Электропроводность газов в слабых полях
Мы ранее рассматривали критерии слабого поля. Под слабыми полями обычно подразумевают такие поля, при которых не возникает ионизации газа. Все газы, как правило, являются диэлектриками и в слабых полях при нормальных условиях обладают весьма низким значением γ. Небольшая электропроводность газов обусловлена наличием незначительной концентрации заряженных частиц. В нормальных условиях число заряженных частиц (ионов газа или твердых и жидких примесей, находящихся во взвешенном состоянии) в 1 см3 атмосферного воздуха не превышает нескольких сотен. Происхождение носителей заряда в газах обусловлено различными факторами: радиоактивным излучением Земли, радиацией, проникающей из космического пространства и т.п. При поглощении энергии, бомбардирующей частицы, молекула газа теряет электрон и превращается в положительный ион. Высвобождаемый при этом электрон обычно «прилипает» к нейтральной молекуле, образуя отрицательный ион. Заряженные ионы так же, как и окружающие их молекулы газа, не имеющие электрического заряда, совершают беспорядочные тепловые движения, и вследствие диффузии происходит выравнивание концентрации ионов в газе. При встрече положительных и отрицательных ионов они рекомбинируют. В стационарном случае, когда число ионов не изменяется со временем, между процессами генерации и рекомбинации заряженных частиц устанавливается динамическое равновесие. При наложении внешнего электрического поля положительные и отрицательные ионы, преодолевая сопротивление трения газа, будут двигаться между электродами со скоростью соответственно: , где μ+ и μ- — подвижности положительного и отрицательного ионов. Экспериментальные значения подвижностей ионов для водорода и воздуха при 100° С имеют следующие значения: μ+ равны соответственно 6 и 1,3 см2В-1с-1; μ- 8 и 1,8 см2В-1с-1. Связь между числом положительных (n+) и отрицательных (n-) ионов, имеющихся в единице объема газа, и числом ионов, рекомбинирующих в той же единице объема газа за время 1 с, nр имеет вид . Здесь ρ — коэффициент рекомбинации данного газа. В стационарном случае , так что . Для единицы объема 1 см3 единица измерения ρ см3с-1 . Например, для воздуха ρ = 1,6×10-6 см3с-1. Если напряженность приложенного поля Е очень мала, то скорость v дрейфа ионов по направлению к электродам будет невелика, а вероятность рекомбинации ионов имеет большую величину. Плотность тока, протекающего через газ, численно равна заряду, переносимому за 1 с через 1 см2 поверхности, перпендикулярной направлению поля Е: . Подставив в значения v+, v- и n из и , получим . Принимая во внимание, что , получаем выражение для удельной проводимости . Воспользовавшись приведенными выше значениями характеристик для воздуха, можно показать, что удельная проводимость воздуха в слабых полях составляет около 10-15 ом-1см-1 . Из равенства видно, что при малых значениях напряженности внешнего электрического поля, когда nр, ρ, μ+, и μ- можно считать постоянными, плотность тока в газе прямо пропорциональна напряженности приложенного поля, т.е. в этих условиях соблюдается закон Ома (участок ОА на Рис. 5‑3). Однако при дальнейшем возрастании напряженности поля закон Ома уже не выполняется. Это связано с тем, что с повышением напряженности поля возрастает скорость ионов; вследствие этого резко падает вероятность их рекомбинации. Тогда ионы, образующиеся в газе, будут в большинстве уходить на электроды, не рекомбинируя. Так как число ионов в газе при малых полях ограничено и не зависит от напряжения, дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения тока. Плотность тока приобретает значение
, где jнас — плотность так называемого тока насыщения (участок АВ на Рис. 5‑3). Плотность тока насыщения появляется в воздухе при очень малых значениях E. В случае, когда расстояние между электродами равно 1 см, насыщение достигается уже при в/см. Значение плотности тока насыщения jнас в газах невелико; для тщательно очищенных газов величина jнас не превышает 10-20-10-18 а/см2. При дальнейшем повышении Е до значений, приближающихся к электрической прочности Enp, возникает возможность возрастания концентрации заряженных частиц из-за развития ударной ионизации, и кривая зависимости j от Е начинает вновь резко возрастать (участок ВС на Рис. 5‑3).
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (933)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |