SKP70N06式中 u―電子電荷,h=1.6×10ˉ19(C);

Uy―游離電位(V)。

所以,通常為了方便,游離能的數(shù)值直接以游離電位的數(shù)值表示,而將其單位改用電子伏(eV)。所謂一個(gè)電子伏即一個(gè)電子在真空中經(jīng)過(guò)1V電位差所獲得的動(dòng)能。例如,氫的游離能為13.54 eV,就表示氫的游離能Wy=13.54×1.6×10ˉ19J。

顯然,游離的氣體中含有帶電粒子一電子和正離子,因此它能導(dǎo)電。但是氣體中含有的帶電粒子多少不同,氣體的導(dǎo)電能力也就不一樣,通常用游離度表示氣體導(dǎo)電的程度。所謂游離度是指在氣體的總粒子中所含有帶電粒子的比例。帶電粒子含量越多,氣體的游離度也越高,氣體的電導(dǎo)率越大。

如果外界作用于原子的能量不夠大,使得在正常軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)的電子吸收這些能量以后,不能脫離原子核引力范圍,只能使電子跳到較外層的軌道上,從而增加了原子的內(nèi)能,這種現(xiàn)象稱為激勵(lì)。激勵(lì)所需的能量稱為激勵(lì)能,它的單位也以eV表示。一個(gè)原子可以有幾個(gè)激勵(lì)能,它們分別對(duì)應(yīng)于不同的外層軌道。

已被激勵(lì)的中性粒子比較容易游離,因?yàn)檫@時(shí)所需的游離能少于正常中性粒子所需的游離能,減少的數(shù)值即等于該元素的激勵(lì)能。這種經(jīng)過(guò)激勵(lì)狀態(tài)再游離的現(xiàn)象叫做分級(jí)游離。激勵(lì)是一種不穩(wěn)定的狀態(tài),大多數(shù)被激勵(lì)的中性粒子能以光量子的形式釋放掉能量,自動(dòng)地返回到正常狀態(tài)。中性粒子處于激勵(lì)狀態(tài)的時(shí)間一般低于10ˉ9~10ˉ8。

游離方式按帶電粒子的來(lái)源分為兩大類:表面發(fā)射和空間游離。金屬電極表面在某些情況下能夠發(fā)射電子進(jìn)入極間氣體,這叫表面發(fā)射。按照發(fā)射電子的原因,它又可分為下列幾種:

熱電子發(fā)射―當(dāng)金屬表面溫度,升高時(shí),其表面的自由電子可能獲得足夠高的動(dòng)能,使其有可能越過(guò)金屬表面的位壘而逸出金屬,這種現(xiàn)象叫做熱電子發(fā)射(也可稱熱發(fā)射)。一個(gè)電子逸出金屬所需的能量稱之為逸出功uyc單位也是eV(電子伏)。

強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射―當(dāng)金屬表面存在較高的電場(chǎng)強(qiáng)度(大于106V/cm)時(shí),金屬表面位壘的厚度將減小,以致自由電子有可能在常溫下穿過(guò)位壘而逸出金屬(即所謂隧道效應(yīng)),這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射(也稱為高電場(chǎng)發(fā)射、場(chǎng)致發(fā)射或冷發(fā)射等)。

光發(fā)射―各種光線(紅外線、可見(jiàn)光、紫外線以及其他射線)照射到金屬表面時(shí),也可能起跑子從金屬表面逸出.這種現(xiàn)象稱為光發(fā)射。

光的波長(zhǎng)越短,引起發(fā)射的作用越強(qiáng),并且電子從金屬表面逸出的速度越高。波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光量子,其能量不足以直接造成電子發(fā)射,但它們可以被金屬吸收,使自由電子運(yùn)動(dòng)加速,其中最快者就更容易逸出金屬。

二次電子發(fā)射―在電場(chǎng)作用下,正離子以很高的速度撞擊陰極,或者電子以很高的速度,著Fi可能使金屬表面發(fā)射電子,這種現(xiàn)象稱為二次電子發(fā)射。如果帶電粒子的動(dòng)能很大(例如在高度真空的強(qiáng)電場(chǎng)電極之間),一個(gè)帶電粒子甚至能撞出一個(gè)以上的電子。在氣壓較高的放電間隙中,通常陰極表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度較高,所以陰極表面二次電子發(fā)射作用較強(qiáng),在氣體放電過(guò)程中起著重要的作用。

空間游離度要大于一般氣體的游離度。圖2-21表示的是銅、汞蒸氣和幾種氣體的游離度與溫度的關(guān)系。由此可知,在同一溫度下,當(dāng)氣體中混有金屬蒸氣時(shí),其游離度要比純氣體時(shí)高,即其電導(dǎo)率較大。

應(yīng)當(dāng)指出,熱、光也和碰撞一樣,可以先使中性粒子激勵(lì),然后再使之游離。在實(shí)際情況下遇到的空間游離,常常不是單一的方式。例如,在電場(chǎng)游離過(guò)程中,由碰撞而產(chǎn)生的電子,中性粒子表面和正離子可能彼此相遇而復(fù)合成中性粒子,復(fù)合時(shí)釋放出的能量以光量子的形式輻射給周圍T(×103K)的中性粒子,引起后者游離、激勵(lì)或者加速它,銅、汞蒸氣和凡種氣體們的熱運(yùn)動(dòng)。在熱游離的過(guò)程中,光游離的作的游離度與溫度的關(guān)系用更加強(qiáng)烈,這一點(diǎn)可從電弧發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線光得到說(shuō)明。

消游離方式游離產(chǎn)生新的帶電粒子,使氣體中帶電粒子的含量增加。與此同時(shí),在游離氣體中還進(jìn)行著一個(gè)相反的過(guò)程,也即存在著帶電粒子不斷減少的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程叫做消游離。所謂消游離是指游離氣體中帶電粒子自身消失或失去電荷而變?yōu)橹行粤Ｗ拥默F(xiàn)象。消游離的方式有復(fù)合和擴(kuò)散兩類。

復(fù)合兩個(gè)帶有異號(hào)電荷的粒子相遇后相互作用而消失電荷的現(xiàn)象叫做復(fù)合。在實(shí)際情況下復(fù)合的方式有下述幾種。

表面復(fù)合―電子進(jìn)入陽(yáng)極;負(fù)離子接近陽(yáng)極后將電子移給陽(yáng)極,自身變?yōu)橹行粤Ｗ?正離子接近陰極后從陰極取得電子,自身變?yōu)橹行粤Ｗ�。這些現(xiàn)象都屬于表面復(fù)合。

還有帶電粒子接近未帶電的金屬表面時(shí),會(huì)在金屬表面感應(yīng)出相反的電荷。由于庫(kù)侖力的作用,帶電粒子被吸附在金屬表面。此時(shí)如果有另外一個(gè)帶異號(hào)電荷的帶電粒子也走向該金屬表面,則兩帶電粒子通過(guò)金屬分別交出和取得電子而變成中性粒子,這一過(guò)程如圖2-22所示。在絕緣材料表面,由于絕緣體被帶電粒子感應(yīng)而極化后,能吸引異號(hào)的帶電粒子,因而也會(huì)產(chǎn)生類似金屬表面的復(fù)合情況在金屬表面的復(fù)合過(guò)程.

空間復(fù)合―在兩極之間的間隙中,如正離子和電子相遇,就可直接復(fù)合形成一中性粒子,這種復(fù)合方式叫直接復(fù)合。有時(shí)一個(gè)電子可能先和中性粒子粘合形成負(fù)離子,然后再和正離子復(fù)合形成兩個(gè)中性粒子,這種復(fù)合方式叫做間接復(fù)合,圖2-23所示的是空間間接復(fù)合的過(guò)程。

復(fù)合的過(guò)程也是電子和正離子的電磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果,這也需要一定的作用時(shí)間。帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度越高,復(fù)合的可能性越小。由于電子的運(yùn)動(dòng)速度很大,所以空間直接復(fù)合的幾率比空間間接復(fù)合的幾率小得多(約小1000倍)。電子和中性粒子形成負(fù)離子的可正離子電子.

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