физика
Информатика
Русский язык
Английский язык
Немецкий язык
Французcкий язык
Испанский язык
Физика
Химия
Биология
География
Обществознание
Литература
История
сайты - меню - вход - новости




Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Задание 28 № 9071

Каким образом возникает газовый разряд и свечение в стеклянных трубках с достаточно разреженными газами при подаче на электроды в трубках высокого напряжения? Какие частицы (ионы или электроны) играют основную роль в обеспечении ионизации газа? Оцените, во сколько раз отличаются кинетические энергии электронов и ионов атомарного водорода (протонов) после их ускорения в электрическом поле. Ответ поясните на основании известных законов механики и электродинамики.

Решение.

1. Для того чтобы в газе при наличии электрического поля существовал разряд, то есть шёл электрический ток, необходимо наличие в газе заряженных частиц — ионов и электронов.

2. Заряженные частицы, ускоряясь в электрическом поле и сталкиваясь с нейтральными атомами газа, могут вызывать либо их ионизацию (отрыв электрона), либо их возбуждение, при котором электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Это возможно в том случае, если за время ускорения заряженных частиц они приобретают достаточную для осуществления указанных процессов кинетическую энергию.

3. При обратных переходах в основное состояние возбуждённые атомы излучают кванты света, в результате чего газоразрядные трубки светятся.

4. Если в какой-то момент атом газа (например, водорода) в трубке был ионизирован и возникла пара «протон + электрон» с одинаковыми разноимёнными зарядами, равными по модулю e, и сильно отличающимися массами m, то в электрическом поле с напряжённостью E, существующем в трубке при подаче на электроды высокого напряжения U, эти частицы ускоряются. Приобретённая ими кинетическая энергия Wк за время t при этом равна работе сил F = eE электрического поля на пути s = at2/2, который проходят частицы, двигаясь с ускорением a = F/m:

то есть лёгкие частицы (электроны) ускоряются быстрее и приобретают бóльшую кинетическую энергию, чем тяжёлые ионы.

5. Поэтому ионизация и возбуждение атомов в газовом разряде осуществляются в основном за счёт их столкновений с электронами, то есть «электронного удара», причём кинетическая энергия ускоренных электронов превышает кинетическую энергию протонов (в случае атомарного водорода) в

Источник: Тренировочная работа по физике 28.04.2017, вариант ФИ10503