冉绍尔-汤森效应及其电流电压关系
2015-03-09 11:02:24曹钧植杨新菊姚红英
物理实验
2015年3期
曹钧植，杨新菊，姚红英
(复旦大学 物理系，上海 200433)
冉绍尔-汤森效应及其电流电压关系
曹钧植，杨新菊，姚红英
(复旦大学 物理系，上海 200433)
摘要：电子流在与气体闸流管中稀有气体作用时，出现经典理论无法解释的冉绍尔-汤森效应，即气体散射截面和电子速度有关. 研究了此过程中几何因子、散射概率和总散射截面随电子速度的变化规律，验证了冉绍尔-汤森效应. 探究了实验中出现的阴极电流和加速电压偏离二分之三关系的现象，利用排除法确定了可能的原因：经典Drude模型无法较好地描述电子和气体的碰撞.
关键词：冉绍尔-汤森效应；气体闸流管；二分之三关系；总散射截面
1引言
物理学家冉绍尔和汤森发现在电子和气体的碰撞中，气体散射截面和电子速度相关[1]，该现象称之为冉绍尔-汤森效应. 而在经典理论中将气体视为小球，则气体散射截面和电子速度无关，因此冉绍尔-汤森效应需要用量子力学解释[2-3].
实验中采用气体闸流管体系，加热灯丝产生热电子并且用电场加速电子，使电子和气体分子碰撞并且通过收集闸流管中不同极板的电流，分别在常温下和液氮温度下进行实验，得到各极板电流随加速电压变化关系，最终计算出闸流管几何因子f、气体散射概率Ps和总散射截面Q随电子速度va的变化，验证了冉绍尔-汤森效应. 同时通过总电流和加速电压关系偏离二分之三定律的位置确定气体电离电压.
2实验原理
