ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

3.3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ

3.3.1. САМОСТІЙНИЙ ГАЗОВИЙ РОЗРЯД

За нормальних умов гази майже повністю складаються із нейтральних атомів (молекул) і є діелектриками.

Унаслідок нагрівання або впливу випромінювання частина атомів йонізується — поділяється на позитивно заряджені йони та електрони (рис. 3.5, а). При з'єднанні електронів з нейтральними атомами утворюються і негативно заряджені йони (крім інертних газів та азоту).

Процес утворення вільних електронів, позитивних і негативних іонів з молекул (атомів) газу називають іонізацією.

Якщо йонізований газ помістити в електричне поле, то під дією поля негативні йони та електрони рухатимуться до анода (позитивного електрода), а позитивні йони — до катода (негативного електрода). У просторі між електродами виникне струм.

Електричний струм в газах (газовий розряд) — це напрямлений рух вільних електронів, позитивних та негативних іонів.

♦ На відміну від електролітів, при газовому розряді на електродах не виділяється речовина.

♦ Якщо усунути йонізатор, то газовий розряд припиняється. Припинення газового розряду має декілька причин:

1) у йонізованому газі, як і в електролітах, відбувається рекомбінація молекул (рис. 3.5, б);

2) йони біля електродів перетворюються на нейтральні молекули: негативні йони віддають зайвий електрон аноду, позитивні — отримують втрачений електрон від катода;

3) вільні електрони поглинаються анодом.

Рис. 3.5

Газовий розряд, який відбувається тільки за наявності зовнішнього йонізатора, називають несамостійним.

Вольт-амперна характеристика газового розряду (рис. 3.6).

Рис. 3.6

При І = Інасиченнянас) йони й електрони, які утворюються під дією йонізатора, досягають електродів (відсутня рекомбінація). Ділянка графіка ОАВ — несамостійний розряд, ділянка ВС відповідає самостійному розряду в газах.

3.3.2. САМОСТІЙНИЙ РОЗРЯД. ТИПИ САМОСТІЙНИХ ГАЗОВИХ РОЗРЯДІВ

Самостійний розряд відбувається внаслідок йонізації електронним ударом (рис. 3.7) та електронної емісії.

Рис. 3.7

Йонізація електронним ударом

При виникненні самостійного розряду кінетична енергія електронів, які прискорюються електричним полем, переважає роботу виходу електронів.

Aвих.

Внаслідок співудару електрона із нейтральною молекулою газу від неї відщеплюється новий електрон. Електрони, що вивільнилися, прискорюються електричним полем і, в свою чергу, йонізують нейтральні молекули. Число електронів і позитивних йонів різко зростає — виникає лавина електронів і йонів.

Електронна емісія: позитивні йони, розігнані електричним полем, бомбардують катод і вибивають з його поверхні нові електрони.

Існує кілька типів самостійних газових розрядів, серед яких розрізняють іскровий, коронний, дуговий і тліючий.

Електрична дуга — тип самостійного розряду, який виникає при великій густині струму і порівняно невеликій напрузі між електродами.

♦ При з'єднанні двох електродів (рис. 3.8, а) контакт (якщо його площа невелика) має великий опір й інтенсивно нагрівається. Між електродами виникає стовп яскравого світного газу: випромінювання світла атомами газу, збуджуваними при зіткненні з позитивними йонами газу й електронами.

♦ Основною причиною дугового розряду є інтенсивна термоелектронна емісія розжареного катода. Температура газу в каналі дуги досягає 5000—6000 °С. Виникає конвекційний потік, що відхиляє дугу вгору (рис. 3.8, б).

Рис. 3.8

Застосування електричної дуги: електрозварювання, електрорізка, потужні джерела світла.

Іскровий газовий розряд — це тип газового розряду, який виникає при великій напрузі між електродами.

♦ Іскровий розряд має вигляд яскравих зигзагоподібних смужок, що розгалужуються, триває лише кілька десятків мікросекунд і зазвичай супроводжується звуковими ефектами (тріск, грім тощо). Це відбувається внаслідок нагрівання та різкого розширення повітря в каналі розряду.

♦ Прикладом іскрового розряду в природі є блискавка. В техніці іскрові розряди використовують, зокрема, у свічах запалювання бензинових двигунів, для шліфування металів.

Коронний газовий розряд — це тип газового розряду, який виникає на гострих виступах предметів при високій напруженості поля.

♦ Коронний розряд має вигляд корони, яка охоплює вістря та має слабке фіолетове світіння. У природі спостерігається перед грозою та під час грози. На виникненні коронного розряду ґрунтується дія блискавковідводу.

Тліючий газовий розряд — це тип газового розряду, який виникає при відносно невеликій напрузі між електродами та низькому тиску (102 - 10-1) мм рт. ст. За такого низького тиску відстань між молекулами достатня для того, щоб електрон набрав досить велику швидкість для йонізації електронним ударом.

♦ Прикладом тліючого розряду в природі є полярне сяйво. У техніці використовують в лампах денного світла, в рекламних трубках, в квантових джерелах світла — лазерах, в телевізорах із плазмовими екранами.

Плазма — частково або повністю йонізований газ. Виникає при всіх типах розрядів у газах.

Плазмою оточена наша планета. Верхній шар атмосфери на висоті 100-300 км являє собою йонізований газ — йоносферу. У плазменому стані перебуває 99 % речовини у Всесвіті.

Найбільш значні перспективи фізики вбачають у застосуванні високотемпературної плазми (з температурою десятків мільйонів градусів) у керованих термоядерних реакціях. Втілення цього грандіозного проекту дасть людству невичерпне джерело енергії.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.