Yoy ustunida ionlar va elektronlarning xarakatchanligi

2. Yoy ustunida ionlar va elektronlarning xarakatchanligi.
Zaryadlangan elementar zarrachalarning elektr maydon yo‘nalishidagi xarakatlanish tezligi elektr maydon kuchlanganligiga proportsional ravishda ortadi.
bu erda W - zaryadlangan zarrachaning xarakatlanish tezligi,
E - elektr maydon kuchlanganligi,
B - proportsionallik yoki xarakatchanlik omili
Kuchlanganlik qancha katta bo‘lsa, dreyf tezligi shuncha katta bo‘ladi. Zaryadlangan zarrachalarning xarakatchanligi qancha katta bo‘lsa, ularni elektr maydonga ko‘chirish shuncha oson amalga oshiriladi.
Zaryadlangan elementar zarrachaning xarakatchanligi uning zaryadi kattaligiga, erkin yugurish kattaligiga, zarracha massasiga va uning issiqlik xarakatining eng katta extimolli tezligiga bog’liq. Bu bog’lanishni frantsuz olimi Pol Lanjeven tomonidan gazlarning klassik kinetik nazariyasi asosida ani?langan edi:
bunda: elektrostatik birliklar tizimi orqali ifodalangan zarrachaning elementar zaryadi,
λ - zarrachaning erkin yugurish yo‘li (sm) da;
m - zarrachaning massasi;
Ū - zarrachalarning issiqlik harakati o‘rtacha kvadratik tezligi, smG`sek xisobida.
Gazlarning kinetik nazariyasi ma’lumotlariga ko‘ra zarrachaning erkin yugurish yo‘li:
bu erda: n - 1sm3 dagi zarrachalar miqdori;
δ - gaz zarrachasining 1sm3 xisobidagi diametri, zarrachaning o‘rtacha kvadratik tezligi zarrachaning o‘rtacha energiyasidan aniqlanishi mumkin,
bundan
bu erda K - Boltsman doimiysi, u 1.38∙10-6 erg/grаd gа teng.
Elektronning biror gazda xarakatlanishi holida uning erkin yugurish yo‘li uning massasi kichik bo‘lganidan gaz molekulasining erkin yugurish yo‘lidan katta bo‘ladi. Kinetik nazariya quyidagi bog’lanishni beradi:
,
bu erda: elektronning erkin yugurish yo‘li, sm
- gaz molekulasining erkin yugurish yo‘li.
Keltirilgan ma'lumotlar elektron va ionning elektrik elementar zaryadining istalgan razryadi shartlari uchun ionlar va elektronlarning xarakatchanligini xisoblashga imkon beradi:
e0=4.8∙10-10(CGSE) elektron massasi - m0=9,106∙10-28g
proton massasi - mn=1,66∙10-24g
vodorodning atom og’irligi - N=1,00813
0 °C temperaturada va bir atmosferaga teng bosimda bir kub.sm gazdagi molekulalar miqdori: n0=2,68∙1019
Ayrim moddalarning atomlari va molekulalarning angstrem hisobidagi (Å=10-8sm) diametri.
2.1-jadval
Moddа
|
δ аngstrem
|
Moddа
|
δ аngstrem
|
Moddа
|
δ аngstrem
|
Ar
|
2,9
|
CO
|
3,23
|
Si
|
2,68
|
He
|
1,82
|
NO
|
3,09
|
Ca
|
2,54
|
H2
|
2,22
|
F2
|
3,18
|
Al
|
2,86
|
O2
|
3,02
|
C
|
1,72
|
Na
|
3,82
|
N2
|
3,22
|
Mn
|
2,62
|
Co
|
3,92
|
Yoy ustunida termik ionlash tufayli bir xil miqdordagi ionlar va elektronlar ishtirok etadi. Misol uchun temir bug’larida yoy razryadi holi uchun ionlar va elektronlarning xarakatchanligini taqqoslaymiz (Fe ning atom og’irligi 55,85)
Hisoblashlarning ko‘rsatishicha, amaliy xolatdan yoy ustunida tokni ko‘chirish faqat elektronlarga va 1G`1830 ga teng ion toki ulushi bilan amalga oshiriladi, uni xisobga olmasa xam bo‘ladi.
Formulalarni birlashtirib va shuningdek bosimning ta'sirini xisobga olib elektronlarning xarakatchanligi uchun quyidagi oddiy bog’lanishni hosil qilish mumkin:
bu erda: b - 3,62∙10-13ga teng doimiy;
T - temperatura, °C;
δ - gaz atomi yoki molekulasi diametri, sm da;
R - gaz bosimi, atm;
Elektronlarning xarakatchanligini bilgan xolda va ionlarning xarakatchanligini xisobga olmay, yoy ustunida tok zichligini xisoblash mumkin:
e0 - elektron zaryadi (1,6∙10-19 kulon)
nӨ - bir kub sm yoy ustunidagi elektronlar soni
Uyoy –yoy ustunida kuchlanishning tushishi, v xisobida.
Lyoy – yoy uzunligi, sm da
Katod soxasi. Katod soxasini nazariy jixatdan ikkita parallel tekislik bilan chegaralash mumkin: katod tekisligi va yoy ustuni tepasidagi chegaralovchi tekislik. Katod sohasida kuchlanishning ancha tushishi kuzatiladi - Uk, u katodli tushish deb ataladi. U taxminan gazning yoy ustuni potentsial ionlanishiga teng. Katodli tushish soxasi uncha katta emas va elektronning erkin yugurish uzunligi (10-5sm) bilan o‘lchovdosh.
Shuning uchun katod soxasida elektr maydon kuchlanganligi juda katta qiymatlarni qabul qiladi (~106 v/sm). Katod soxasining kichik qiymati shunga olib keladiki, bunda ionlar va elektronlar bu soxada to‘qnashmasdan uchib o‘tishadi. Shunday qilib, katod soxasida biz yig’indi tokni ionlar toki va elektronlar toki yig’indisidan topamiz. Katod soxasida odatda o‘rinli bo‘ladigan toklarning tengligida istagan paytda katod soxasida nisbatan katta massasi va mos ravishda kichik xarakat tezligi tufayli asosan ionlar mavjud bo‘ladi;
Ionlar toki zichligi: ii=e0∙ni∙wi;
Elektronlar toki zichligi: iӨ=e0∙nӨ∙wӨ;
Ionlar va elektronlar katod soxasidan o‘tib aynan bir xil miqdordagi kinetik energiyani to‘plashadi:
bundan
Biz ii≈iӨ deb qabul qildik, bundan:
Katod soxasida amalda faqat ionlar bo‘ladi. Bu ionlar xajmiy musbat zaryad yaratib, u katod soxasida yuqori elektr kuchlanganligining sababi xisoblanadi.
Katod soxasi chegarasiga issiqlik xarakati natijasida uchib o‘tadigan yoy ustuni elektronlari katodning elektr maydoni tomonidan yoy ustuniga qaytarib tashlanadi (1-vaziyat). Yoy ustuni ionlari elektr maydoni tomonidan katod sohasiga tortiladi (2-vaziyat). Katod yoy ustuni yo‘nalishida katod sohasida uchib o‘tkan elektronlar katodning elektr maydonida e0*Uk ga teng va yoy uzunligi neytral molekulalarini ionlashtirish uchun etarli kinetik energiyani to‘playdi (3-vaziyat).
Yoy ustuni-katod yo‘nalishida katod soxasini uchib o‘tgan va ushancha miqdordagi energiya to‘plangan ionlar katodga urilib:
1. O‘zining kinetik energiyasini katodga beradi shu bilan uni qizitadi;
2. Katoddan elektronni uzib oladi va uni biriktirib, katoddan neytral molekulasini xosil qiladi yoki ustuniga kiradi yoki katodda erib ketadi (4-vaziyat)
|