, предварительно пройдя через слой ваты, которой закрыт один из концов трубы (рис. 277). В начальном участке трубы имеется алюминиевое окошко АВ, через которое могут проходить рентгеновские лучи. Газ ионизуется рентгеновскими лучамиспособом.иликаким-либодругим Образующиеся ионы увлекаются струей газа и по пути частично рекомбинируют. На некоторых расстояниях */2, d& ... от места ионизации вдоль трубы располагаются тождественные электроды /, 2у 3 ... Каждый из них поочередно может соединяться с электрометром. При этом все остальные электроды соединяются с трубой, которая в свою очередь соединяется с одним из полюсов батареи, другой полюс которой заземлен. Сначала с электрометром соединяется электрод /. Тогда между этим электродом и стенками трубы возникает сильное электрическое поле, увлекающее на электрод 1 все проходящие мимо него ионы одного знака. Если — концентрация пар
510
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ГАЗАХ
[ГЛ. IX
ионов у электрода 1, то на него за время т попадет nTfST ионов, которые передадут ему заряд Qi= riiVSex, где S — площадь электрода, а е — заряд одного иона. После этого такие же измерения повторяют, соединив с электрометром электрод 2. Пусть в этом случае электрометр измерит заряд Q2 = n2vSeт. Тогда на основании формулы (109.3)
