Газларда электр токи

Газларнинг электр ўтказувчанлиги
Газлар, металлар ва электрлитлардан фарқли равишда электр нейтрал атом ва молекулалардан ташкил топган, яъни электр майдон таъсирида тартибли ҳаракатга кела оладиган ток ташувчи - зарядланган заррачаларга эга эмас. Демак, оддий шароитда газлар электр токини ўтказмайди. Агар унинг молекулаларининг бир қисми ионлаштирилса, яъни электрон ва мусбат ионларга парчаланса, газ ўтказгич бўлиб қолади. Ъосил бўлган электронларнинг бир қисми нейтрал молекулаларга бирлашиши туфайли газда манфий ионлар ҳам хосил бўлиши мумкин.
Атом ва молекулалар - зарядланган заррачаларнинг барқарор системасидир. Шунинг учун газ атомини (молекуласини) ионлаштириш учун А_и ионлаштириш ишини бажариш керак. Ионлаштириш иши газнинг кимёвий табиатига ва ажратиб олинаётган электроннинг ионлашаётган атом ёки молекуладаги энергетик ҳолатига боғлиқ. Атомда валент электронлар энг кучсиз боғланган. Шунинг учун, атомдан валент электронни ажратиб олиш учун, атомнинг ҳар қандай бошқа электронини узиб олишга нисбатан энг кам иш сарфланади. Атомдан валент электрон четлатилгандан сўнг ва шу тарзда мусбат ион хосил бўлганда, қолган электронларнинг боғланиш мустахкамлиги ортади. Демак, бир марта ионлашган атомдан (бир валентли иондан) яна битта электронни четлатиш учун, биринчи электронни узиш ишига нисбатан анча кўп иш бажариш керак бўлади, яъни, масалан, азот (N) атомининг ионлаштириш иши 14,5 эВ га тенг, унинг бир валентли ионининг (N⁺) эса 29,6 эВ, икки валентли ионники (N⁺⁺) -47,4 эВ ва х.к.
Ионлаштириш ишини ионлаштириш потенциали орқали характерлаш мумкин. Ионлашиш потенциали деб, тезлатувчи электр майдонида электрон ўз энергиясини ионлашиш ишига тенг миқдорга ортириши учун ўтиши керак бўлган потенциаллар айирмасига айтилади.
_n = A_u/e (20.17)
келиб чиқади.
Айирим атом ва молекулаларнинг ионлашиш потенциаллари-нинг қиймати 20.1-жадвалда келтирилган.
Газнинг ионлашиши турлича ташқи таъсирлар - кучли қиздириш, рентген нурлари, гамма нурлари, тез ҳаракатланаётган электронлар, ионлар, нейтронлар ва бошқа заррачалар билан газ молекулаларини бомбардимон қилиш натижасида содир бўлиши мумкин. Ионлашиш жараёнининг миқдорий харакатеристикаси бўлиб, газнинг бирлик ҳажмида бирлик вақт ичида ҳосил бўладиган қарама-қарши ишорали зарядланган заррачалар жуфтининг сонига тенг бўлган ионлашиш интенсивлиги хизмат қилади.
20.1- жадвал.

Атомлар	Н	Не	О	N	Ne	Cl	Na	Hg	K	Ar
n, В	13,6	24,6	13,6	14,5	21,6	13,0	5,14	10,4	4,34	15,8
Молекулалар	Н2	О2	Н2О	N2	NJ2	Cl2	CО2	СО	HCl	NО
n, В	15,4	12,2	12,6	15,6	12,3	11,3	13,8	14,0	12,6	9,2

Табиий шароитларда газ космик ва радиоактив нурланишлар таъсирига учрайди. Шунинг учун, аниқ гапирсак, ҳеч қачон газнинг ўтказувчанлиги нолга тенг эмас: агар барча ташқи табиий ионизаторлардан газни махсус химоялаш чоралари кўрилмаган бўлса, унда ҳар доим зарядланган эркин заррачалар бўлади. Аммо, космик нурлар ва ер қарида тақсимланган радиоактив элементларнинг емирилиши таъсирида газларнинг ионлашиш интенсивлиги жуда кичик. Шу сабабли табий шароитда газларнинг ўтказувчанлиги нолга тенг бўлмасада, жуда кичик.

Етарлича кучли электр майдонларида газларда сезиларли ўтказувчанликнинг пайдо бўлишига, уларда жуда оз миқдорда бўлган эркин электрон ва ионларнинг муҳим ролp ўйнаши қуйида кўрсатилган.
Тез ҳаракатланаётган электронлар, ионлар ва бошқа заррачалар таъсирида, зарбали ионлашиш деб ном олган, газларнинг ионланиш жараёнини муфасалроқ кўриб чиқамиз. Соддалик учун газни бир атомли деб ҳисоблаймиз. Газнинг нейтрал атоми билан тўқнашганда зарррача унга ўз энергиясининг бир қисмини беради. Тажрибаларнинг кўрсатишича, агар заррачанинг кинетик энергияси нисбатан кичик бўлса, унинг атом билан тўқнашуви эластик бўлади. Бунда атомга берилган энергия уни ионлаш учун етарли эмас. Бундай заррачалар билан газ атомларини бомбардимон қилиш фақат газни иситади. Етарлича катта кинетик энергияли заррачаларнинг газ атомлари билан тўқнашуви мутлақо бошқача содир бўлади. Тажрибаларнинг кўрсатишича, бу ҳолда урилиш ноэластик бўлиб қолади ва газ атомларини қўзғатади, яъни атом нормал энергетик ҳолатдан юқори энергетик ҳолатга ўтади ёки, ҳатто атом ионлашади. Газ атомини зарбали ионлашиши учун заррача эга бўлиши керак бўлган минимал кинетик энергиянинг миқдорини баҳолаймиз. Молекулаларнинг иссиқлик ҳаракат тезлиги ионлаштирувчи заррачанинг тезлигидан бир неча марта кичик. Шунинг учун, тўқнашишгача атомни қўзғалмас деб ҳисоблаш мумкин. Ионлаштирувчи заррачанинг v тезлиги ёруғликнинг вакуумдаги тезлигидан кўп марта кичик, заррачанинг массаси m га тенг деб, ва заррачанинг атом билан ноэластик тўқнашишига (5.2) импулpс сақланиш қонуни татбиқ этиб қуйидагини оламиз:
mv = (m + M) u (20.18)
бу ерда М - атом массаси; u - атом ва заррачанинг тўқнашишларидан кейинги тезлиги. Бунда атомдан уриб чиқарилган электроннинг тезлиги ҳам тахминан u га тенг деб ҳисобланди. Заррачанинг бошланғич кинетик энергияси А_u ионлаштириш ишига ва тўқнашишдан кейинги u тезликларга мос атом ҳамда заррачага кинетик энергия беришга сарфланади:
(20.19)
(20.19) га (20.18) дан u ни қўйямиз:
(20.20)
Шундай қилиб, газ атомининг зарбали ионлашни содир этиш учун керак бўлган заррачанинг минимал кинетик энергияси А_u ионлаш ишидан кам бўлиши мумкин эмас ва атом массасига нисбатан заррачанинг массаси қанча кичик бўлса у шунчалар А_u га яқин бўлади. Ъар қандай ионга қараганда электрон учун бу энергия кам бўлади. Бир хил тезлатувчи электр майдонида электрон ва бир валентли ион бир хил кинетик энергияга эга бўлади W_k=e. Шунинг учун зарбали ионлаштиришни содир этиш учун ионлар электронларга нисбатан катта потенциаллар айирмасини босиб ўтишлари керак. Атомни қўзғатиш учун керак бўлган энергия ионлаштириш ишидан кичик. Бундан келиб чиқадики, заррачаларнинг энергияси (20.20) формуладан олинадиган қийматдан кам бўлган ҳолда ҳам, заррачалар атомлар билан ноэластик тўқнашишлари мумкин. Икки ёки кўп атомли молекулалар билан заррачаларнинг тўқнашиш жараёнининг қиёфаси, кўриб чиқилган бир атомли газникига ўхшаш. Аммо икки атомли ва анча мураккаб молекулаларнинг қўзғалиши, нафақат электронларнинг, балки молекуланинг айланма ва тебранма ҳаракат энергияларининг ортишидан ҳам иборат бўлиши мумкин.
Газ ҳажмида ионланиш билан бир вақтнинг ўзида, тескари жараён - электрон ва ионларнинг нейтрон заррачаларга - атом ва молекулаларга рекомбинацияланиши ҳам рўй беради.
Рекомбинация жараёнини намойиш этувчи тажрибани кўриб чиқамиз (20.3-расм).


Т
20.1-расм.

20.2-расм.

20.3-расм.


ажриба. Бир хил электроскопларга уланган остки қисми кенгайиб борувчи А шиша идишга, В, С ва D электродлар кавшарланган. Электрскоплар, япроқчалари бир хил бурчакка очиладиган қилиб, зарядланган (20.3,а-расм). Кейин А цилиндр остига газ горелкаси қўйилади, унинг алангансида ҳаво ионлашади. А цилиндрда ионлашган иссиқ ҳаво оқими юқорига кўтарилади. Бунда электроскопнинг b япроқчалари тезда тушади, электроскопнинг с япроқчалари анча секин тушади, электросконнинг d япроқчаларини оғиши умуман ўзгармайди (20.3,б-расм). Тажриба, ионларнинг С ва D электродлар сатхига кўтарилишига керак бўлган вақт ичида, рекомбинация жараёни туфайли, исситилган ҳавонинг электр ўтказувчанлиги аста-секин камайишини кўрсатади.


Адабиётлар:
1. И.В.Савельев «Умумий физика курси», т. I, II, II, Т.Укитувчи, 1970-80 йиллар.
2. Р.И.Грабовский «Физика курси», Т.Укитувчи, 1973.
3. О.Ахмаджонов «Физика курси. Механика ва молекуляр физика», Т.Укитувчи, 1981.
4. О.Ахмаджонов «Физика курси. Электр ва магнетизм», Т.Укитувчи, 1981.
5. О.Ахмаджонов «Физика курси. Оптика, атом ва ядро физикаси», Т.Укитувчи, 1983.
6. С.П.Королев «Физика курси.», Т.Укитувчи, 1985.