Vidpovidi_Pitannya_MKR1_VSE

Подставив поля у катода и у анода в (3.17), получим связь между и ,

(3.18)

Из (3.16) и (3.18) находим выражения для поляризационных зарядов

(3.19)

По мере перемещения заряда , создающего конвекционный ток, заряд на катоде

убывает, а заряд на аноде увеличивается. Такое изменение поляризационных зарядов происходит за счѐт смещения многих электронов в проводниках на небольшие по атомным масштабам расстояния. Это смещение, восстанавливающее электронейтральность, называется максвелловской релаксацией. Ток во внешней цепи равен скорости

изменения полного заряда на одном из электродов. Полный заряд на аноде равен , а ток в анодном выводе

(3.20)

Он состоит из двух компонент. Первая компонента есть ток перезарядки ѐмкости анод-катод. При . Вторая компонента

(3.21)

есть так называемый наведѐнный ток, индуцированный в выводе зарядом . Наведѐнный ток, созданный всеми зарядами из рабочего объѐма, равен

Наведѐнный ток в пересчѐте на единицу площади конвекционного потока равен среднему значению плотности конвекционного тока в рабочем объѐме,

Конвекционный ток в любом сечении рабочего объѐма должен оставаться одинаковым по величине и равным току эмиссии, . Поэтому

(3.22)

Таким образом, постоянный конвекционный ток индуцирует во внешней цепи равный себе наведѐнный ток.

15. Визначити кількість електронів у лавині

16. Визначити кількість позитивних іонів у лавині

Первичная лавина (рис. 1) образуется случайным электроном, стартующим из некоторой точки катода, и количество положительных ионов, образованных ею на отрезке пути

от xдо xdx ( где:

x — расстояние от катода до данной точки разрядного промежутка вдоль силовой линии электрического поля), будет равно dn = ad exp((a–h)x) dx, где a — первый коэффициент Таунсенда, h — коэффициент прилипания электронов к молекулам газа.

Рис. 1. Схема развития первичной электронной лавины

Число возбужденных атомов будет пропорционально числу ионизаций dn* = aqd exp((a– h)x) dx, где q — число возбуждений, производимых одним электроном на одну ионизацию.

17. Визначити поняття відносної щільності газу

Относительная плотность газа – это сравнение молярной или относительной молекулярной массы одного газа с аналогичным показателем другого газа:

M1 D = ——

M2

или

Mr1 D = —— Mr2

Обычно плотность газов определяют по отношению к водороду как самому легкому газу. Часто газы сравнивают также с воздухом.

Чтобы показать, с каким газом сравнивают исследуемый газ, к символу относительной плотности добавляют индекс. Затем в скобках пишут исследуемый газ.

18. Визначити коефіцієнт ударної іонізації

Этот коэффициент является самой важной характеристикой, используемой в теории газового разряда и определяющей основную реакцию, приводящую к развитию разряда. Ударная ионизация может быть представлена реакцией вида

e + M → M+ + 2e, где M – атом или молекула газа.

Коэффициент ударной ионизации равен числу эфективных актов ионизации, осуществляемых одним электроном на пути в 1 см вдоль поля. Энергия ионизации – Wи, для большинства газов составляет 12-20 эВ:

Коэффициент ударной ионизации, обозначаемый обычно α и называемый еще первым коэффициентом ударной ионизации Таунсенда, определяется по увеличению тока в промежутке между электродами в результате ионизации молекул газа при столкновениях с электронами. Процесс ионизации ведет к образованию новых свободных электронов. Эти свободные электроны, в свою очередь, приобретают энергию поля, достаточную для ионизации, то есть для образования новых электронов.

19. Визначити залежність коефіцієнту ударної іонізації від тиску

При S=const увеличение давления больше значения, соотв. минимуму приводит к увеличению числа столкновений электронов с нейтральными атомами и молекулами и как следствие, к уменьшению его энергии, накапливаемой на длине свободного пробега.Так как ионизация происходит при энергии электрона W ≥ Wи, а энергия, приобретаемая электроном, зависит от поля и от длины пути свободного пробега, определяемой плотностью газа, то и вероятность ионизации, а следовательно и коэффициент α должны зависеть от поля и от концентрации молекул газа n или его давления р. Эксперименты подтверждают, что действительно имеется зависимость α/n = f(Е/n) или α/р = f(Е/р).

20. Вивести вірогідність зіткнень електронів з нейтральними частками

21. Теорія ударної іонізації

Теория ударной ионизации (теория Таунсенда), объясняющая развитие разряда как результат объемной ударной ионизации электронами и поверхностной ионизации на катоде, применима только при начальных стадиях разряда при малых значениях pS, когда влияние объемных зарядов на развитие пробоя незначительно. Ударная ионизация – соударение заряженной частицы с нейтральным атомом или молекулой в результате чего с их орбит освобождается электрон. Условие ионизации имеет вид:

Где m – масса заряженной частицы, V – еѐ скорость, Wи – энергия ионизации атома (молекулы).

Так как скорость электронов намного больше скорости ионов то ионизация ионами малоэффективна. Ниже приведена схема ударной ионизации электроном.

22.Стримерна теорія.

Зелектронних лавин, що виникають у електричному полі розрядного проміжку, при певних умовах утворюються стримери - тьмяно світні тонкі розгалужені канали, які містять іонізовані атоми газу й вільними електронами. Стримери, подовжуючись, перекривають розрядний проміжок і

з'єднують електроди безперервними провідними нитками. Потім відбувається перетворення стримерів в іскрові канали, що супроводжується різким зростанням сили струму і кількості енергії, що виділяється в них. Кожен канал швидко розширюється, в ньому

стрибкоподібно підвищується тиск, в результаті чого на його кордонах виникає ударна хвиля. Сукупність ударних хвиль від іскрових каналів, що розширюються, породжує звук, який сприймається як «тріск» іскри (у разі блискавки це грім).

23.Умова самостійності розряду згідно теорії ударної іонізації

Несамостійним розрядом називається розряд, для підтримання якого, необхідна зовнішня енергія, яка поступає на катод, викликає за рахунок іоізації виникнення нових запальних електронів, а розряд, який не потребує для себе стаціонарних зовнішніх джерел енергії

зветься самостійним. загальне число електронів , які виникають біля катода за одиницю часу, дорівнює. На анод за одну секунду поступить кількість електронів ,

розмножених у лавинних процесах, , де nk – кількість початкових електронів, Л – відстань між анодом і катодом, АЛЬФА – коефіцієнт(залежить від кількості зіткненні і

імовірності.), Число вторинних електронів , вибитих із катода при бомбардуванні його

прискореними катіонами, ,де – коефіцієнт вторинної емісії, який у залежності від величини кінетичної енергії, типу іонів. Склавши згідно з (1) число вторинних

електронів із числом електронів , утворених іонізатором, отримаємо повне число електронів, емітованих катодом, . Тобто

.З (8.3.2) та (8.3.3) отримуємо.

Проаналізуємо цей вираз. Збільшення анодної напруги призводить до зростання кінетичної енергії катіонів. Це викликає збільшення як коефіцієнта вторинної емісії . Знаменник у

монотонно зменшується і для деякого значення напруги стає рівним нулеві .

(4)

Ця рівність визначає умову виникнення самостійного розряду, оскільки розряд існує () навіть у відсутності зовнішнього іонізатора ().

24. Умова самостійності розряду згідно стримерній теорії

25. Вивести закон Пашена

От каждого электрона, который вылетел с катода, за все время пребывания его в разрядном

промежутке рождаетсяэлектронов и положительных ионов (минус единица соответствует учету самого начального электрона). Столько же положительных ионов в конце концов попадает на катод. Каждый из них выбивает в среднем γэлектронов, то есть на место одного первичного электрона, который устраняется полем из разрядного промежутка,

появляетсяновых. Если это число меньше единицы, начальные электроны не будут «воспроизводиться» и самостоятельный разряд не возникает. Если же оно превышает единицу, скажем, равно двум, через определенное время с катода выйдет четыре электрона на один первичный и т. д. Число электронов в разрядном промежутке и ток от цикла к циклу начнут нарастать и зажжется самостоятельный разряд, произойдет пробой. Критическое условие начала воспроизводства первичных электронов, вылетающих с катода,

можно рассматривать как условие зажигания или пробоя. Критерий накладывает условие на пробивное напряжение Vt и

Подставляя выражение для α , найдем

26. Пояснити хід кривої Пашена у лівій її гілці

Для пробоя нужны высокие напряженности поля а значит а следовательно большые напряжения, при которых вероятность ионизации повышается. Если прийти к анализу левой ветви то однако при малых давлениях, когда длина свободного пробега электрона становится соизмеримой с длиной межэлектродного промежутка S, число столкновений электронов с атомами становится столь малым, что развитие лавины вследствие ударной ионизации затрудняется и для пробоя требуются высокие напряжения.

27. Пояснити хід кривої Пашена у правій її гілці

При анализе кривой Пашена необходимо учитывать: 1)обьязательность создания эффективной лавины; 2)физический смысл коэффимциента α; 3)зависимость α от давления.

После прохождения минимума количество частиц в единице объема растет, что приводит к увеличению количества соударений и уменьшения вероятности ионизации.

28.Обумовити та визначити шляхи підвищення розрядної напруги у газах

Воднородном поле влажность воздуха оказывает некоторое, правда очень незначительное, влияние на величину разрядного напряжения. По всей вероятности, увеличение разрядного напряжения в однородном поле при возрастании влажности связано с тем, что пары воды являются электроотрицательным газом. Увеличение содержания электроотрицательного газа приводит к захвату большего количества электронов с образованием отрицательных ионов, в результате чего число ионизирующих частиц в промежутке уменьшается и разрядное напряжение возрастает. При увеличении давления свыше и, соответственно, повышении плотности газа расстояние между отдельными молекулами становится меньше. В результате этого уменьшается длина свободного пробега электронов и, как следует из формулы (3.5), электрическая прочность газа возрастает; При уменьшении давления ниже атмосферного вначале наблюдается падение электрической прочности, но когда давление доходит до некоторого значения, электрическая прочность начинает снова возрастать. Это объясняется уменьшением числа молекул газа в единице объема до такого малого количества, при котором вероятность столкновений электронов с молекулами значительно уменьшается. При высоком вакууме пробой можно объяснить явлением «вырывания» электронов из поверхности электрода (холодная эмиссия). В этом случае электрическая прочность доходит до весьма высоких значений.

29.Привести та проаналізувати формули розрядної напруги та розрядної

напруженості у однорідному полі. Графік напруженості

Формула розрядної напруги і напруженості: U = 24,5δd + 6,4(√δd)

E=U/d = 24,5δ + 6,4(√δ(1/d))

де δ = pTo/poT – відносна густина повітря; po, To – відповідно тиск і температура повітря за нормальних умов (po = 101300 Па, To =293 К); p, T – відповідно тиск і температура повітря в умовах експерименту; L – відстань

між електродами, см.Очевидно, при зменшенні тиску газу – напруга збільшується(молекули менше зтикаються) і при збільшенні температури – зменшується(збільшується енергія молекул – більше вдаряються.) Зі збільшення відстані між електродами – напруга збільшується. Напруженість навпаки – падає і при d=0 прямує до 24,5:

E

24.5

S

30. Пояснити ефект полярності

У випадку «голка – пл » електричне поле безпосередньо біля голки призводить до емісії електронів з катоду, які зразу попадають в сильне поле і створюють ударну іонізацію, створюючи велике число лавин. Електрони цих лавин, переміщуючись в слабкому полі біля аноду, втрачають швидкість, захоплюються нейтральними молекулами, стають від’ємними іонами які розсіюються в просторі. Позитивні іони лавини утворюють об’ємний заряд біля голки, який, взаємодіючи з зовнішнім полем, буде збільшувати напруженість безпосередньо біля голки і зменшувати – в решті частині проміжку. Зменшення напруженості електричного поля у зовнішньому просторі призводить до того, що для подальшої іонізації і цій частині проміжку необхідно значно збільшити різницю потенціалів меж електродами. Таким чином, розвиток стримера при «від’ємній» голці відбувається з великими труднощами, тому розрядна напруга за цих умов в 2-2,5 рази більша, ніж при додатній полярності голки.