5. Мавзу: Кирхгоф коидалари

4. Термоэлектрон эмиссия

Металлда ҳамма вақт юқори кинетик энергияга эга бўлган ва шунинг учун ундан ташқарига чиқа оладиган бирор миқдордаги эркин электронлар бўлади. Сўнгра бу учиб чиққан электронларни яна металлга тортиб олиш мумкин, бироқ уларнинг ўрнига бошқа эркин электронлар учиб чиқади. Металлдан учиб чиқаётган ва унга учиб кираётган электронлар орасида ҳаракатчан мувозанат қарор топади, бунипг натижасида металл сиртида ўзига хос электрон булути ҳосил бўлади. Металлнинг электрон чиқариши электрон эмиссия дейилади. Бу ҳодиса қисман суюқликнинг буғланишига ўхшайди.

Нормал ташқи шароитларда электрон эмиссия заиф намоён бўлади. Унинг интенсивлигини ошириш учун эркин электронларнинг кинетик энергиясини чиқиш ишига тенглаш ёки ундан орттириш керак. Турли усуллар билан бундай қилиш мумкин. Биринчидан, электронни металлдан юлиб (чиқариб) ола оладиган жуда катта кучланганликли электр майдони (10⁶ В/см тартибида) яратиш билан бунга эришиш мумкин (совуқ эмиссия). Электрон микропроекторларда, масалан, шундай эмиссиядан фойдаланилади Иккинчидан, металлни дастлаб электр майдони таъсирида жуда катта тезликкача тезлаштирилган электронлар билан бомбардимон қилиш мумкин. Бунда бомбардимон қилаётган электронлардан ҳар бири металлдан бир неча янги электронлар юлиб олиши мумкин (иккиламчи эмиссия), Учинчидан, манфий зарядланган металл сиртиии интенсив ёритиш мумкин (фотоэмиссия). Ташқи фотоэффект ҳодисаси ва вакуум фотоэлементнинг тузилиши фотоэмиссияга асосланган. Тўртинчидан, металлни қиздириш йўли билан ҳам бунга эришиш мумкин. Металлни қиздиришда электронларнинг эмиссияси термоэлектрон эмиссия дейилади. Термоэлектрон эмиссия интенсив электрон оқимлари (ток нурлари) манбаи сифатида кўп электрон-вакуум асбобларида: электрон осциллографлар, электрон микроскоплар, рентген трубкалари, электрон лампалари ва ҳоказоларда кенг фойдаланилади.


5. Газларда электр токи. Ионланиш ва рекомбинацияланиш жараёнлари. Газ разрядининг тўлик вольт-ампер харакатеристикаси

Элекролит эритмаларидан фарқли равишда нормал шароитларда газ нейтрал молекулалар (ёки атомлар) дан тузилган ва шунинг учун изолятор бўлади. Газ электр токини ўтказиши учун унинг молекулаларининг лоақал бир қисми ташқи таъсир (ионизатор) остида ионлашиши (яъни ионларга айланиши) керак. Ионлашишда газ молекуласидан одатда битта электрон узилиб чиқади, бунинг натижасида молекула мусбат ион бўлиб қолади. Узилиб чиққан электрон ёки бирор муддат эркин қолади, ёки дарҳол газнинг нейтрал молекулаларидан бирига бирлашади (“ёпишиб олади”) ва бу молекулани манфий ионга айлантиради. Шундай қилиб, ионлашган газда мусбат ионлар ҳам, манфий ионлар ҳам, эркин электронлар ҳам бўлади.

Молекула (атом) дан битта электронни узиб чиқариши учун ионизатор маълум иш бажариши керак, бу иш ионизация иши деб аталади; кўпчилик газлар учун унинг қиймати 5 дан 25 эВ гача чегарада бўлади. Газнинг ионизаторлари бўлиб рентген нурлари, радиоактив нурланиш, космик нурлар, интенсив қиздириш, ультрабинафша нурлар ва бошқа факторлар хизмат қилиши мумкин.
Газда ионизация билан бирга ионларнинг рекомбинацияланиш процесси ҳам боради. Натижада ионларнинг маълум конценграцияси билан характерланувчи мувозанат ҳолат қарор топади, ионларнинг бундам концентрацияси ионизаторнинг қувватига боғлиқ бўлади.
Ташқи электр майдони бўлганида ионлашган газда турли исмли ионларнинг қарама-қарши йўиалишдаги ҳаракати ва электронларнинг ҳаракати туфайли ток вужудга келади. Газнинг ёпишқоқлиги кичик бўлгани учун газ ионларининг ҳаракатчанлиги электролит ионларининг ҳаракатчанлигидан минглаб марта катта бўлади ва тахминан 10^-4 м²/(В·сек) га тенг бўлади.
Ионизатор таъсири тўхтаганда газ ионларининг концентрацияси дарҳол нолгача камаяди (рекомбинация ва ионларнинг ток манбаи §лектродларга ёпишиши сабабли) ва ток тўхтайди. Мавжуд бўлиши учун ташқи ионизатор зарур бўлган ток мустақилмас газ разряди дейилади.
Анчагина кучли электр, майдонида газда ўз-ўзидан ионлашши процесси бошланади, бунинг натижасида газда ток ташқи ионизатор бўлмаганда ҳам мавжуд бўлиши мумкин. Бундай турдаги ток мустақил газ разряди дейилади.


Ўз-ўзидан ионлашиш процесслари умумий тарзда шундай бўлади. Табиий шароитларда газда ҳамма вақт ҳам оз миқдорда эркин электронлар ва ионлар бўлади, улар космик нурлар ва атмосферада, тупроқда ва сувда бўладиган радиоактив моддаларнинг нурланишидан иборат сунъий ионизаторлар таъсиридан ҳосил бўлади. Анчагина кучли электр майдони бу зарраларни шундай тезликларгача тезлатиши мумкиики, уларнииг кинетик энергияси ионизация ишидан катта бўлади. Бунда элекгронлар ва ионлар (электродларга қараб кетаётганда) нейтрал молекулалар билан тўқнашиб, бу молекулаларни ионлаштиради. Тўқнашишларда ҳосил бўладиган янги (иккиламчи) электронлар ва ионлар ҳам майдон томонидан тезлаштирилади ва ўз назбатида улар ҳам янги нейтрал молекулаларни ионлаштиради ва ҳоказо. Газнинг бундай ўз- ўзидан ионлашиши зарба билан ионлашиш дейилади.


Эркин электронлар майдон кучланганлиги 10³ В/м тартибида бўлганидаёқ зарб билан ионлаштириши мумкин. Ионлар эса майдон кучланганлиги 10⁶ В/м тартибида бўлганидагина зарб билан ионлаштира олади. Бундай фарқ қилишга бир неча сабаблар бор, улардан бири электронларнинг газдаги эркин югуриш йўли узунлигининг ионларникидан юқори бўлишидир. Шунинг учун электронлар зарб билан ионлаштириш учун зарур бўлган кинетик энергияга ионларга қараганда кичикроқ майдон кучланганликда эга бўлади. Бироқ унча кучли бўлмаган майдонларда ҳам мусбят ионлар газнинг ўз-ўзидан ионлашишида жуда муҳим роль ўйнайди. Гап шундаки, бу ионларнинг энергиялари электронларни металлдан узиб чиқариш учун етарли бўлади*. Шунинг учун майдон тезлаштирган мусбат ионлар майдон манбаининг металл катодига урилиб, катоддан электронларни уриб чиқаради, бу электронлар ўз навбатида майдон томонидан тезлаштирилиб, нейтрал молекулаларни ионлаштиради.
Энергиялари зарб билан ионлаштириш учун етарли бўлмаган ионлар ва электронлар ҳар ҳолда молекулалар билан учрашганда уларни қўзғалган ҳолатга келтириши мумкин, яъни уларнинг электрон қобиқларида маълум даражада энергетик ўзгаришларга сабаб бўлиши мумкин. Қўзғатилган молекула (атом) сўнгра нормал ҳолатга ўтиши мумкин, бунда у электромагнит энергия порцияси – фотон чиқаради (атомларнинг қўзғалиш процесслари ва уларнинг фотонларни чиқариш ҳамда ютиш процесслари 132 – 136-§ ларда кўрилади). Фотонларнинг чиқарилиши газнинг нурланишида намоён бўлади. Бундан ташқари, газ молекулаларининг бирортасида ютилган фотон бу молекулаии ионлаши мумкин; бундай тур ионлаштириш фотон ионлаштириши дейилади. Ниҳоят, катодга тушган фотон ундаи электронни уриб чиқариши мумкин (ташқи фотоэффект), сўнгра бу электрон нейтрал молекулани зарб билан ионлаши мумкин.
Зарб билан ионлаштириш ва фотон ионлаштириш ҳамда мусбат ионлар ва фотонларнинг катоддан электронларнинг уриб чиқариши нагижасиди газнинг бутун ҳажмида электронлар ва фотонлар миқдори кескин (кўчкисимоп) ортади. Газда ток мавжуд бўлиши учун энди ташқи ионизатор керак эмас. Газ разряд мустақил разряд бўлиб қолади. Газнинг баён қилинган ўз-ўзидан ионлашиш процесси 208-расмда схематик кўрсатилган, бу ерда нейтрал молекулалар оқ доирачалар билан, мусбат ионлар плюс ишорали доирачалар билан, электронлар қора доирачалар, фотонлар тўлқинсимон чизиқлар билан тасвирланган.
209- расмда газдаги ток кучининг майдон кучланганлиги га ёки бўлгани учун, майдон манбаининг катоди ва аноди орасидаги кучланишига боғланишинипг экспериментал графиги берилган, бу ерда – электродлар орасидаги масофа. Эгри чизиқнинг Оа қисмида ток майдоншшг кучланганлигига тахминан пропорционал (яъни Ом қонунига мувофиқ) ўсади. Бунга сабаб шуки, кучланганлик ортиши билаи ионлар ва электронларнинг тартибли ҳаракати тезлиги ортади, бинобарин, электродларга 1 сек давомида ўтаётган электр миқдори (ток) ҳам ортади. Равшанки, майдон кучланганлигининг қиймати ташқи ионизатор 1 сек давомида ҳосил қилаётган барча ионлар ва электронлар худди шу вақт ичида электродларга етиб келадиган қийматга етганида токнинг ўсиши тўхтайди. Бу кучланганликка мос максимал ток тўйинииг токи дейилади ( қисми). Тўйиниш токи катталиги ионизатор қувватига пропорционал. Майдон кучланганлиги етарлича катта бўлганда газиинг ўз-ўзидан ионлашиши бошланади, кучланганликнинг янада ортишида мустақил газ разряди бошланади. Шундай қилиб, 209-расмдаги эгри чизиқнинг қисми мустақилмас газ разрядига, эгри чизиқнинг нуқтадан ўнгроқда ётган тармоғи мустақил газ разрядига тегишли экан.
Газ разрядииинг умумий белгилари ана шундай. Шу билан бирга разряднинг характери (тури) асосан газнинг босими, температураси, газнинг химиявий таркиби, шунингдек, электродларнинг материали, шакли, ўлчамлари ва ўзаро жойлашишига боғлиқ. Келгуси параграфда мустақил газ разрядининг асосий турларини ўрганамиз.