Міністерство освіти і науки України Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника Фізико-технічний факультет Кафедра теоретичної і експериментальної фізики Лабораторна робота ФПЕ-12 ВИВЧЕННЯ РЕЛАКСАЦІЙНИХ КОЛИВАНЬ Івано-Франківськ Мета роботи: знайти вольт-амперну характеристику газонаповненої лампи і вивчення релакційних коливань. Теоретичні відомості Гази в основному стані складаються з електрично нейтральних атомів і молекул, не мають вільних зарядів і тому не проводять електричний струм. Проводити вони можуть тільки в тому випадку, коли частина молекул іонізується – розщеплюється на позитивні і негативні іони. Звичайно проходить розщеплення на одновалентно позитивно заряджений іон і електрон. Іонізація може відбуватися внаслідок: сильного нагрівання, рентгенівських променів, радіоактивного випромінювання, космічних променів, бомбардування молекул газу які рухаються іонами і електронами (так називається ударна іонізація). Так як в звичайних умовах газ завжди піддається впливу космічних променів і радіоактивного випромінювання, то в ньому завжди знайдуться вільні заряди. Однак інтенсивність іонізації ∆n1, вивчається числом пар іонів різного знака, виникаючи в одиниці об’єму газу
за одиницю часу, в звичайних умовах дуже мала і не може забезпечити значної електропровідності. Тому гази поводять себе як ізолятор. Поряд з процесом іонізації в газі проходить і зворотній процес – рекомбінація, з’єднання позитивних і негативних іонів в нейтральні атоми. Вірогідність такого процесу пропорційна як числу позитивних, так і числу негативних іонів. Тому кількість рекомбінованих за 1с в одиниці об’єму пар іонів ∆n2 пропорційна квадрату іонів що міститься в одиниці об’єму: ∆nr=k·n2, (12.1) де k – коефіцієнт рекомбінації. Під впливом іонізації і рекомбінації в газі встановлюється рівність положень (так називається динамічна рівновага), коли число пар іонів, виникаючи в одиничному об’єму за одиницю часу, рівна числу рекомбінованих пар: ∆n1=∆n2. В положенні рівноваги в одиниці об’єму газу буде знаходитись n пар іонів:
(12.2) Якщо газ, знайдений під впливом зовнішнього іонізатора, закріплений в колбу з впаяними в неї електродами, то при подачі на електроди напруги по трубці пройде струм. Процес проходження струму через газ називається газовим розрядом. Коли електропровідність газу виникає за рахунок зовнішнього іонізатора, то електричний струм, виникаючи в ньому, називається несамостійним розрядом. Із припиненням дій зовнішнього іонізатора такий розряд припиняється. Електричний розряд в газі, зберігається після припинення дій зовнішнього іонізатора, називається самостійним газовим розрядом. Щоб це здійснити необхідно, щоб в результаті самого розряду в газі безперервно утворились вільні заряди. Величина електричного струму в газі j (електричний струм, проходить через одиницю площі поперечного перерізу) зумовлена рухом як позитивних, так і негативних зарядів:
, (12.3) де q+ і q- – величини позитивних і негативних зарядів;
і
– середня квадратична швидкість впорядкованого руху заряду; n – концентрація заряду Середня швидкість впорядкованого руху пропорційна напруженості електричного поля Е:
;
, (12.4) де
і
– рухи позитивних і негативних зарядів (швидкість їх впорядкованого руху при напруженості електричного поля Е=І В/м). Тоді
. (12.5) Порівняємо цю формулу із законом Ома в диференціальній формі:
, (12.6) де G – електропровідність. Електропровідність буде рівна:
. (12.7) Враховуючи, що гази іонізуються, як правило, на електрон і одновалентний позитивно заряджений іон, можна записати:
. ...