(c) שכנרמכשור 5 גז1 מכשור אלקטרוני: פרק 6 – אלקטרוניקה של הפזה הגזית (פלזמה) 6.6תופעת ה- Avalanche 6.5תגובות קתיונים 6.4תהליכים בפזה גזית 6.3מקורות למטענים בגזים 6.2נושאי מטען בגזים 6.1מכשור הפועל על פי הולכה בגזים 6.7חוק הגז האידיאלי 6.8גז מציאותי העבר תגובת העברת אנרגיה לפני לומינסנציה

(c) שכנרמכשור 5 גז מכישורים הפועלים על פי עקרונות של הולכה בגזים מנרות התפרקות1 ספקטרומטר מסות2 משתילי יונים3 צגי פלסמה4 מונה גייגר5 מנורה פלורסצנתית6 Ozonizer ע"י תופעת ה- Corona 1 טעינת לוח בחשמל סטטי Xerography 2 בשפופרת גז באוויר

(c) שכנרמכשור 5 גז נושאי מטען יונים שליליים אניונים יונים חיוביים קתיונים אלקטרונים הולכה בוואקום הולכה בפלסמה

(c) שכנרמכשור 5 גז4 תיאור בסיסי של "שפופרת" גז קתודה תרמיונית רגילה אנודה גז/אוויר מעטפת (?) לא קיימת במערכות עם הולכה באוויר Ar Ar + e-e- הזרם הוא סכום הזרמים אם יש יינון, השדה מפריד בין המטענים

(c) שכנרמכשור 5 גז5 יונים בשדה חשמלי ומגנטי יונים מתנהגים בשדה חשמלי ומגנטי דומה לאלקטרון עם ההבדלים הבאים: 1 - מסה שונה 3 - מספר המטענים (n) Al +3 Cu +2 Ar סימן של המטען יכול להיות שונה _ s1s1 vzvz  vyvy

(c) שכנרמכשור 5 גז מקור לאלקטרונים בהתקני  אפקט תרמיוני  אפקט פוטואלקטרי  פליטה משנית וגז  אפקט תרמיוני  אפקט פוטואלקטרי  פליטה משנית  יינון בשיווי משקל תרמי וואקום  יינון ע"י קיטוב מושרה מקור זהה למכשור מבוסס על הולכה בוואקום

(c) שכנרמכשור 5 גז אפקט פוטואלקטרי בגז Photo-Ionization Gas + h Gas + + e - קרינה רדיו-אקטיבית קרינה קוסמית h  E I h  w פגיעה פוטון במוצק E I > w h + M phel e -* + M phel + ההבדל הנוסף לאשר את חוק שימוא המטען

(c) שכנרמכשור 5 גז8 Gas + e -* Gas + + 2e - התנגשות מייננת E k,before collision, Total = E k,after,Total + E I E k (e 1 * )+ E k (Gas) = E k (e 1 ) + E k (Gas + ) + E k (e 2 ) + E I Ionization by energetic electrons הגברה "פליטה משנית" בגזים

(c) שכנרמכשור 5 גז9 שני מצבים בשיווי משקל. הפרש האנרגיה בין המצבים היא אנרגית היוניזציה Kr 0 Kr + + e - התפלגות לפי וולצמן עבור כל הגזים קיימת תגובה בשווי משקל דינמי "יינון עצמי": תלויה בטמפרטורה ובאנרגיית היוניזציה

(c) שכנרמכשור 5 גז10 N N0N0 N2N2 E [eV] E2E2 E0E0 E1E1 N1N1 N 1 = N 0 e -  E 01 /kT particles התפלגות פרודות בשווי משקל לפי וולצמן [N 1 ] = [N 0 ] e -  E 01 /kT particles/cm 3 J RD = a AT 2 e -w/kT [A/cm 2 ]

(c) שכנרמכשור 5 גז11 דוגמה [Kr 0 ] = 5x10 19 [atoms/cm 3 ] T = K [Kr + ] = ? E i /kT= 14/(8.66x10 -5 x 1500) = 108 e -108 = 1.25 x [Kr + ]/[Kr 0 ] = e -Ei/kT = 1.25 x [Kr + ] = [Kr 0 ] e -Ei/kT = (5x10 19 )(1.25x ) = 6.25 x [ions/cm 3 ] [charges/cm 3 ] = ? 1.25 x [charges /cm 3 ] גורם לרעש E i (Kr) = ?E i (Kr) = 14 eV

(c) שכנרמכשור 5 גז יינון ע"י קיטוב מושרה Induced Polarization +Z א +V -V +Z קיטוב ב +V * -V * +Z + e-e- יינון ג

(c) שכנרמכשור 5 גז13 תהליכים בפזה גזית6.4 עירור לרמת ההולכה העברת אנרגיה Energy Transfer (דמיון חלקי) בקרת עוצמת אלומה אין הטיה ע"י שדה מגנטי הטיה ע"י שדה מגנטיהטיה ע"י שדה חשמלי הטיה ע"י שדה חשמלילומינסנציה קתודית6.4.2 – לומנסציה (של פלסמה)האצת אלקטרונים האצת אלקטרונים ויוניםVacuumGas

(c) שכנרמכשור 5 גז האצת האלקטרון, קתיון, אניון e - + V e -* Gas + + V Gas + * v = 1/2 2eV m e אנרגיה הקינטית כתלות במרחק מהקתודה v = 1/2 2eV m Gas L d - + E k (d) = E k (L) d L אלקטרון עשוי ל"העצר" ע"י התנגשות

(c) שכנרמכשור 5 גז15 מסה של אטומים ומסה של מולקולות A =  p +  n amu מסה של איזוטופ משקל אטומי משקל מולקולרי M.W. =  a.w משקל מולרי של יסוד (a.w.) molar = (a.w.)x1g (M.W.) molar = M.W. x1g משקל מולרי של חומר מולקולרי a.w. = AiNiAiNi NiNi amu

(c) שכנרמכשור 5 גז16 פליטת פוטונים Photon Emission במוצק: פליטה קתודו-לומינסנטית ChL con ChL val + h Gas* empty Gas + h מקורות קרינה, מנורות התפרקות – לומנסנציה – יצירת אור הבדל: פליטת הפוטונים היא מתוך הפלסמה עצמה. בוואקום, האלקטרון חייב לפגוע במוצק להפקת קרינה

(c) שכנרמכשור 5 גז17 F m = evB F cp = m e v 2 /R R = mevmev Be v v v FmFm FmFm FmFm FmFm R v v v FmFm FmFm FmFm FmFm R F m = (ne)vB יון חיובי אלקטרון הטיית יון חיובי ע"י שדה מגנטי

(c) שכנרמכשור 5 גז העברת אנרגיה Energy Transfer במוצק: עירור לרמת ההולכה e -* + ChL val ChL con + e - e -* + Gas Gas* + e - התנגשות אלסטית e -* + Gas Gas* empty + e - עירור Excitation יכול להיות העברת אנרגיה קינטית, או... העברת אנרגיה לרמה אלקטרונית גבוהה +Z

(c) שכנרמכשור 5 גז תגובות קתיונים (4 תגובות) 3 שחבור recombination e - * + Gas + Gas* empty 1 האצה Gas + + V Gas +* 2 יוניזציה (הגבר) Gas +* + Gas 2Gas + + e - 4העברת אנרגיה Gas +* + Gas Gas + + Gas* empty התנגשות אי-אלסטית חיוני לפליטת פוטונים

(c) שכנרמכשור 5 גז תופעת המפולת, Avalache קיימות שתי תגובות הגברה (יוניזציה) e -* + Gas Gas e - Gas +* + Gas 2Gas + + e - תתכן הגברה שתגרום להתכת האנודה נעריך את הסיכוי ל"מפולת" והדרך בעזרת מודל. המודל מחייב ידע המיון תהליכים

(c) שכנרמכשור 5 גז21 רישום תהליכים Kr + + e - Kr 0 תגובה מסדר ראשון תגובה מסדר שני ביטוי קינטי d[ Kr + ] dt = k 1 [Kr 0 ] Kr 0 Kr + + e - d[ Kr 0 ] dt = k 2 [Kr + ][e - ] ביטוי קינטי

(c) שכנרמכשור 5 גז22 מודל להערכת הגידול במספר אלקטרונים הנחות 1 – נוצר אלקטרון אחד בכל התנגשות 2 – ניתן להזניח:  התרומה של הקטיונים לזרם  תהליכים המעלימים אלקטרונים  תגובות באנודה  שיחבור 3 – ריכוז הפרודות הנאוטרליות גדול מאוד ביחס לריכוז האלקטרונים. (מאפשר טיפול לתגובה מסדר ראשון) 4 – מספר האלקטרונים האנרגטיים יחסי למספר האלקטרונים החופשיים [e -* ] = k ’ [e - ]

(c) שכנרמכשור 5 גז23 המודל תגובה מסדר שני d[ e - ] dt = k 2 [Gas][e -* ] e - * + Gas Gas e - [e -* ] = k ’ [e - ] תגובה מסדר ראשון (פסוידו סדר-ראשון) d[e - ] dt = k ’ 2 [Gas][e - ] A[e - ] ריכוז הפרודות הנאוטרליות גדול מאוד מספר האלקטרונים האנרגטיים יחסי למספר האלקטרונים החופשיים מספר ההתנגשויות בין אלקטרונים ואטומים ליחידת זמן

(c) שכנרמכשור 5 גז24 המודל d[e - ] dt = A [e - ] = A dt d[e - ] [e - ] [e - ] t = [e - ] 0 exp(At) [e - ] t = [e - ] 0 exp(At) = [e - ] 0 exp(t/  ) A = 1 /  זמן ממוצע בין התנגשויות מכיוון ו-A הוא מספר התנגשויות בין אלקטרונים ואטומים ליחידת זמן, נגדיר

(c) שכנרמכשור 5 גז25 דוגמה  = s t = s נקבל כעבור מילישניה, אם יש רק אלקטרון אחד בתחילת התהליך [e - ] t = 1 ms = 22,026 electrons [e - ] t = [e - ] 0 exp(t/  ) t/  = 10 e t/   22,026

(c) שכנרמכשור 5 גז26 הנטל נגד R I V in = V lamp + V R = V lamp + IR V lamp = V in - IR מנורת התפרקות V lamp V in

(c) שכנרמכשור 5 גז חוק הגזים PV = nRT = n(N Avo k)T יחידות וחישוב R P STP = 1 atm V STP = liter T STP = K n = 1 R = liter atm mole -1 0 K -1 STP עבור גז אידיאלי ת.11 R = PV nT = (1 atm)(22.41 liter) (1 mole)( K)

(c) שכנרמכשור 5 גז28 דוגמה: חישוב כמות החומר V i = 500 ml P = 0.23 atm t = 20 0 C T = t +273 = K n i = (0.23)(0.5)/( )(293.15) = 4.8 x mole V i = 500 ml P = 0.23 atm t = 20 0 C T = t +273 = K n i = (0.23)(0.5)/( )(293.15) = 4.8 x mole PV RT n= ת. 10

(c) שכנרמכשור 5 גז29 = אנרגיה PV Pressure x Volume = Force Area Area x Length Pressure x Volume = Force x Length Pressure x Volume = Force x Length = Energy ת. 13 תרגיל: נתון ש-: R = (N 0 k) חשב את הקבוע של וולצמן ב-joule תרגיל: נתון ש-: R = (N 0 k) חשב את הקבוע של וולצמן ב-joule

(c) שכנרמכשור 5 גז30 גז מציאותי (גז (Van der Waals המודל של גז אידיאלי PV = nRT מנבא טוב את הקשר בין V, T, ו-n בלחצים נמוכים וטמפרטורות גבוהות אבל, המודל : 1 -לא עוקב במדוייק ב- Pגבוה ו-T נמוכה ו- 2 - לא מסביר את ההפיכה לנוזל ולמוצק Van der Waals הסביר שזה נובע מכך שבמודל של הגז האידיאלי לא לוקחים בחשבון: 1 - את הנפח של מולקולות הגז ו- 2 - בין המולקולות יש כוחות משיכה: כוחות van der Waals 2 - בין המולקולות יש כוחות משיכה: כוחות van der Waals

(c) שכנרמכשור 5 גז31 PV = nRT [P + a(n/V) 2 ] (V - nb) = nRT גז אידיאלי גז וואן-דר-וואלס היא הצפיפות בריבועn/V b הוא מקדם תיקון הנפח a הוא מקדם תיקון הלחץ כאשר

(c) שכנרמכשור 5 גז32 van der Waals constants Compound a (L 2 -atm/mol 2 ) b (L/mol) He Ne Ar Kr Xe H2H N2N O2O Cl H2OH2O CH CO CCl a הוא מדיד לכוחות משיכה בין המולקולות b מטפל בנפח הסופי של הפרודות

(c) שכנרמכשור 5 גז33 a, גורם תיקום הלחץ [P + a(n/V) 2 ] הלחץ המתוקן גדול יותר גורם התיקון מוכפל בצפיפות בריבוע מדוע בצפיפות? "לחץ" זאת מדידה של הכוח ליחידת שטח המופעל על ידי המולקולות בהנגשות בקיר של המיכל מולקולה העומדת להתנגש בדופן "סובלת" מהמשיכה של כוחות וון-דר-וואלס של המולקולות השכינות כל מולקולה מרגישה את המשיכה של nN Avo – 1 ≈ nN Avo

(c) שכנרמכשור 5 גז34 b, גורם תיקום הנפח (V - nb) הנפח האמיתי, העומד לרשות האנרגיה הקינטית, קטן יותר מהנכתב ע"י מימדי הכלי המכיל את הגז, כי חלק ממנו תפוס ע"י המולקולות של הגז התיקון הוא עבור כל מולקולה, לכן מוכפל ב-n