Беспорядочное движение - электрон
Cтраница 3
Выбор физического явления, при котором порождаются электрические флуктуации, для использования его в задающем генераторе диктуется различными соображениями - в первую очередь, требованиями к ширине и равномерности спектра, интенсивности, закону распределения, стабильности и воспроизводимости характеристик. Так, для получения спектра, простирающегося от единиц герц до единиц мегагерц, могут быть использованы шумы, связанные с беспорядочным движением электронов в плазме ионизированного газа, образующегося в тиратроне. Благодаря высокой температуре плазмы эффективное напряжение шума оказывается довольно высоким, достигающим нескольких вольт. Для получения большей равномерности спектра тиратрон помещают в поперечное магнитное поле, что позволяет сильно ослабить собственные колебания ионов в плазме. К сожалению, у тиратроннъгх генераторов шума плохая воспроизводимость характеристик, ввиду чего тиратроны сравнительно редко применяют в качестве первичных источников шума в измерительных генераторах. Значительно лучшими параметрами в этом отношении обладает фотоэлектронный умножитель, позволяющий получить шум примерно в той же полосе частот, что и тиратрон, но с весьма высокой равномерностью спектра. [31]
Но наиболее замечательным в уравнении ( 29) является его большая общность. Беспорядочное движение электронов, совершенно схожее с тепловым движением газовых молекул, даст в нем повод к возникновению электрических токов, направление и интенсивность которых беспрерывно меняются. При изучении этих флуктуации переменной координатой будет количество электричества, протекшее начиная с некоторого момента времени через сечение проводника. [32]
Плазма обладает специфическим движением, которое обусловливается наличием большого количества зарядов. Как известно, у неионизированных систем оно происходит под действием сил тяжести, инерции, упругости, а здесь - под влиянием магнитных и электрических сил. Беспорядочное движение электронов и ионов приводит к тому, что плотность одинаково заряженных частиц на одних участках становится большей или меньшей, в результате чего заряд на одних участках или увеличивается, или уменьшается, что вызывает движение противоположно заряженных частиц в его сторону. [33]
 |
Отношение сигнал / шум для нескольких уровней шума. [34] |
Беспорядочные изменения сигнала создают шум. Шум измеряется величиной среднеквадратичного отклонения ( СКО) пера самописца от среднего положения за какой-то период времени. Шум является результатом ряда процессов: 1) джонсоновского шума, или теплового движения электронов в приемном элементе; 2) статистических тепловых флюктуации в элементе; 3) беспорядочного движения электронов в проводниках и других компонентах цепи усиления; 4) ложных электрических сигналов, возникающих в неисправных деталях усилителя или из-за плохой его конструкции; 5) электрических сигналов, возникающих вне прибора. [35]
Плазма обладает специфическим движением. Оно вызывается наличием большого количества зарядов, обусловливающих электропроводность плазмы, что приводит к новому движению плазмы, которого нет ни в одном из остальных агрегатных состояний. Как известно, у неионизированных систем оно происходит под действием силы тяжести, инерции, упругости, а здесь - под влиянием магнитных и электрических сил. Беспорядочное движение электронов и ионов приводит к тому, что плотность одинаково заряженных частиц на одних участках становится большей или меньшей, в результате чего интенсивность заряда на одних участках или увеличивается, или уменьшается, что вызывает движение положительно заряженных частиц в сторону более интенсивных зарядов отрицательных частиц. [36]
Таким образом, в металлах имеются положительно заряженные ионы, электроны и небольшое количество нейтральных атомов. Этот особый тип химической связи и обусловливает наличие определенных физических свойств. Высокая электропроводность металлов объясняется наличием свободных электронов. В электрическом поле беспорядочное движение электронов становится направленным: они перемещаются от отрицательного полюса к положительному. [37]
Они располагаются в определенном порядке, образуя пространственную решетку, называемую иначе ионной или кристаллической. Состояние этой решетки соответствует равновесию сил взаимодействия между атомами и минимальному значению общей энергии всех частиц тела. Внутри пространственной решетки происходит беспорядочное движение электронов проводимости. [38]
В отличие от обычных проводников электрическое сопротивление полупроводниковых материалов падает с ростом температуры. Это вызвано тем, что с повышением температуры связь электронов с атомами ослабевает и они начинают перемещаться более свободно. В металлических веществах электроны достаточно свободны при обычной температуре. Поэтому нагрев металлов вызывает лишь усиление беспорядочного движения электронов, затрудняя их перемещение под действием сил электрического поля. По величине электрического сопротивления полупроводников можно определить более высокую температуру, чем удается измерить обычными методами. Такие полупроводниковые измерители называются термисторы. [39]
Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. Свободные электроны в нем движутся беспорядочно. Но если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться под действием электрических сил, возникнет электрический ток. Беспорядочное движение электронов при этом, конечно, сохраняется, подобно тому как сохраняется беспорядочное движение в стайке мошкары, когда под действием ветра вся стайка перемещается в одном направлении. [40]
Оба этих предельных случая представляют собой абстракцию, удобную для практических расчетов и для теоретического решения задачи, но отражающую реальную действительность лишь с большим или меньшим приближением. В газовом разряде имеется ряд случаев и областей разряда, где это приближение достаточно не только для практических целей, но и для понимания основных закономерностей наблюдаемых явлений. Так, например, катодные части тлеющего разряда могут рассматриваться в первом приближении как относящиеся к первому из вышеуказанных случаев. Явления в плазме газового разряда хорошо расшифровываются с точки зрения второго случая. Однако при уточнении теории газового разряда необходимо считаться одновременно и с направленным и с беспорядочным движением электронов. Понятно также, что ряд переходных областей и режимов разряда не находит удовлетворительной трактовки при отнесении их ни к первому, ни ко второму случаю. Поэтому, говоря о характере движения электронов в газе, необходимо иметь в виду и третий случай. [41]
Ионизация газа в положительном столбе происходит равномерно по всему его объему. Поэтому для поддержания стационарного режима положительного столба а узкой трубке требуется более интенсивная ионизация, чем а случае широкой трубки. Но число ионизации, производимых электронами, зависит от скорости их беспорядочного движения. Те скорости беспорядочного движения, которыми обладает большинство электронов в положительном столбе, лежат в таком интервале, в котором вероятность ионизации еще возрастает с увеличением энергии электронов. Следовательно, для стационарного режима в узкой трубке требуется большая средняя скорость электронов в плазме, чем в случае широкой трубки. Средняя скорость беспорядочного движения электронов согласно сказанному яа стр. [42]
Прежде всего важно отметить, что всюду в этой книге, где будет говориться о проводимости газа, ve означает так называемую скорость дрейфа электронов, которая значительно меньше скорости их беспорядочного теплового движения. В отсутствие электрического поля электроны совершают лишь беспорядочное движение со средней скоростью выше 107 см / сек. При этом часто происходят столкновения электронов с молекулами газа. В промежутках между столкновениями траектории свободного пробега электронов прямолинейны и беспорядочно ориентированы и средняя скорость в л ю б о м и а-правлении равна нулю. Действие электрического поля X заключается в том, что к каждому электрону прикладывается направленная вдоль поля сила, в результате чего на скорость теплового движения накладывается составляющая скорости, параллельная полю. Следует добавить, что, помимо того, что поле X вызывает появление скорости дрейфа, оно, как мы увидим далее, приводит также к повышению средней скорости беспорядочного движения электронов. [43]
Страницы: 1 2 3