ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 120.3

План решения:

Чтобы ответить на вопрос о восстановлении диэлектрических свойств газа, необходимо рассмотреть механизм возникновения и исчезновения свободных носителей заряда. Газ становится проводником только при наличии ионов и электронов, которые создаются внешним воздействием (ионизатором). Нужно проанализировать процессы рекомбинации и диффузии, происходящие после прекращения этого воздействия.

Вычисление и физическое обоснование:

В нормальных условиях молекулы газа нейтральны, так как количество протонов в ядре равно количеству электронов на орбитах. Свободных зарядов нет, поэтому газ является изолятором. Когда действует ионизатор (например, радиоактивное излучение или сильное электрическое поле), он выбивает электроны из молекул, образуя положительные ионы и свободные электроны. Именно эти частицы обеспечивают ток.

Как только действие ионизатора прекращается, источник новых заряженных частиц исчезает. В газе начинают преобладать два процесса:

• Рекомбинация: Положительные ионы притягиваются к отрицательным ионам или электронам. При столкновении они нейтрализуют друг друга, превращаясь обратно в нейтральные атомы или молекулы. Этот процесс происходит самопроизвольно за счет кулоновского взаимодействия.
• Диффузия и оседание: Заряженные частицы могут покидать объем между электродами, сталкиваясь со стенками сосуда или оседая на них, теряя свой заряд.

Скорость этих процессов такова, что концентрация свободных носителей заряда быстро падает до ничтожно малого уровня, характерного для естественной фоновой ионизации атмосферы. Поскольку ток I прямо пропорционален концентрации носителей n (I∼n), то при уменьшении n почти до нуля сопротивление газа резко возрастает.

Проверка ответа:

Логика верна: без внешнего источника энергии система стремится к равновесию, которым для газа является состояние нейтральных молекул. Отсутствие свободных зарядов означает отсутствие проводимости. Следовательно, газ снова ведет себя как диэлектрик. Это подтверждается опытом: если убрать источник света от фотоэлементов с газом или выключить рентгеновскую трубку, ток в цепи мгновенно прекращается.