13.3. Задачи

13.1. Энергия ионизации атома водорода  Дж. Определить потенциал ионизации водорода. (Ответ:  В).

13.2. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом азота, если потенциал ионизации равен 14,5 В? (Ответ:  м/с).

13.3. Потенциал ионизации атома ртути  В. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом ртути при ударе? (Ответ:  м/с).

13.4. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом гелия? Энергия ионизации атома гелия  эВ. (Ответ:  м/с).

13.5. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом водорода? Потенциал ионизации атома водорода  В. (Ответ:  м/с).

13.6. Какова должна быть температура Т атомарного водорода, чтобы средняя кинетическая энергия поступательного движения атомов была достаточна для ионизации путем соударений? Потенциал ионизации атомарного водорода равен 13,6 В. (Ответ:  кК).

13.7. При какой температуре Т атомы ртути имеют кинетическую энергию поступательного движения, достаточную для ионизации? Потенциал ионизации атома ртути  В. (Ответ: К).

13.8. Посередине между электродами ионизационной камеры пролетела –частица, двигаясь параллельно электродам, и образовала на своем пути цепочку ионов. Спустя какое время после пролета –частицы ионы дойдут до электродов, если расстояние между электродами равно 4 см, разность потенциалов  кВ и подвижность ионов обоих знаков в среднем   ? (Ответ:  мс).

13.9. Азот ионизируется рентгеновскими лучами. Определить проводимость азота, если в каждом кубическом сантиметре газа находится в условиях равновесия пар ионов. Подвижность положительных ионов   и отрицательных   . (Ответ:  нСм).

13.10. Воздух между плоскими электродами ионизационной камеры ионизируется рентгеновскими лучами. Сила тока I, текущего через камеру, равна 1,2 мкА. Площадь S каждого электрода равна 300 см², расстояние между ними  см, разность потенциалов  В. Найти концентрацию пар ионов между пластинами, если ток далек от насыщения. Подвижность положительных ионов   и отрицательных   . Заряд каждого иона равен элементарному заряду. (Ответ:  м^-3).

13.11. При каком напряжении зажигается неоновая лампочка, если расстояние между электродами, имеющими вид тонких пластин, ; энергия ионизации неона ; длина свободного пробега электронов между двумя последовательными столкновениями с атомами неона ? Заряд электрона равен . (Ответ: ).

13.12. Электрическая дуга низкого напряжения осуществляется между угольным электродом и большой металлической массой и питается от источника переменного тока (трансформатора). Показать, что по цепи с дугой идет частично выпрямленный ток. В каком направлении идет выпрямленный ток в цепи?

13.13. Электроды в форме диска и острия расположены на некотором расстоянии друг от друга. К каким полюсам нужно присоединить эти электроды к источнику тока для того, чтобы пробой воздушного промежутка произошел при меньшей разности потенциалов между электродами?

13.14. Электрический пробой воздуха наступает при напряженности поля  МВ/м. Определить потенциал ионизации воздуха и скорость электронов перед ударом о молекулы, если длина свободного пробега электронов  мкм. (Ответ:  В;  м/с).

13.15. До какого потенциала можно зарядить уединенный металлический шарик радиусом  мм? Какой заряд он при этом будет нести? Напряженность поля, при котором наступает пробой воздуха,  МВ/м. (Ответ:  кВ;  нКл).

13.16. При освещении сосуда с газом рентгеновскими лучами в единице объема в единицу времени ионизируется число молекул  м^-3с^-1. В результате рекомбинации в сосуде установилось равновесие, причем в единице объема газа находится число ионов каждого знака  м^-3. Найти коэффициент рекомбинации . (Ответ:  м³/с).

13.17. К электродам разрядной трубы приложена разность потенциалов  В, расстояние между ними  см. Газ, находящийся в трубке, однократно ионизирован. Число ионов каждого знака в единице объема  м^-3; подвижность ионов и . Найти плотность тока в трубке. Какая часть полного тока переносится положительными ионами? (Ответ:  мкА/м²; 0,01 %).

13.18. Объем v газа, заключенного между электродами ионизационной камеры, равен 0,5 л. Газ ионизируется рентгеновским излучением. Сила тока насыщения  нА. Сколько пар ионов образуется в 1 с в 1 см³ газа? Заряд каждого иона равен элементарному заряду. (Ответ: ).

13.19. Найти силу тока насыщения между пластинами конденсатора, если под действием ионизатора в каждом кубическом сантиметре пространства между пластинами ежесекундно образуется пар ионов, каждый из которых несет один элементарный заряд. Расстояние между пластинами конденсатора равно 1 см, площадь платины равна 100 см². (Ответ: А).

13.20. В ионизационной камере, расстояние между плоскими электродами которой равно 5 см, проходит ток насыщения плотностью  мкА/м². Определить число пар ионов , образующихся в каждом кубическом сантиметре пространства камеры в 1 с. (Ответ:   ).

13.21. Пары ртути в ртутной лампе ионизируются рентгеновскими лучами. При увеличении напряжения между электродами лампы достигается ток насыщения  нА. Какое количество пар ионов создают рентгеновские лучи за время с? (Ответ: ).

13.22. Площадь каждого электрода ионизационной камеры  0,01 м², расстояние между ними  см. Найти ток насыщения I_н в такой камере, если в единице объема в единицу времени образуется число однозарядных ионов каждого знака   ^. (Ответ: I_н = 0,1 мкА).

13.23. Найти наибольшее возможное число ионов n каждого знака, находящихся в единице объема камеры (см. задачу 13.22), если коэффициент рекомбинации  м³/с. (Ответ:  м^-3).

13.24. Найти сопротивление трубки длиной  см и площадью поперечного сечения  мм², если она заполнена воздухом, ионизированном так, что в единице объема при равновесии находится  м^-3 однозарядных ионов каждого знака. Подвижности ионов   и   . (Ответ:  Ом).

13.25. Какой ток I пойдет между электродами ионизационной камеры (см. задачу 13.22), если к электродам приложена разность потенциалов  В? Подвижность ионов   . Коэффициент рекомбинации  м³/с. Какую долю тока насыщения составляет найденный ток? (Ответ:  нА; 3,3 %).

13.26. Почему искровой разряд возникает при высоких напряжениях, а дуговой разряд идет при достаточно малых напряжения?

13.27. Луч лазера, работающего в импульсном режиме, пропустили через фокусирующую линзу. Определить произойдет ли пробой в области фокуса, если известно, что пиковая мощность лазера  мВт, угол расходимости светового луча  рад, фокусное расстояние линзы  см. (Ответ:  МВт/м², пробой произойдет).

13.28. Когда луч рубинового лазера, работающего в импульсном режиме, пропустили через фокусирующую линзу, в воздухе в области фокуса вспыхнула искра. Определить фокусное расстояние линзы, если пиковая мощность лазера  МВт, плотность потока энергии в фокусе составляла  МВт/см². Угол расходимости лазерного луча  рад. (Ответ:  см).

13.29. Луч лазера, работающего в импульсном режиме, пропустили через фокусирующую линзу с фокусным расстоянием . В области фокуса вспыхнула искра. Определить среднеквадратичное поле в световой волне в области фокуса, если угол расхождения луча и пиковая мощность . (Ответ: ).

13.30. Определить произойдет ли оптический пробой, если использовать аргоновый лазер, работающий в непрерывном режиме. Причем мощность излучения  Вт, а угол расходимости светового луча  рад. Для фокусировки луча используют линзу с фокусным расстоянием  см. (Ответ:  Вт/м², пробой не произойдет).