ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ И ГАЗАХ

13.9.1. Что называется энергией ионизации молекулы?

13.9.2. Выведите выражение для минимальной кинетической энергии частицы, необходимой для ударной ионизации молекулы.

13.9.3. Запишите формулу, связывающую между собой работу ионизации молекулы, напряженность внешнего электрического поля и необходимую длину свободного пробега ионизирующей частицы.

13.9.4. Что называется потенциалом ионизации молекулы?

13.9.5. В чем состоит явление термоэлектронной эмиссии?

13.9.6. Нарисуйте схему включения в электрическую цепь вакуумного диода.

13.9.7. Нарисуйте вольт-амперную характеристику вакуумного диода.

13.9.8. Каковы основные узлы электронно-лучевой трубки. В чем их назначение?

13.9.9. Что понимают под чувствительностью электронно-лучевой трубки?

13.9.10. Электрон влетает в однородное электрическое поле с начальной скоростью, равной 1,6·10⁶ м/с. Какую минимальную разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы ионизировать ударом молекулу водорода? ( 9,6 В )

13.9.11. Искровой разряд в азоте при нормальных условиях наступает при напряжённости электростатического поля, равной 30 кВ/см. Определите длину свободного пробега электрона. ( 5,7 мкм )

13.9.12. В газоразрядной трубке, наполненной парами ртути, расстояние между плоскими электродами составляет 14 см. Определите длину свободного пробега электронов в парах ртути, если самостоятельный разряд наступает при напряжении между электродами, равном 820 В. Электрическое поле между электродами считайте однородным. ( 1,8 мм )

13.9.13. Какой минимальной скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом аргона при столкновении с ним? ( 2,4·10⁶ м/с )

13.9.14. Какой минимальной относительной скоростью должны обладать молекулы водорода, чтобы при их столкновениях стала возможной однократная ионизация одной из них? ( 56 км/с )

13.9.15. Какой должна быть температура гелия, чтобы средняя кинетическая энергия атомов была достаточной для их однократной ионизации вследствие соударений между атомами? ( 308 К )

13.9.16. При какой разности потенциалов между плоскими электродами зажигается неоновая лампа, если расстояние между электродами равно 3,2 мм? Средняя длина свободного пробега электронов в неоновой лампе составляет 0,54 мм. ( 0,13 кВ )

13.9.17. Неоновая лампа горит, если напряжение на ней не менее 90 В. При этом через лампу протекает электрический ток величиной 1,5 мА. ЭДС идеального источника постоянного тока равна 150 В. При каком максимальном сопротивлении резистора R неоновая лампа будет гореть постоянно? ( 40 кОм )

13.9.18. При несамостоятельном газовом разряде ионизатор образует ежесекундно в 1,0 см³ воздуха 3,8·10¹³ пар однократно заряженных ионов. Плоские электроды с площадью пластин, равной 64 см² каждая, расположены на расстоянии 1,7 см друг от друга. Определите силу тока насыщения. ( 1,3 мА )

13.9.19. К источнику высокого напряжения подключены последовательно резистор сопротивлением 2,4 кОм и плоский конденсатор емкостью 6,9 пФ с расстоянием между пластинами, равным 3,2 мм. Воздух между пластинами ионизируется так, что в 1,0 см³ образуется 8,2·10¹⁷ пар однозарядных ионов за единицу времени. Определите напряжение на резисторе, пренебрегая рекомбинацией ионов. ( 5,0 кВ )

13.9.20. Ускоряющая разность потенциалов в электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) равна 18 кВ. Найдите импульс, передаваемый одним электроном экрану трубки, если электроны полностью поглощаются материалом экрана. ( 7,3·10^–23 кг·м/с )

13.9.21. В телевизионном кинескопе анодное напряжение равно 16 кВ. Расстояние от анода до экрана составляет 28 см. За какое время электроны проходят это расстояние? ( 3,7 нс )

13.9.22. Между плоскими катодом и анодом двухэлектродной электронной лампы приложена разность потенциалов величиной 300 В. Определите конечную скорость электрона у анода, а также ускорение и время его движения. Расстояние между катодом и анодом составляет 10 мм. Начальная скорость электрона равна нулю. ( 1,0·10⁷ м/с; 0,53·10¹⁶ м/с²; 2,0 нс )

13.9.23. В электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) электроны, ускоренные разностью потенциалов 0,85 кВ, попадают в пространство между вертикально отклоняющими пластинами длиной 7,4 см. Расстояние между пластинами составляет 6,0 мм. Определите чувствительность ЭЛТ по вертикальному отклонению луча, если расстояние от центра пластин до экрана равно 25 см. ( 2,1 мм/В )

13.9.24. Металлическая сетка заземлена через резистор, сопротивление которого равно 16 Ом, и помещена в электронный поток. Скорость электронов на большом расстоянии от сетки направлена перпендикулярно к ней и равна 6,2·10⁶ м/c. Определите тепловую мощность, выделяющуюся на сетке при бомбардировке её электронами, если ток заземления равен 4,3 А. ( 0,17 кВт )

13.9.25. На пути однородного протонного пучка с плотностью электрического тока, равной 38 мкА/м², поместили металлический шар радиусом 7,5 см. За какое время электрический потенциал шара изменится на величину 0,25 кВ вследствие осаждения протонов? Влиянием электростатического поля шара на частицы пучка пренебречь. ( 0,78 мс )

13.9.26. Металлический шар радиусом 2,0 см заземлен через резистор с сопротивлением, равным R=1,0 кОм. На шар налетает моноэнергетический пучок электронов с концентрацией частиц, равной 1,0·10⁶ см^-3. На большом расстоянии от шара электроны пучка обладают скоростью величиной 1,0·10⁷ м/с. Определите установившийся предельный заряд шара. ( – 4,5 пКл )

13.9.27. Расстояние между пластинами плоского конденсатора равно 10 мм. Одна из пластин освещается рентгеновскими лучами, вырывающими из неё фотоэлектроны, которые собираются на второй пластине. Начальные скорости этих электронов одинаковы и равны 1000 км/с. С каждого квадратного сантиметра площади облучаемой пластины в одну секунду вырывается 1,0·10¹⁰ электронов. Определите, через какое время после начала освещения прекратится фототок. Влиянием объёмного заряда между пластинами конденсатора пренебречь. ( 0,16 мс )

13.9.28. К идеальному источнику постоянного тока с ЭДС величиной 24 В подключены последовательно резистор с сопротивлением, равным 3,0 кОм, и вакуумный диод, вольт-амперная характеристика которого показана на рисунке. Определите величину силы тока в электрической цепи. ( 6 мА )

13.9.29. Сила электрического тока через вакуумный диод изменяется по закону I = αU², где α = 2,30 мА/В². Диод и резистор с сопротивлением, равным 420 Ом, подсоединяются последовательно к идеальному источнику тока с ЭДС величиной 72,0 В. Определите силу электрического тока в этой цепи. ( 145 мА )