Тәуелді және тәуелсіз разрядтар

Тәуелді және тәуелсіз разрядтар.

Газдардағы электр тоғын оқыту тәуелді разрядты түсіндірумен басталады. Оқушыларға қалыпта жағдайда газдың электр тоғын өткізбейтіндігі көрсетіледі. Жылжымалы жазық конденсатордың пластиналарына электрометрді қосып, оны зарядтайды. Электрометр көмегімен конденсатордағы зарядтың сақталатындығы, пластиналар арасындағы ауа қабатынаң электр тоғын өткізбейтіндігі демонстрациялнады. Сонан соң пластиналар арасына жанып тұрған шырпы ендіріледі. Сол кезде электрометр конденсатордың разряталғандығын көрсетеді. Олай болса, шырпы жалының әсерінен пластиналар арасындағы ауа қабатында еркін зарядтардың пайда болғаны. Олар конденсатор жапсарларының арасында қозғалып, ондағы бейтараптайды. Шырпы жалының орнына ультракүлгін сәулесін, рентген сәулесін, -сәулені пайдалануға да болатындығы айтылады.

Тәжірибе көрсетіліп болғаннан кейін, газдың бейтарап бөлшектерінің арасында жоғарыдағы факторлар әсерінен қалайша зарядталған бөлшектер пайда болатындығы анықталады. Атомның ең сыртқы электрондық қабатынан бір электронды ажыратып алу үшін қажет энергияны иондау энергиясы деп атайды. Әр түрлі атомдар үшін оның мәні әртүрлі болатындығы айтылады, бірнеше мысалдар келтіруге болады. Міне, сол жоғарғы факторлар әсерінен, оларды жалпы атпен ионизаторлар деп атайды газ атомына электрондар босап шығады да, атом оң ионға айналады. Бұл процесті иондалу деп атайды. Газда кері процесс те жүріп жатады - оң ион мен электрон қайта қосылып бейтарап молекулаға айналады, оны ертінділердегідей рекомбинация деп атайды. Егер ионизатор тұрақты әсер етіп тұрса, бұл екі құбылыс арасында динамикалық тепе-теңдік орнайды.

Осындай газ электр өрісіне апарылса, оң иондардың катодқа, электрондардың анодқа тартылуы себепті газда ток пайда болады.кейбір газдарда босаған электрондарды молекулалардың қосып алуы нәтижесінде теріс иондар да пайда болуы мүмкін, бірақ олардың ара салмағы өте аз. Негізгі заряд тасымалдаушы бөлшектер оң иондар мен электрондар болып қала береді.

Газдағы электр тоғының вольт-амперлік сипаттамасын алу үшін 1 суретте көрсетілгендей тізбек түзеді, мұндағы К - екі электродты камера, V - вольметр, А - сезгіш гальванометр, П - потенциометр,  - ток көзі. Ионизатор тұрақты жұмыс істеп тұрғандағы электродтар арасындағы тоқтың кернеуге тәуелділігі 2 суретте график түрінде бейнеленген. С нүктесі арқылы жүргізілген вертикаль үздікті сызық грфикті екіге бөледі, оның сол жағындағы бөлігі тоқтың ионизатор жұмыс жасап тұрған кезіндегі кернеуге тәуелділігін сипаттайды, сондықтан оны тәуелді разряд графигі дейді, ал сызықтың оң жағындағы бөлігі - тәуелсіз разрядтікі, тәуелсіз разряд жүру үшін ионизатордың қажеті болмайды.

I

0

A

U_ж U

C

Ионизатор

А

V

П

К

1-сурет

2-сурет

22-сурет

c

Oқушылармен бірге графиктің тәуелді разрядқа тән бөлігі (ОАВ) жан-жақты талданып, қанығу тоғының пайда болуы егжей-тегжейлі түсіндіріледі.

Электр өрісінің кернеулігі электронды тетелес екі соқтығысу аралығында үдеткенде оның кинеткалық энергиясы газ молекулаларын иондауға жеткілікті болған кезде ғана газда тәуелсіз разряд басталады. Ондай жағдайда катод маңайында пайда болған электрон анодқа қарай қозғалып, алдымен бір молекуланы иондайды. Бұл соқтығысу нәтижесінде тағы бір электрон және оң ион пада болады. Енді анодқа қарай екі электрон қозғалып, олар екі молекуланы иондайды, соның нәтижесінде екі ион және төрт электрон пайда болады және т. б. Осы прцестің нәтижесінде тізбектігі тоқты көбейтіп жіберетін «электрондар тасқыны» пйда болады. Бірақ кернеудің бұл алынып отырған мәнінде пайда болған иондардың энергиясы әлі де болс катодқа келіп соққанда одан екінші реттті электрондарды бөліп шығаруы жеткіліксіз болады. Ал кернеуді одан әрі өсірсек, иондар катодқа соғып, одан электрондар шыға бастайды. Сөйтіп газ көлемінде ионизатордың көмегімен пайда ьолған электрондарға, тізбектегі тоқтың одан әрі өсуімен қамтамасыз ететін, екінші ретті электрондар эмиссиясының интенсивтілігі газдағы разрядты жалғастыруға жеткілікті болған кезде ионизаторды алып тастауға болады, міне осы кезден бастап тәуелсіз разряд басаталады. Тәуелсіз басаталатын кернеуді разрядтың жану кернеуі (U_ж) деп аталады, оның мәні газдың табиғатына, қысымына, электродтардың бір-бірінен қашықтығына, катод материалына байланысты. Жану кернеуінің болатындығы иондық шам немесе газотрон көмегімен тәжірибе жасап көрсетіледі.