ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 120.5

План рассуждения:

Чтобы понять, почему одной ионизации электронным ударом мало для самостоятельного разряда, нужно вспомнить определение самостоятельности. Самостоятельный разряд — это тот, который продолжается даже после удаления внешнего источника ионизации (например, радиоактивного излучения или ультрафиолета). Ионизация электронным ударом сама по себе является следствием уже существующего тока: свободные электроны ускоряются полем и выбивают новые электроны из нейтральных атомов. Но откуда берутся эти первичные электроны? Если внешний источник исчезнет, число свободных носителей заряда быстро упадёт до нуля из-за рекомбинации, и ток прекратится. Значит, нужен механизм, который будет непрерывно поставлять новые электроны в межэлектродное пространство без участия внешних факторов.

Физический анализ процесса:

В процессе ионизации электронным ударом один первичный электрон порождает лавину вторичных электронов. Однако эта лавина движется к аноду. После того как электроны достигнут анода, они уходят во внешнюю цепь. Положительные ионы, оставшиеся в газе, дрейфуют к катоду. Если бы не было дополнительного механизма на катоде, то после прохождения первой лавины ток бы затухал. Для поддержания стационарного самостоятельного разряда необходимо, чтобы каждый цикл движения частиц порождал новые свободные электроны. Ключевым звеном здесь становится взаимодействие положительных ионов с поверхностью катода. При ударе о катод положительный ион может передать свою энергию электронам металла, вызывая их эмиссию (выход из катода). Эти вылетевшие электроны становятся новыми первичными носителями, которые снова ускоряются полем и запускают новую лавину ионизации электронным ударом.

Проверка и вывод:

Таким образом, ионизация электронным ударом обеспечивает лишь усиление тока (лавинный эффект), но не его возобновление. Без механизма вторичной эмиссии электронов с катода (под действием ионов или фотонов) количество свободных зарядов не восстанавливается после ухода лавины на анод. Следовательно, одного лишь процесса ионизации электронным ударом недостаточно, так как он не замыкает цепочку воспроизводства носителей заряда внутри самого газа при отсутствии внешнего воздействия. Самостоятельность достигается только тогда, когда процессы в газе и на электродах образуют замкнутый цикл генерации электронов.