Ташкенте самостоятелъная работа по физике

тельным газовым разрядом. С прекращением действия внешних ионизато-
ров несамостоятельный разряд прекращается. Несамостоятельный газовый 
разряд не сопровождается свечением газа.
Ниже изображен график зависимости силы тока от напряжения при не-
самостоятельном разряде в газе. Для построения графика использовалась 
стеклянная трубка с двумя впаянными в стекло металлическими электрода-
ми. Цепь собрана как показано на рисунке ниже. 
+ - 
V 

---

\ 
При некотором определенном напряжении наступает такой момент, 
при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе ионизатором за 
секунду, достигают за это же время электродов. Дальнейшее увеличение 
напряжения уже не может привести к увеличению числа переносимых ионов. 
Ток достигает насыщения (горизонтальный участок графика 1).
I
0 
U 
5) 
Самостоятельный газовый разряд. 
Электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения дей-
ствия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разря-
дом. Для его осуществления необходимо, чтобы в результате самого разряда 
в газе непрерывно образовывались свободные заряды. Основным источником 
их возникновения является ударная ионизация молекул газа. 
Если после достижения насыщения продолжать увеличивать разность 
потенциалов между электродами, то сила тока при достаточно большом 
напряжении станет резко возрастать (график 2). 
Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы, которые 
образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и 
тысячи раз, а число заряженных частиц, возникающих в процессе разряда, 
может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для 
поддержания разряда. Поэтому ионизатор теперь можно убрать. 
Каковы же причины резкого увеличения силы тока при больших 
напряжениях? Рассмотрим какую либо пару заряженных частиц (положи-
тельный ион и электрон), образовавшуюся благодаря действию внешнего 

---

\ 
ионизатора. Появившийся таким образом свободный электрон начинает дви-
гаться к положительному электроду – аноду, а положительный ион – к като-
ду. На своем пути электрон встречает ионы и нейтральные атомы. В проме-
жутках между двумя последовательными столкновениями энергия электрона 
увеличивается за счет работы сил электрического поля. 
I 
0 
U 
Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше 
напряженность электрического поля. Кинетическая энергия электрона перед 
очередным столкновением пропорциональна напряженности поля и длине 
свободного пробега электрона: MV
2
/2=eEl. Если кинетическая энергия элек-
трона превосходит работу A
i
, которую нужно совершить, чтобы ионизиро-
вать нейтральный атом (или молекулу), т.е. MV
2
>A
i
, то при столкновении 
электрона с атомом (или молекулой) происходит его ионизация. В результате 
вместо одного электрона возникают два (налетающий на атом и вырванный 
из атома). Они, в свою очередь, получают энергию в поле и ионизуют 
встречные атомы и т.д.. Вследствие этого число заряженных частиц быстро 
нарастает, возникает электронная лавина. Описанный процесс называют 
ионизацией электронным ударом.
Но одна ионизация электронным ударом не может обеспечить поддер-
жания самостоятельного заряда. Действительно, ведь все возникающие таким 
образом электроны движутся по направлению к аноду и по достижении анода 
«выбывают из игры». Для поддержания разряда необходима эмиссия элек-

---

\ 
тронов с катода («эмиссия» означает «испускание»). Эмиссия электрона мо-
жет быть обусловлена несколькими причинами.
Положительные ионы, образовавшиеся при столкновении электронов с 
нейтральными атомами, при своем движении к катоду приобретают под дей-
ствием поля большую кинетическую энергию. При ударах таких быстрых 
ионов о катод с поверхности катода выбиваются электроны. 
Кроме того, катод может испускать электроны при нагревании до 
большой температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмисси-
ей. Его можно рассматривать как испарение электронов из металла. Во мно-
гих твердых веществах термоэлектронная эмиссия происходит при темпера-
турах, при которых испарение самого вещества еще мало. Такие вещества и 
используются для изготовления катодов. 
При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за 
счет бомбардировки его положительными ионами. Если энергия ионов не 
слишком велика, то выбивания электронов с катода не происходит и элек-
троны испускаются вследствие термоэлектронной эмиссии.