Logo
Logo

Простейшая модель газового разряда

Разбалловка

A1  1.80 Найдите $n_{0}$, $a$, $b$ и выразите ответ через $Z_{ext}$ и $r$.

A1. 1 Равновесие плазмы $n(t)=n_e(t)=n_i(t)$ 0.30
A1. 2 Уравнение для концентрации $\frac{\mathrm dn(t)}{\mathrm dt}=Z_\mathrm{ext}-rn^2(t)$ 0.60
A1. 3 Ответ $n_0=0$ 0.30
A1. 4 Ответ $a=\sqrt\frac{Z_\mathrm{ext}}r$ 0.30
A1. 5 Ответ $b=\sqrt{rZ_\mathrm{ext}}$ 0.30
A2  0.60 Найдите установившуюся концентрацию электронов $n_{e}$, если два ионизатора будут работать одновременно.

A2. 1 Выражение $n_{e1}=\sqrt\frac{Z_{\mathrm{ext}1}}r$ 0.10
A2. 2 Выражение $n_{e2}=\sqrt\frac{Z_{\mathrm{ext}2}}r$ 0.10
A2. 3 Ответ $n_e=\sqrt\frac{Z_{\mathrm{ext}1}+Z_{\mathrm{ext}2}}r$ 0.30
A2. 4 Численный ответ $n_e=20.0\cdot10^{10}~\text{см}^{-3}$ 0.10
A3  1.70 Выразите силу тока в трубке $I$ через $U$, $\beta$, $L$, $S$, $Z_{ext}$, $r$, $e$, где $e$ — элементарный заряд.

A3. 1 Выражение $Z_\mathrm{ext}SL=rn_en_iSL+\frac1eI_e$ 0.20
A3. 2 Выражение $Z_\mathrm{ext}SL=rn_en_iSL+\frac1eI_i$ 0.20
A3. 3 Равенство токов $I_e=I_i$ 0.10
A3. 4 Полный ток $I=I_e+I_i$ 0.10
A3. 5 Выражение $I_e=e\beta n_eES$ 0.10
A3. 6 Выражение $I_i=e\beta n_iES$ 0.10
A3. 7 Выражение $Z_\mathrm{ext}SL=rSL\left[\frac I{2e\beta ES}\right]^2+\frac I{2e}$ 0.20
A3. 8 Напряжённость $E=\frac UL$ 0.10
A3. 9 Корни уравнения $I=\frac{e\beta^2U^2S}{rL^3}\left[-1\pm\sqrt{1+\frac{4rZ_\mathrm{ext}L^4}{\beta^2U^2}}\right]$ 0.30
A3. 10 Ответ $I=\frac{e\beta^2U^2S}{rL^3}\left[\sqrt{1+\frac{4rZ_\mathrm{ext}L^4}{\beta^2U^2}}-1\right]$ 0.30
A4  0.70 Найдите удельное сопротивление газа $\rho_{gas}$ при малых значениях приложенного напряжения и выразите его через $\beta$, $L$, $Z_{ext}$, $r$, $e$.

A4. 1 Предельное выражение $I=2Ue\beta\sqrt\frac{Z_\mathrm{ext}}r\frac SL$ 0.30
A4. 2 Закон Ома $R=\frac UI$ 0.10
A4. 3 Сопротивление $R=\rho\frac LS$ 0.10
A4. 4 Ответ $\rho=\frac1{2e\beta}\sqrt\frac r{Z_\mathrm{ext}}$ 0.20
B1  2.00 Найдите $A_{1}$, $A_{2}$ и выразите их через $Z_{ext}$, $\alpha$, $e$, $L$, $S$.

B1. 1 Ток $\mathrm dN_e^I=\frac1e\frac{\mathrm dI_e(x)}{\mathrm dx}~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.30
B1. 2 Ионизатор $\mathrm dN_e^\mathrm{ext}=Z_\mathrm{ext}S~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.30
B1. 3 Лавина $\mathrm dN_e^a=\alpha\frac{I_e(x)}e~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.30
B1. 4 Выражение $\mathrm dN^I_e=\mathrm dN_e^\mathrm{ext}+\mathrm dN_e^a$ 0.20
B1. 5 Уравнение на ток $\frac{\mathrm dI_e(x)}{\mathrm dx}=eZ_\mathrm{ext}S+\alpha I_e(x)$ 0.30
B1. 6 Ответ $A_1=\alpha$ 0.30
B1. 7 Ответ $A_2=-\frac{eZ_\mathrm{ext}S}\alpha$ 0.30
B2  0.60 Найдите $B_{1}$, $B_{2}$ и выразите их через $Z_{ext}$, $\alpha$, $e$, $L$, $S$, $C_{1}$.

B2. 1 Выражение $\mathrm dN^I_i=\mathrm dN_i^\mathrm{ext}+\mathrm dN_i^a$ 0.05
B2. 2 Ток $\mathrm dN_i^I=-\frac1e\frac{\mathrm dI_i(x)}{\mathrm dx}~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.10
B2. 3 Ионизатор $\mathrm dN_i^\mathrm{ext}=Z_\mathrm{ext}S~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.10
B2. 4 Лавина $\mathrm dN_i^a=\alpha\frac{I_e(x)}e~\mathrm dx\mathrm dt$ 0.10
B2. 5 Уравнение на ток $-\frac{\mathrm dI_i(x)}{\mathrm dx}=eZ_\mathrm{ext}S+\alpha I_e(x)$ 0.05
B2. 6 Ответ $B_1=-C_1$ 0.10
B2. 7 Ответ $B_2=\alpha$ 0.10
B3  0.30 Запишите условие для тока $I_{i} (x)$ в точке $x=L$.

B3. 1 Ответ $I_i(L)=0$ 0.30
B4  0.60 Запишите условие для токов $I_{i}(x)$ и $I_{e} (x)$ в точке $x=0$.

B4. 1 Ответ $I_e(0)=\gamma I_i(0)$ 0.60
B5  1.20 Найдите полный ток $I$ и выразите его через $Z_{ext}$, $\alpha$, $\gamma$, $e$, $L$, $S$. Считайте, что полный ток остается конечной величиной.

B5. 1 Полный ток $I=C_2-\frac{eZ_\mathrm{ext}S}\alpha$ 0.30
B5. 2 Граничные условия $C_2-C_1e^{\alpha L}=0$ 0.20
B5. 3 Граничные условия $C_1-\frac{eZ_\mathrm{ext}S}\alpha=\gamma(C_2-C_1)$ 0.20
B5. 4 Промежуточный ответ $C_2=\frac{eZ_\mathrm{ext}S}\alpha\left[\frac1{e^{-\alpha L}(1+\gamma)-\gamma}\right]$ 0.20
B5. 5 Ответ $I=\frac{eZ_\mathrm{ext}S}\alpha\left[\frac1{e^{-\alpha L}(1+\gamma)-\gamma}-1\right]$ 0.30
B6  0.50 Найдите $L_{cr}$ и выразите его через $Z_{ext}$, $\alpha$, $\gamma$, $e$, $L$, $S$.

B6. 1 Ответ $L_\mathrm{cr}=\frac1\alpha\ln\left[1+\frac1\gamma\right]$ 0.50