- ПОДОБИЯЗАКОНЫ
- ПОДОБИЯЗАКОНЫ
-
- свойственны таким физ. процессам, в к-рых характерные физ. величины, будучи ф-циями др. величин (аргументов), зависят от них не по отдельности, а от определённых комбинаций аргументов (напр., произведения, отношения и др.). Соответствующие П. з. кривые, отображая зависимость физ. величины от одного из аргументов, при изменении другого сохраняют свою форму, оставаясь подобными (см. Подобия теория).
П. з. в газовом разряде проявляются вомн. закономерностях поведения электронов в слабоионизов. газе. Напр., скоростьдрейфа электронов и д в пост. электрич. поле напряжённостью . зависитот Е и от плотности молекул N не порознь, а от их комбинации E/N. Часто слабоионизов. газ мало нагревается током, и его абс. <темп-pa более или менее постоянна и близка к Т300К [темп-pa электронного газа существенно выше, Т с
(1- 3)-104 К]. При пост. темп-ре плотность N однозначноопределяется давлением р = NkT, обычно используемым в физикегазового разряда в качестве меры плотности. При темп-ре 20 °С р=1 торр (1 мм рт. ст.) соответствует N =3,3 x 1016 см -3.
П. з. имеют большое практич. значение. <Напр., для нахождения скорости дрейфа в определённом газе при двух условиях Е=10 В/см, р =10 торр и Е =20 В/см, р =20 торрдостаточно одного измерения. В обоих случаях отношение Е/р, а следовательно, <и v д одинаковы. Результаты измерений ф-ции двух переменных v д(E,p )представляются не в виде семейства кривых, а в виде одной кривой v д( Е/р).Зависимость v д( Е/р )наглядноследует из ф-лы элементарной теории v д=eE/тv т, где vm- частота столкновений электрона с молекулами, пропорциональная N. Закономерность v д( Е/р )сохраняется ив строгой теории, основанной на решении кинетич. ур-ния для ф-ции распределенияэлектронов. Эыергетич. спектр, от к-рого зависит v д,как и ср. энергия электронов, является ф-цией E/N или Е/р.
Частота ионизации vi в пост. поле Е, т. е. число актов ионизации, к-рое совершает электронв 1 с, подчиняется П. з. vi= pf(E/p), где f- нек-рая ф-ция, определяемая спектром электронов. В пост. поле электронв среднем движется вдоль поля, и целесообразнее пользоваться ионизац. коэф. <Таунсенда- числом актов ионизации, к-рое электрон совершает на 1 см дрейфового пути:
Коэффициент
определяет напряжение пробоя V п промежутка d междуплоскими электродами (V п наз. также потенциалом зажиганияразряда). Величина V п для данного газа зависит от . и р. Приэтом справедлив П. з. V п = V п(pd). Такиезависимости, найденные из опыта (рис. 1), наз. кривыми Пашена. Пашеназакон подобия вытекает из ур-ния Таунсенда
V п=Ed, выражающего условие воспроизводства размножающихся электронов впромежутке с учётом вытягивания зарядов из газового объёма на электродыи эмиссии электронов с катода под действием положит. ионов.
Рис. 1. Зависимости потенциалов зажиганияот
(кривыеПашена) для различных газов.
Один ион при нейтрализации электроном катодавырывает дополнительно
~ 10-1 - 10-3 электронов. С помощью эмпирическойформулы Таунсенда
где А и В - эксперим. константы, различные для каждого газа, <для кривых Пашена получается явная ф-ла V п = B(pd)/(C+ lnpd), где
Напр., для азота в диапазоне Е/р= 100
600 В/см х торр, А =12 см -1 х торр -1, В=342 В/(см-торр).
Плотность тока на катоде в нормальном тлеющемразряде j н, толщина катодного слоя d н и катодное падение потенциала V н подчиняются П. з. j Н/p2= const, pd н= const, V н = const, гдеконстанты зависят только от рода газа и материала катода. Для продольногополя Е в положит. столбе тлеющего разряда низкого давления в трубкерадиуса R справедлив П. з. Е/р = = f2(pR). Онвытекает из равенства vi = vd, выражающего балансчисла зарядов в столбе. Здесь vd= Da(2,4/R)2~ 1/рR2 - ср. частота диффузионных уходов зарядов к стенкамтрубки, где заряды взаимно нейтрализуются; Da - коэф. <амбиполярной диффузии.
В электрич. полях очень больших частотw,превышающих частоту столкновений электронов с атомами vm,действуют П. з. по частоте поля: частота ионизации газа электронами зависитот отношениягде Е - среднеквадратичная величина осциллирующего поля. При данномдавлении газа частота ионизации остаётся неизменной, если с переходом кболее высоким частотам пропорц. частоте увеличивается поле. Такая зависимостьследует из выражения для скорости приобретения энергии электроном от переменногополя
Для порогового поля пробоя газов короткимиимпульсами больших частотсправедлив закон подобия
выполняющийся в широком диапазоне частот или длин волн
от видимого света до СВЧ-излучения. Для пробоя газа ИК-излучением требуютсясущественно более высокие поля, чем в случае СВЧ. На рис. 2 показаны (влогарифмич. масштабе) измеренные интенсивности излучения S п= =
необходимыедля пробоя атм. воздуха импульсами разл. лазеров. Пунктир соответствуеттсоретпч. зависимости S п~
отклонение пунктирной линии от логарпфмпч. прямой в области СВЧ-волн закономернои связано с нарушением упомянутого выше условия
П. з. по частоте также находит строгое обоснование в кинетич. ур-нии дляэлектронов в осциллирующем поле.
Рис. 2. Зависимость интенсивности излучения, <необходимой для пробоя, от длины волны
Лит.: Райзер Ю. П., Физика газовогоразряда, М., 1987.
Ю. П. Райзер.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.