Мавзу: газларда ток

Мавзу: ГАЗЛАРДА ТОК

Режа:

1. 
   Газларда ток
   
2. 
   Мустақил ва мустақилмас газ разрядлар
   
3. 
   Мустақил газ разрядининг турлари
   

Нормал шароитлдарда газ нейтрал молекулалар (ёки атомлар) дан тузилган ва шунинг учун молекулаларининг лоақал бир қисми ташқи таъсир (ионизатор) остида ионлашиши (яъни ионларга айланиши) керак. Ионлашишида 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 қиймати 5 дан 25 эв гача чегарад бўлади. Газнинг ионизаторлари бўлиб рентген нурлари, радиоактив нурланиш, космик нурлар, интенсив қиздириш, ультрабинафша нурлар ва бошқа факторлар хазмат қилиши мумкин.
Газда ионизация билан бирга ионларнинг рекомбинацияланиш процесси ҳам боради. Натижада ионларнинг маълум концентрацияси билан характерланувчи мувозанат ҳолат қарор топади, ионларнинг бундай концентрацияси ионизаторнинг қувватига боғлиқ бўлади.
Ташқи электр майдони бўлганида ионлашган газда турли исмли ионларнинг қарама-қарши йўналишдаги 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 электродларга ёпишиши сабабли) ва ток тўхтайди. Мавжуд бўлиши учун ташқи ионизатор зарур бўлган ток мустақилмас газ разряди дейилади.
Анчагина кучли электр майдонида газда ўз-ўзидан ионлашиш процесси бошланади, бунинг натижасида газда ток ташқи ионизатор бўлмаганда ҳам мавжуд бўлиши мумкин. Бундай турдаги ток мустақил газ разряди дейилади.
Ўз-ўзидан ионлашиш жараёни 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 тезлатиш мумкинки, уларнинг кинетик энергияси ионизация ишидан катта бўлади. Бунда электронлар 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 навбатида улар ҳам янги нейтрал молекулаларни ионлаштиради. Газнинг бундай ўз-ўзидан ионлашиши зарба билан ионлашиш дейилади.
Эркин электронлар майдон кучланганлиги 10³ в/м тартибида бўлганидаёқ зарб билан ионлаштириш мумкин. Ионлар эса майдон кучланганлиги 10⁵ в/м тартибида бўлгандагина 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 мусбат 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 келтириш 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). Фотонларнинг чиқарилиши газнинг нурланишида намоён бўлади. Бундан ташқари, газ молекулаларининг бирортасида ютилган фотон бу молекулани ионлаш мумкин; бундай тур ионлаштириш фотон ионлаштириш дейилади. Ниҳоят, катодга тушган фотон ундан электронни уриб чиқариши мумкин (ташқи фотоэффект), сўнгра бу электрон нейтрал молекулани зарб билан ионлашиши мумкин.
Зарб билан ионлаштириш ва фотон ионлаштириш ҳамда мусбат ионлар ва фотонларнинг катоддан электронларнинг уриб чиқариши натижасида газнинг бутун ҳажмида электронлар ва фотонлар миқдори кескин (кўчкисимон) ортади. Газда ток мавжуд бўлиши учун энди ташқи ионизатор керак эмас. Газ разряд мустақил разряд бўлиб қолади. Газнинг баён қилинган ўз-ўзидан ионлашиши 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.

208-расм.

209-расмда газдаги ток кучининг майдон кучланганлиги га ёки бўлгани учун, майдон манбаининг катоди ва аноди орасидаги кучланиш га боғланишининг экпериментал графиги берилган, бу ерда – электродлар орасидаги масофа. Эгри чизиқнинг қисмида ток майдоннинг кучланганлигига тахминан пропорционал (яъни Ом қонунига мувофиқ) ўсади. Бунга сабаб шуки, кучланганлик ортиши билан 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 тўйиниш токи дейилади( қисми). Тўйиниш токи катталиги ионизатор қувватига пропорционал. Майдон кучланганлиги етарлича катта бўлганда газнинг ўз-ўзидан ионлашиши бошланади, кучланганликнинг янада ортишида мустақил газ разряди бошланади. Шундай қилиб, 209-расмдаги эгри чизиқнинг қисми мустақилмас газ разрядига, эгри чизиқнинг нуқтадан унгроқда ётган тармоғи мустақил газ разрядига тегишли экан.

209-расм.