Щелкните по ссылке » Электрический ток в газах «, чтобы ознакомиться с презентацией раздела в формате PowerPoint. Для возврата к данной странице закройте окно программы PowerPoint.
В нормальном состоянии газы состоят из электрически нейтральных молекул и атомов, и, следовательно, не могут проводить электрический ток. Поэтому газы являются хорошими электрическими изоляторами. Напомню, что окружающий нас воздух является хорошим и самым дешёвым диэлектриком, и его изолирующие свойства широко используются в различных устройствах высокого напряжения (ЛЭП, подстанциях, электростатических генераторах и др.).
Проделаем опыт: разорвём цепь источника тока, т.е. создадим в ней воздушный промежуток. Если включить в такую разорванную цепь гальванометр, то он покажет отсутствие электрического тока.
Поднесём к воздушному промежутку пламя газовой горелки. В пламени происходят интенсивные химические процессы, за счёт энергии которых отдельные атомы могут возбуждаться и ионизироваться. Образующиеся в пламени горелки ионы и электроны переходят в возбужденный промежуток, и под действием приложенной к нему разности потенциалов начинают двигаться к электродам; в цепи появляется ток.
Процесс ионизации заключается в том, что под действием высокой температуры или некоторых лучей молекулы газа теряют электроны, и тем самым превращаются в положительные ионы.
Таким образом, в результате происходит освобождение электронов из атомов и молекул, которые могут присоединиться к нейтральным молекулам или атомам, превращая их в отрицательные ионы. Ионы и свободные электроны делают газ проводником электричества.
Ионизация газа может происходить под действием коротковолнового излучения – ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, а также альфа-, бета- и космических лучей.
Установлено, что в нормальных условиях газы, например воздух, обладают электрической проводимостью, но очень ничтожной. Эта проводимость вызвана излучением радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности земли, а также космическими лучами, приходящими из мировых глубин. Однако равновесная концентрация ионов в воздухе не превышает нескольких десятков пар ионов в кубическом сантиметре. Для того, чтобы воздух стал заметно проводить электрический ток, его надо подвергнуть воздействию интенсивных ионизаторов.
Электрический ток, возникающий в процессе ионизации газа – ток в газах – это встречный поток ионов и свободных электронов.
Наряду с термином «ионизация» часто употребляют термин «генерация», характеризующий тот же самый процесс образования носителей зарядов в газе.
Одновременно с процессом ионизации идёт обратный процесс рекомбинации(иначе – молизации).
Рекомбинация –это нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона и электрона в нейтральную молекулу (атом).
Факторы, под действием которых возникает ионизация в газе, называют внешними ионизаторами, а возникающая при этом проводимость называется несамостоятельной проводимостью.
При данной мощности внешнего ионизатора в объёме газа устанавливается равновесное состояние, при котором число пар ионов, возникающих под действием ионизатора за одну секунду в единице объёма, равно числу пар рекомбинировавших ионов. При этом скоростьионизации равна скорости рекомбинации:
Таким образом, ионизованный газ способен проводить ток. Явление прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Газовые разряды можно разделить на два вида: несамостоятельный и самостоятельный.
Смотреть что такое «Рекомбинация ионов и электронов» в других словарях:
Рекомбинация ионов и электронов — Рекомбинация ионов и электронов, образование нейтральных атомов или молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов; процесс, обратный ионизации. Р. происходит главным образом в ионизованных газах и плазме и… … Большая советская энциклопедия
рекомбинация ионов и электронов — [electron ion recombination] образование нейтральных атомов или молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов; процесс обратной ионизации. Рекомбинация происходит главным образом в ионизированных газах и плазме и… … Энциклопедический словарь по металлургии
РЕКОМБИНАЦИЯ — (от лат. re снова, опять и позднелат. combinatio соединение), 1) Р. ион электронная, элем. акт воссоединения положит. иона (с зарядом Z+1) и свободного эл на, приводящий к образованию иона с зарядом Z. В частном случае (при Z=0) образуется нейтр … Физическая энциклопедия
РЕКОМБИНАЦИЯ — в физике 1) рекомбинация ионов и электронов в ионизованных газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов положительных атомных или молекулярных ионов (процесс, обратный ионизации);2) рекомбинация электронов и… … Большой Энциклопедический словарь
РЕКОМБИНАЦИЯ в физике — РЕКОМБИНАЦИЯ, в физике 1) рекомбинация ионов и электронов в ионизованных газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов положительных атомных или молекулярных ионов (процесс, обратный ионизации); 2) рекомбинация… … Энциклопедический словарь
РЕКОМБИНАЦИЯ — РЕКОМБИНАЦИЯ, процесс, обратный ионизации, т.е. образование нейтральных частиц из заряженных. Рекомбинация ионов и электронов в газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов и положительных ионов. Рекомбинировать … Современная энциклопедия
Рекомбинация (физика) — РЕКОМБИНАЦИЯ, процесс, обратный ионизации, т.е. образование нейтральных частиц из заряженных. Рекомбинация ионов и электронов в газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов и положительных ионов. Рекомбинировать … Иллюстрированный энциклопедический словарь
рекомбинация — и; ж. 1. Книжн. Расположение составных частей чего л. в новом, изменённом порядке. 2. Физ., хим. Процесс, обратный ионизации. 3. Биол. Перераспределение генов родителей в потомстве, обусловливающее его последующую изменчивость. ◁ Рекомбинационный … Энциклопедический словарь
рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках — [hole electron recombination in semiconductors] исчезновение пары электронной проводимости дырка в результате перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону. Различают излучательную рекомбинацию (избыток энергии выделяется в виде… … Энциклопедический словарь по металлургии
Рекомбинация — Смотри также: рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках рекомбинация ионов и электронов … Энциклопедический словарь по металлургии
Рекомбинация ‒ процесс, обратный ионизации, т.е. процесс образования нейтральных молекул при столкновении ионов противоположных знаков.
При ионизации газа может происходить объемная ионизация, которая осуществляется в виде равномерного распределения капелек по всему объему (например, ионизация g-лучами) или колонная ионизация вдоль пути движения тяжелых частиц. Могут также протекать обратные процессы – объемная или колонная рекомбинация.
Объемная рекомбинация ‒ количество рекомбинирующих за единицу времени в единице объема пар ионов пропорционально концентрации ионов каждого знака.
Пусть n1 и n2 ‒ число положительных и отрицательных ионов в 1 см 3 ;
, (2.5)
где a ‒ коэффициент рекомбинации, определяющий вероятность рекомбинации для данного газа при постоянных температуре и давлении.
Если n1 = n2 = n (а это справедливо в большинстве случаев, n1 не равно n2 только в специальных условиях, изменяющих концентрацию ионов одного знака), то:
, (2..6)
Исследуем два частичных решения этого уравнения.
1) Стационарное состояние, т.е. число образующихся ионов равно числу рекомбинирующих ионов. Оно наступает через длительный промежуток времени.
q=an 2 ; n=. (2.7)
Это уравнение дает возможность вычислить плотность ионизации (концентрации ионов) при наступлении стационарного состояния в зависимости от интенсивности излучения (q) и от свойств газа (a); или наоборот: на основании измерений плотности ионизации судить об интенсивности излучения.
2) Рекомбинация после однократной кратковременной ионизации:
q=0, тогда ,(2.8)
при t = 0, n = n0 и ; ;
. (2.11)
Это уравнение определяет закон убывания концентрации ионов во времени после кратковременной однократной ионизации (или после удавления источника ионизации). Из этого уравнения следует, что концентрация ионов уменьшается в 2 раза, т.е. n = 1/2no за время t ½ = 1/ a×no.
Коэффициент рекомбинации зависит от рода газа и от давления.
Приведем таблицу значений a для некоторых газов при 0 ° С и р = 1 атм.
Таблица 2.4 ‒ Значения коэффициентов рекомбинации различных газов
Газ
Воздух
СО2
Н2
О2
Ar
CO
Коэффициент рекомбинации, a×10 ‒6
1,66
1,7
1,45
1,6
1,2
0,85
В области давлений, близких к атмосферному, коэффициент рекомбинации пропорционален давлению, при высоких давлениях рост a замедляется.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Лит.: Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, 3 изд., М., 1969; Месси Г., Бархоп Е., Электронные и ионные столкновения, пер. с англ., М., 1958; Энгель А., Ионизованные газы, пер. с англ., М., 1959.
Полезное
Смотреть что такое «Рекомбинация ионов и электронов» в других словарях:
Рекомбинация ионов и электронов — Рекомбинация процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального… … Википедия
рекомбинация ионов и электронов — [electron ion recombination] образование нейтральных атомов или молекул из свободных электронов и положительных атомных или молекулярных ионов; процесс обратной ионизации. Рекомбинация происходит главным образом в ионизированных газах и плазме и… … Энциклопедический словарь по металлургии
РЕКОМБИНАЦИЯ — (от лат. re снова, опять и позднелат. combinatio соединение), 1) Р. ион электронная, элем. акт воссоединения положит. иона (с зарядом Z+1) и свободного эл на, приводящий к образованию иона с зарядом Z. В частном случае (при Z=0) образуется нейтр … Физическая энциклопедия
РЕКОМБИНАЦИЯ — в физике 1) рекомбинация ионов и электронов в ионизованных газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов положительных атомных или молекулярных ионов (процесс, обратный ионизации);2) рекомбинация электронов и… … Большой Энциклопедический словарь
РЕКОМБИНАЦИЯ в физике — РЕКОМБИНАЦИЯ, в физике 1) рекомбинация ионов и электронов в ионизованных газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов положительных атомных или молекулярных ионов (процесс, обратный ионизации); 2) рекомбинация… … Энциклопедический словарь
РЕКОМБИНАЦИЯ — РЕКОМБИНАЦИЯ, процесс, обратный ионизации, т.е. образование нейтральных частиц из заряженных. Рекомбинация ионов и электронов в газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов и положительных ионов. Рекомбинировать … Современная энциклопедия
Рекомбинация (физика) — РЕКОМБИНАЦИЯ, процесс, обратный ионизации, т.е. образование нейтральных частиц из заряженных. Рекомбинация ионов и электронов в газах и плазме образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов и положительных ионов. Рекомбинировать … Иллюстрированный энциклопедический словарь
рекомбинация — и; ж. 1. Книжн. Расположение составных частей чего л. в новом, изменённом порядке. 2. Физ., хим. Процесс, обратный ионизации. 3. Биол. Перераспределение генов родителей в потомстве, обусловливающее его последующую изменчивость. ◁ Рекомбинационный … Энциклопедический словарь
рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках — [hole electron recombination in semiconductors] исчезновение пары электронной проводимости дырка в результате перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону. Различают излучательную рекомбинацию (избыток энергии выделяется в виде… … Энциклопедический словарь по металлургии
Рекомбинация — Смотри также: рекомбинация электронов и дырок в полупроводниках рекомбинация ионов и электронов … Энциклопедический словарь по металлургии
Рекомбинация — процесс, обратный ионизации. Состоит в захвате ионом свободного электрона. Рекомбинация приводит к уменьшению заряда иона или к превращению иона в нейтральный атом или молекулу. Возможна также рекомбинация электрона и нейтрального атома (молекулы), приводящая к образованию отрицательного иона, и в более редких случаях — рекомбинация отрицательного иона с образованием двух- или трехкратно заряженного отрицательного иона. Вместо электрона в некоторых случаях могут выступать другие элементарные частицы, например мезоны, создавая мезоатомы или мезомолекулы. На ранних этапах развития вселенной происходила реакция рекомбинации водорода.
Реакция рекомбинации сильно экзотермична, для неё характерна очень малая или нулевая энергия активации.
Содержание
Математическое описание
Рекомбинация в средах с наличием гетерополярных ионов описывается следующей формулой:
здесь — концентрация положительных ионов, — концентрация отрицательных ионов, — коэффициент рекомбинации. Коэффициент рекомбинации также называют называют [1] коэффициентом Ланжевена, по имени французского физика Поля Ланжевена.
Вывод коэффициента рекомбинации по Ланжевену
Рассмотрим процесс рекомбинации двух ионов. Для того, чтобы произошел акт рекомбинации ионы должны приблизиться друг к другу на расстояние меньше дебаевского радиуса. После того, как ион приблизится к другому на такое расстояние, энергии теплового будет недостаточно для преодоления электрической силы, возникающей между ионами.
Рассмотрим сферу с дебаевским радиусом, в центре которой расположен положительный ион. Тогда количество отрицательных ионов, поступающих в эту сферу за единицу времени, можно найти по следующей формуле:
Число прорекомбинировавших ионов можно получить, если учесть, что все ионы попадающие в сферу рекомбинируют с положительными ионами, тогда это запишется с помощью следующей формулы:
Сравнив это выражение с законом рекомбинации получаем значение для коэффициента Ланжевена:
где — подвижность.
Литература
Химический энциклопедический словарь. Гл. редактор И.Л.Кнунянц, М., Советская энциклопедия. 1983 г., с.504
См. также
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Рекомбинация (химия)» в других словарях:
Радиационная химия — область химии, охватывающая химические процессы, вызываемые действием ионизирующих излучений (См. Ионизирующие излучения) на вещество. Ионизирующей способностью обладают как электромагнитные излучения (рентгеновские лучи, γ лучи,… … Большая советская энциклопедия
Молекула водорода — Молекула водорода простейшая молекула, состоящая из двух атомов водорода. В её состав входят два ядра атомов водорода и два электрона. Вследствие взаимодействия между электронами и ядрами образуется ковалентная химическая связь. Кроме… … Википедия
Атом водорода — Атом водорода физическая система, состоящая из атомного ядра, несущего элементарный положительный электрический заряд, и электрона, несущего элементарный отрицательный электрический заряд. В состав атомного ядра может входить протон или… … Википедия
РАДИКАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ — осуществляются с участием радикального центра своб. радикалов. Характеризуются, как правило, большими значениями предэкспоненц. множителя в ур нии Аррениуса и малыми энергиями активации Е. Включают по крайней мере две стадии образование своб.… … Химическая энциклопедия
Дезоксирибонуклеиновая кислота — Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) макромолекула(одна из трех основных, две другие РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования… … Википедия
ПРИСОЕДИНЕНИЯ РЕАКЦИИ — происходят с объединением двух молекул в одну. Наиб. распространены П. р. с участием субстратов, имеющих кратные связи; при этом происходит разрыв одной p связи и образование одной или двух s связей. Для обозначения П. р. используют символ Ad (от … Химическая энциклопедия
Химическая связь — … Википедия
Ковалентная связь — Рис.1. Модель одинарной ковалентной связи (электронная плотность выделена красным цветом) Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары … Википедия
П:Ф — Начинающим · Сообщество · Порталы · Награды · Проекты · Запросы · Оценивание География · История · Общество · Персоналии · Религия · Спорт · Техника · Наука · Искусство · Философия … Википедия
Кристаллофосфоры — (от Кристаллы и греч. phōs свет, phóros несущий) неорганические кристаллические Люминофоры. К. люминесцируют под действием света, потока электронов, проникающей радиации, электрического тока и т. д. Способность К. люминесцировать… … Большая советская энциклопедия
, (2.5)
, (2..6)
, т.е. число образующихся ионов равно числу рекомбинирующих ионов. Оно наступает через длительный промежуток времени.
. (2.7)
,(2.8)
; 
;
. (2.11)
— концентрация положительных ионов, 
— концентрация отрицательных ионов, 
— коэффициент рекомбинации. Коэффициент рекомбинации 
— подвижность.