Mavzu : Metall, vakuum va gazlardagi elektr toki

Mavzu : Metall, vakuum va gazlardagi elektr toki.
Elektr tokning gazlar orqali o‘tishiga gaz razryadi deyiladi. Metallar va elektrolitlar tok tashuvchilar har doim mavjuddir, ularga berilgan elektr maydoni mavjud zaryadlarni faqat tartibga soladi. Gazlar esa normal holda izolyator hisoblanadi, ularda tok tashuvchilar bo‘lmaydi. Gazlar orqali elektr tokining o‘tishini tekshirish uchun 11.4-rasmda tasvirlangan elektr zanjirining chizilmasini tuzaylik. Zanjir orqali elektr tok oqimini ta’minlamoqchi bo‘lsak, M va N elektrodlar oralig‘iga zaryad tashuvchilar vujudga keltirish kerak. Gazda zaryad tashuvchilar vujudga keltirishnining ikki usulidan foydalanamiz:
a) gazlarda zaryad tashuvchilar tashqi ta’sirlar natijasida hosil qilinsa, bunday holda kuzatiladigan elektr tokni nomustaqil gaz razryadi deyiladi;
b) agar zaryad tashuvchilar elektr maydon ta’sirida vujudga kelsa, shu hodisa tufayli kuzatiladigan elektr tokni mustaqil gaz razryadi deyiladi.
Nomustaqil gaz razryadi gazlarni yuqori haroratgacha qizdirish bilan, ultrabinafsha yoki rentgen nurlari ta’siri bilan, shuningdek, , ,  nurlanishining ta’siri ostida yuzaga kelishi mumkin. Bu hol M va N elektrodlar orasidagi gaz molekulalarining ionlashuviga olib keladi. Ionlashishda gaz molekulasidan, odatda, bitta elektron uzib chiqariladi, buning natijasida molekula musbat ion bo‘lib qoladi. Uzilib chiqqan elektron juda oz muddat erkin qolishi mumkin, yoki darhol gazning neytral molekulalaridan biriga birlashadi va bu molekulani manfiy ionga aylantiradi. Gazdagi ionlashish jarayoni sababchisi bo‘lgan tashqi dalillar ionizator deb ataladi. Shunday qilib, ionlashgan gazda musbat ionlar ham, manfiy ionlar ham, erkin elektronlar ham bo‘ladi. Gazda ionlanish bilan birga ionlarning rekombinatsiyalanish o‘zaro qo‘shilishi jarayoni ham boradi.
Tashqi elektr maydoni bo‘lganida ionlashgan gazda turli ismli ionlarning qarama-qarshi yo‘nalishdagi harakati va elektronlarning harakati tufayli tok vujudga keladi.
Ionizator ta’siri to‘xtaganda gaz ionlarining konsentratsiyasi darhol nolgacha kamayadi va tok to‘xtaydi.
Mustaqil gaz razryadi vaqtida o‘z-o‘zidan ionlashish jarayonlari tashqi ionizator ta’sir qilmasdan, balki kuchli elektr maydonlar ta’sirida zaryad tashuvchilar vujudga kelishi tufayli sodir bo‘ladi. Elektrodlar zaryad tashuvchilarning hosil bo‘lishini ta’minlovchi quyidagi asosiy jarayonlar bilan tanishib o‘taylik.
1). Zarbdan ionlanish. Tabiiy sharoitlarda gazda hamma vaqt ham oz miqdorda erkin elektronlar va ionlar bo‘ladi, ular kosmik nurlar va atmosferada, tuproqda, suvda bo‘ladigan radiaktiv moddalarni nurlanishi ta’sirida hosil bo‘lishi mumkin. 10³ – 10⁵V/m elektr maydonlarida bu zarrachalarni shunday tezliklargacha tezlatish mumkinki, ularning kinetik energiyasi ionlanish ishidan katta bo‘lib ketadi va ular neytral molekulalar bilan to‘qnashib, bu molekulalarni ionlashtiradi. Hosil bo‘lgan elektron va ionlar ham maydon ta’sirida tezlashib o‘z navbatida ular ham yangi neytral molekulalarni ionlantiradi va hakozo. Shu tariqa gazda ionlanish nihoyatda katta qiymatlarga erishadi. Gazning bunday o‘z-o‘zidan ionlanishi zarbdan ionlanish deyiladi.
2). Ikkilamchi elektron emissiya. Maydon ta’sirida tezlashtirilgan musbat ionlar metall katodga urilib, katoddan elektronlarni urib chiqaradi, bu elektronlar o‘z navbatida maydon tomonidan tezlashtirilib, neytral molekulalarni ionlashtiradi. Bu hodisa ikkilamchi elektron emissiya deyiladi.
3). Avtoelektron emissiya. Bu hodisa nihoyatda kuchli elektr maydonlarda (E10⁸ V/m) sodir bo‘ladi. Bunda nihoyatda kuchli elektr maydon metallardan elektronlarni yulib oladi, deyish mumkin.
4). Fotoionlanish. Gaz molekulalari zarbdan ionlanish natijasida vujudga kelgan ion uyg‘ongan holatda bo‘lishi mumkin. Bu ion uyg‘ongan holatdan o‘zining dastlabki holatiga o‘tganda qisqa to‘lqinli nur chiqariladi. Bunday nur energiyasi molekulalarning ionlanishiga yetarli bo‘lib qolganda fotoionlanish hodisasi ro‘y beradi.
Metallarda juda kichik potensiallar farqi bilan ham tokni yuzaga keltirish mumkin. Bu hol, tok tashuvchilar – elektronlar metallar bo‘ylab erkin siljiy oladi deb aytishga asos bo‘ladi. Tajribalarning natijalari ham shu xulosaga olib keladi.
Erkin elektronlar mavjudligini shu bilan tushuntirish mumkinki, kristall panjaralar hosil bo‘lganida eng bo‘sh bog‘langan (valentli) elektronlar metall atomlaridan ajralib, metall bo‘lagining “kollektiv tashkil etuvchisi” bo‘lib qoladi. Agar har bir atomdan bittadan elektron ajarlib qolsa, erkin elektronlarning konsentratsiyasi, ya’ni hajm birligidagi ularning soni, hajm birligidagi atomlar soniga teng bo‘ladi.
Erkin elektronlar haqidagi tasavvurdan foydalangan holda Drude, keyinchalik Lorens bu nazariyani mukammallashtirib, metallarning klassik nazariyasini ishlab chiqqan. Drude metallardagi o‘tkazuvchi elektronlar tabiati ideal gaz molekulalariga o‘xshagan bo‘ladi, deb faraz qilgan. To‘qnashish orasidagi vaqtlarda ular deyarli erkin harakatlanib, o‘rtacha λ yo‘lni bosib o‘tadi. Yugurish yo‘llari molekulalarning o‘zaro to‘qnashishi bilan belgilanuvchi gaz molekulalaridan farqli ravishda, elektronlar o‘zaro emas, balki ko‘proq metallarning kristall panjaralarini tashkil etuvchi ionlar bilan to‘qnashadi. Bu to‘qnashishlar elektron gaz bilan kristall panjara orasida issiqlik muvozanati o‘rnatilishga olib keladi.
Drudening hisobicha, elektronning kristall panjara ioni bilan navbatdagi to‘qnashuvdanoq elektronning tartibli harakat tezligi nolga teng bo‘ladi. Faraz qilaylik, maydon kuchlanganligi o‘zgarmas bo‘lsin. U holda maydon ta’siri ostida elektron ga teng bo‘lgan o‘zgarmas tezlanishga ega bo‘lib, yugurishning oxirida tartibli harakat tezligi quyidagi o‘rtacha qiymatga ega bo‘ladi