Задания 1–5 — Глава 16. § 120. Электрический ток в газах…

Диссоциация электролитов — это распад молекул растворённого вещества на положительные и отрицательные ионы под действием полярных молекул растворителя (воды). Происходит при растворении или плавлении, без нагрева до высоких температур и без внешнего ионизатора; в результате появляются только ионы (электронов в растворе нет).
Ионизация газов — это распад нейтральных атомов и молекул газа на электроны и положительные ионы (иногда и отрицательные, когда электрон присоединяется к нейтральному атому). Для неё нужна энергия: нагревание до высоких температур, излучение (ультрафиолетовое, рентгеновское, радиоактивное) или удар быстрой частицы. Поэтому в газе носителями тока являются и электроны, и ионы, а в электролите — только ионы.
Ответ: при диссоциации молекулы разделяются на ионы растворителем без затраты внешней энергии, а при ионизации газа атомы теряют электроны под действием нагрева, излучения или ударов; в газе есть свободные электроны, в электролите их нет.

Рекомбинация — процесс, обратный ионизации: положительный ион воссоединяется с электроном (или с отрицательным ионом), образуя нейтральный атом или молекулу.
При рекомбинации энергия, которая была затрачена на ионизацию, выделяется, обычно в виде излучения. Чем больше в газе заряженных частиц, тем чаще они встречаются и тем интенсивнее рекомбинация. Если действует постоянный ионизатор, устанавливается динамическое равновесие: число пар частиц, образующихся за секунду, равно числу пар, исчезающих за секунду вследствие рекомбинации.
Ответ: воссоединение положительного иона с электроном (или отрицательным ионом) в нейтральный атом или молекулу.

Проводимость газа создают свободные заряды — электроны и ионы, которые образуются благодаря ионизатору. Когда ионизатор перестаёт действовать, новые заряженные частицы не возникают, а имеющиеся продолжают исчезать: они воссоединяются при встречах (рекомбинация) и уходят на электроды.
Через короткое время почти все частицы нейтрализуются, газ снова состоит из нейтральных атомов и молекул, свободных зарядов в нём нет, и он перестаёт проводить ток, то есть становится диэлектриком.
Ответ: из-за рекомбинации и ухода зарядов на электроды свободных носителей заряда не остаётся.

Несамостоятельный разряд существует только при действии внешнего ионизатора. Если увеличивать разность потенциалов между электродами, сила тока сначала достигает насыщения, а затем при достаточно большом напряжении снова резко возрастает. Это происходит, когда напряжённость поля становится такой, что электрон на длине свободного пробега l набирает энергию mv²/2 = eEl, превышающую работу ионизации Aᵢ. Тогда начинается ионизация электронным ударом и возникает электронная лавина.
Кроме того, необходима эмиссия электронов с катода: её вызывают удары быстрых положительных ионов о катод или нагрев катода до высокой температуры. Когда число заряженных частиц, появляющихся в самом разряде, достаточно для его поддержания, внешний ионизатор можно убрать, и разряд не прекращается.
Ответ: при большой разности потенциалов (большой напряжённости поля), когда электроны ионизуют атомы ударом, а катод испускает электроны за счёт бомбардировки ионами или нагрева.

При ионизации электронным ударом образуются новые электроны и положительные ионы. Все электроны движутся к аноду и, достигнув его, уходят из газа («выбывают из игры»). Положительные ионы движутся к катоду и нейтрализуются на нём. Если на катоде не появляются новые электроны, то электронная лавина быстро иссякает и разряд прекращается.
Для длительного самостоятельного разряда нужна ещё эмиссия электронов с катода: электроны выбиваются из катода ударами быстрых положительных ионов или вылетают при нагреве катода (термоэлектронная эмиссия, например в дуговом разряде).
Ответ: потому что электроны уходят на анод, а для непрерывного разряда необходимо постоянное пополнение их с катода.