saveliev2 (797914), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Поэтому в выделяющемся при электролизе газе тяжелый водород присутствует в относительно меньшем количестве, чем в исходной воде: в электролите же концентрация тяжелой воды повышается. Если производить злектролиз достаточно долго, можно получить воду с высоким содержанием молекул РзО. 6. Электролитические конденсаторы. Если в раствор борной щелочи (смеси борной кислоты и аммиака) погрузить алюминиевые электроды и приложить к ним напряжение, то анод быстро покрывается очень топким не- проводящим слоем окислов алюминия, и ток прекрашается.
Изолирующий слой поддерживается за счет электролиза и прн изменении полярности исчезает. Таким образом, анод и электролит оказываются разделенными тончайшим слоем изолятора и образуют конденсатор весьма большой емкости (емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между обкладками). В «сухих» электролитических конденсаторах электролит изготовляют в виде густой пасты и пропитывают им бумажную прокладку, помещаемую между обкладками. Подобные конденсаторы при небольших размерах обладают емкостью порядка сотен микрофарад. При их включении необходимо строго соблюдать обозначенную полярность. Если электрод с образовавшимся на нем слоем окисла подключить к минусу цепи (т. е. в обратном направлении), то изолирующий слой исчезнет и сила тока резко возрастет, что приведет к разрушению конденсатора. Каждый такой конденсатор бывает рассчитан на определенное предельное напряжение, при превышении которого изолируюший слой пробивается и конденсатор выходит из строя.
гллвл хю ЭЛЕКТРИЧЕСКИИ ТОК В ГАЗАХ 5 84. Виды газового разряда Прохождение электрического тока через газы называется газовым раз рядом. В металлах, полупровод. никах и электролитах носители тока существуют всегда, независимо от процессов, связанных с прохождением тока; электрическое поле лишь обусловливает упорядоченное движение имеющихся зарядов. Газы в нормальном состоянии являются изоляторами, носители тока в ннх отсутствуют. Лишь при соблюдении специальных условий в газах могут появиться носители зарядов(ионы, электроны) и возникает электрический разряд, Носители тока в газах могут возникать в результате внеШних воздействий, не связанных с наличием электрического поля. В этом случае говорят о песа мостоят елл ьн о й п р о в од и мости газа. Несамостоятельный разряд может быть вызван нагреванием газа до высокой температуры (термическая ионизация), воздействием ультрафиолетовых или рентгеновских лучей„ а также воздействием излучения радиоактивных веществ.
Если носители тока возникают в результате тех процессов в газе, которые обусловлены приложенным к газу электрическим полем, проводимость называется с а мостоятельной. Характер газового разряда зависит от множества факторов: от химической'природы газа и электродов, от температуры и давления газа, от формы, размеров и взаимного расположения электродов, от напряжения, 2о и. В, савельев, т, и плотности и мощности тока и т. и. Поэтому газовый разряд может принимать весьма разнообразные формы.
В частности, он может сопровождаться свечением и звуковыми эффектами — шипением, шорохами и треском. 2 85. Несамостоятельный газовый разряд Пусть газ, находящийся между плоскими параллельными электродами (рис. 182), подвергается непрерывному постоянному по интенсивности воздействию какого- либо ионизирующего агента (например, рентгеновских лучей). Действие ионизатора приводит к тому, что от некоторых молекул газа') отщепляется один или несколько электронов, в результате чего эти молекулы превращаются в положительно заряженные ионы.
При не очень низких давлениях отщепившиеся электроны обычно захватываются нейтральными молекулами, которые таким образом стацовятся отрицательно заряженными ионами. Число пар ионов, воз- Е никающих под действием ионизатора за секунду в единице объема, обозначим через Лпь Наряду с процессом ионизации в Рис.
~82. газе будет происходить рекомбинация ионов (т. е. нейтрализация разноименных ионов при встрече нли воссоединение положительного иона и электрона в нейтральную молекулу). Количество рекомбинирующих за секунду в единице объема пар ионов Ьа„ как и в случае электролитов [см. формулу (79.2)], пропорционально квадрату числа имеющихся в единице объема пар ионов п: йп,= »пт (85.1) (» — коэффициент пропорциональности) . В состоянии равновесия Ьпт должно быть равно Лп„ т.
е. Ьпг»пе; (85.2) ') Атомы мы также будем считать молекулами (одкоатомными). где ие+ и ис — подвижности положительных и отрицательных ионов. В этом выражении а является, как это следует из соотношения (85.5), функцией 1, т. е. в конечном счете функцией Е. Исключив и из выражений (85.5) и (85.6) и решив получающееся квадратное уравнение, можно найти для 1 следующую формулу: (второе решение отрицательно и должно быть отброшено как не имеющее физического смысла). Рассмотрим случаи слабых и сильных полей. 1, В случае слабых полей плотность тока будет очень мала и слагаемым фе'1 в соотношении (85.5) можно пренебречь по сравнению с гат (это означает, что убыль ионов из межэлектродного пространства происходит в основном за счет рекомбинации1)). Тогда (85.5) переходит в (85.2) и для равновесной концентрации ионов получается выражение (85.3).
Подставляя это значение п в (85.6), получаем ! в' ~à —,' (и,++н,-)Е (эта формула получается из (85.?), если пренебречь едн4Ъмме ннцей по сравнению с + ( ~~+во у*Ет ) Множитель при Е в формуле (85.8) не зависит от напряженности паля, Следовательно, в случае слабых полей несамостоятельный газовый разряд подчиняется закону Ома. Подвижность ионов в газах гораздо больше, чем в м/сев электролитах — она имеет величину порядка 10 в!м ( ) см)сен 1 1 ). Некоторые ионы, называемые ион а ми в/см Л ан ж е в е н а, обладают в 100 — 1000 раз меньшей»одвижностью.
Они представляют собой обычный ион, соединившийся с пылинкой, капелькой воды и т. п. ') Такое же соотношение между количеством рекомбинирующик и количеством отсасываемых полем ионов имеет место у электролитов. При равновесной концентрации и = 10э м з = ГО см-з и напряженности поля Е = 1 е/м плотность тока согласно формуле (85.6) составит !=1,6 10 ~ ° 10 (10 +1О ) ° 1 !О 1 а/м =10 а/см (ионы мы считали однозарядными).
2. В случае сильных полей слагаемым гпа в формуле (85.5) можно пренебречь по сравнению с !/е'1. Это означает, что практически все возникающие ионы достигают электродов, не успев рекомбинировать, При этом условии соотношение (85.5) принимает вид Лп,= —, ! еч " откуда (85;9) /=е'Лп; ° 1 (это выражение можно получить из (85.7), преобразо- 1 вав корень по формуле )/1+х = 1+ —,х, справедливой прн малых х). Плотность тока (85.9) создается всеми ионами, порождаемыми иопизатором в заключенном между электродами столбе газа с единичным поперечным сечением.
Следовательно, эта плотность тока является наибольшей при данной интенсивности нонизатора и величине межэлектродного промежутка 1. Ее называют плотностью тока насыщения !„„. Вычислим !„„„, при следующих условиях: Лп;— = 1О' м-з = 10 см-' (напомним, что в атмосферном воздухе прн обычных условиях возникает ежесекундно в каждом кубическом сантиметре несколько пар ионов), ! = 0,1 м (10 см). По формуле (85,9) !„„=1,6 1О ' ° 1О ° 1О ' 10 а/м =10 а/см.
Этот расчет показывает, что проводимость воздухи в обычных условиях ничтожно мала. График функции (85.7) изображен на рис. 183(сплошная кривая), При достаточно больших значениях на пряженности поля ток начинает резко возрастать (см. пунктирный участок кривой). Это объясняется тем, чти порождаемые внешним ионизатором электроны ') за время свободного пробега успевают приобрести энергию, достаточную для того, чтобы, столкнувшись с молекулой, вызвать ее ионизацию (ионизация ударом).
Возникшие при этом свободные электроны, разогнавшись, в сжпо очередь вызывают ионизацию. Таким образом, происходит лавинообразное размножение первичных ио- нов, созданных внешним ионнl затором, и .усиление разряд,> ного тока. Однако процесс не утрачивает характера несамо/ стоятельного разряда, так как после прекращения действия внешнего ионизатора разряд продолжается только до тех пор, пока все электроны (первичные и вторичные) не достигРис. 1зз. нут анода (задняя граница пространства, в котором имеются ионизирующие частицы — электроны, перемещается к аноду). Для того чтобы разряд стал самостоятельным, необходимо наличие двух встречных лавин ионов, что возможно только в том случае, когда ионизацию ударом способны вызвать носители обоих знаков.
Весьма важно, что несамостоятельные разрядные токи, усиленные за счет размножения носителей, пропорциональны числу первичных ионов, создаваемых внешним ионизатором. Это свойство разряда используется в пропорциональных счетчиках (см. следующий параграф). 5 86, Ионизационные камеры и счетчики Действие ионизационных камер и счетчиков в приборов, применяемых для обнаружения и счета ядерных частип, а также для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения, основано на использовании несамостоятельного газового разряда. Принципиальная схема ионнзационной камерыисчетчика одинакова (рис. 184).
Отличаются они лишь режи- ') Вследствие большой длины свободного пробега электроны раньше приобретают способность вызывать ионизацию, чен газовые новы. 310 мом работы и конструктивными особенностями. Счетчик (рис. 184, б) состоит нз цилиндрического корпуса, по оси которого укреплен на изоляторах электрод в виде тонкой нити (анод). Вторым электродом (катодом) служит корпус счетчика. Иногда счетчик заключают в оболочку иэ стекла. Для впуска ионнзирукнцих частицвторце счетчика делается окошко из алюминиевой фольги или из слюды.
Некоторые частицы, а также рентгеновское и гамма-излучение проникают в счетчик или ионизационную камеру непосредственно через их стенки. Рис. >64. Ионизационная камера (рис. 184,а) может иметь электроды разной формы. В частности, они могут быть та кими же, как у счетчика, либо иметь форму плоских параллельных пластин и т. и. Предположим, что в пространство между электродами влетает быстрая заряженная частица (например, а- или р-частица), которая создает № пар первичных ионов (электронов и»оложнтельнь>х ионов)..
Возникшие ионы увленаются полем к электродам, вследствие чего через сопротивление Ю проходит некоторый заряд д, который мы будем называть импульсом тока. На ркс. 1% приведена зависимость импульса тока >1 от напряжения П между эпектродами для двух рйзлнчных количеств первичных ионов №, отличающихся по величине в три раза (№в 3№>). На графике можно выделить шесть обозначенных римскими цифрами различных областей. Области > и П были подробно рассмотрены и предыдущем параграфе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
