Электричество в газах - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Чтобы закрепить материал, давайте решим с вами небольшую задачу. В разрядной трубке между плоскими электродами площадью 10 см2 , расположенными на расстоянии 10 см друг от друга, ток насыщения составляет 1,0 мкА. Разряд не является самодостаточным. Сколько элементарных зарядов обоих знаков образуется каждую секунду в 1,0 см3 газа?

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам из набора, необходимо добавить его в свой личный кабинет, купив его в каталоге.

Содержание

Получите невероятный опыт

Конспект урока “Электрический ток в газах”.

Сегодня мы поговорим об электрическом токе в газах. Как вы знаете, газы при нормальных условиях не проводят электричество, то есть являются диэлектриками. Это легко заметить. Возьмите электрометр, подключенный к пластинам заряженного плоского конденсатора. При комнатной температуре и достаточно сухом воздухе конденсатор разряжается очень, очень медленно. Это происходит потому, что газы состоят из нейтральных атомов или молекул. Однако при определенных условиях газы, включая воздух, становятся проводниками. Например, если мы нагреем спиртовкой или пламенем свечи воздушный зазор между дисками, то увидим, что электрометр начинает разряжаться. Это означает, что через воздух протекает электрический ток. Вывод очевиден: в воздушном зазоре между дисками находятся свободные носители электрического заряда.

Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом.

Давайте объясним результаты вышеупомянутого эксперимента. Нагревание газа пламенем приводит к образованию свободных электронов и положительно заряженных ионов. Процесс, в результате которого некоторые атомы (или молекулы) в газе теряют электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, называется ионизацией газа.

Минимальное значение энергии, необходимой для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации атома, мерой которой является работа против силы притяжения электрона атомным ядром:

Например, давайте вместе с вами установим минимальную скорость, которую должен иметь электрон, чтобы ионизировать атом водорода, если потенциал ионизации этого атома составляет 13,5 В.

Помимо ионизации, электроны, образовавшиеся в процессе отщепления, могут присоединяться к нейтральным атомам (молекулам) газа. Это приводит к образованию отрицательно заряженных ионов. Электрическое поле в газе вызывает направленный поток положительно заряженных ионов к отрицательному электроду (катоду) и направленный поток электронов и отрицательно заряженных ионов к положительному электроду (аноду). Таким образом, Носителями заряда в ионизированных газах являются положительно и отрицательно заряженные ионы и свободные электроны. Поэтому, Проводимость газов является ионно-электронной.

Если убрать пламя, электрический ток исчезнет, т.е. воздух между дисками снова станет диэлектриком. Это происходит потому, что когда положительно заряженный ион сталкивается с электроном, они образуют нейтральный атом газа. Ионы разных знаков при столкновении также превращаются в нейтральные атомы. Эти процессы называются ионная рекомбинация.

Поэтому, чтобы в газе появились свободные носители заряда, его атомы должны ионизировать. Это можно сделать, нагревая газ до высокой температуры, подвергая его воздействию ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного излучения и т.д.

Внешние воздействия, вызывающие ионизацию газа, называются ионизаторами. Однако разряд, возникающий в результате ионизации газа под воздействием внешнего ионизатора, называется несамостоятельным разрядом.

Давайте проанализируем вольт-амперные характеристики разряда в газе. Для этого мы используем стеклянную трубку с двумя электродами, к которым прикладывается напряжение. При небольшом напряжении между электродами, небольшое количество ионов и электронов, которые образуются, достигнут электродов, создавая электрический ток. Большинство ионов рекомбинируют, не достигнув электродов. По мере увеличения напряжения между электродами увеличивается количество заряженных частиц, достигающих электродов, т.е. увеличивается сила тока. Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению, т.е. выполняется закон Ома.

При дальнейшем увеличении напряжения пропорциональность нарушается. И начиная с определенного напряжения, все носители заряда, созданные генератором ионов, достигают электродов, не успев рекомбинировать. В этот момент ток достигает максимума и не зависит от приложенного напряжения.

Вспомните, что Электрический ток, сила которого не зависит от напряжения, называется током насыщения.

Если напряжение достаточно высокое, свободные электроны ускоряются электрическим полем и приобретают кинетическую энергию, достаточную для ионизации атомов (молекул) газа при столкновении с ними. Процесс отрыва одного или нескольких электронов от атомов газа, вызванный столкновением свободных электронов с этими атомами, называется ионизацией электронным ударом.

Образовавшиеся свободные электроны ускоряются электрическим полем и ионизируют новые молекулы. Эти свободные электроны являются вторичным ионизирующим агентом. Это приводит к экспоненциальному увеличению числа вторичных свободных электронов и положительно заряженных ионов и, следовательно, к увеличению тока разряда.

Однако сам разряд все еще не является самоподдерживающимся, поскольку при выключении внешнего ионизатора он продолжается только до тех пор, пока отрицательно заряженные ионы и все электроны (первичные и вторичные) не достигнут анода, а положительно заряженные ионы – катода.

Однако в некоторых случаях газовый разряд может продолжаться даже после выключения внешнего ионизатора. В этих случаях существует между электродами благодаря сильному электрическому полю, которое вызывает поведение газового разряда, и это называется независимым газовым разрядом.

Для возникновения самостоятельного разряда недостаточно одного лишь процесса ударной ионизации. Для поддержания разряда необходимо, чтобы носители электрического заряда постоянно появлялись в газе без внешнего ионизатора. По мере того, как положительно заряженные ионы движутся к катоду, их кинетическая энергия увеличивается под действием поля. Если энергия ионов достаточно высока, они могут сбить электроны с поверхности катода при ударе о нее. Этот процесс называется вторичная электронная эмиссия (“эмиссия” означает “испускание”). Кроме того, когда положительно заряженные ионы бомбардируют катод, катод нагревается и происходит термоионная эмиссия электронов. В результате этих процессов в газе образуется большое количество свободных электронов.

В зависимости от напряженности электрического поля, давления газа, формы и вещества электродов различают несколько типов самостоятельного газового разряда: тлеющий разряд, дуговой разряд, коронный разряд и искровой разряд.

Светящийся разряд широко применяются в различных газоразрядных лампах, которые используются для свечения рекламы и декораций, флуоресцентных и неоновых лампах.

Дуговой разряд является мощным источником света. Применяется в осветительных установках, для сварки и резки металлов, электролиза сплавов и т.д.

В 1802 году. Василий Владимирович Петров, профессор физики Медико-химической академии в Санкт-Петербурге, обнаружил, что если прикрепить два куска древесного угля к полюсам большой электрической батареи, привести их в соприкосновение друг с другом, а затем слегка раздвинуть, то между концами углей образуется яркое пламя. электрическая дугаа кончики углей раскаляются докрасна и излучают ослепительный свет.

Электрическая дуга была впервые изобретена русским инженером Павлом Николаевичем Яблочковым в 1876 году для уличного освещения.

Коронный разряд образуется вблизи кончика проводника при атмосферном давлении под воздействием сильно неоднородного электрического поля. Разряд сопровождается слабым свечением короны и характерным потрескивающим звуком.

Искровые разряды При высоком напряжении может наблюдаться искровой разряд. Это сопровождается ярким свечением газа, звуковым эффектом, который возникает из-за резкого повышения давления. Примером искрового разряда в природе является молния. Интересно, что запутанный вид молнии объясняется тем, что электрический разряд проходит через те части воздуха, которые обладают наименьшим сопротивлением. И такие области беспорядочно распределены в воздухе.

Подводя итог урока, отметим, что при достаточно высоких температурах или под воздействием электромагнитного излучения происходит ионизация газа. Полностью или частично ионизированный газ, в котором концентрация положительных и отрицательных зарядов почти одинакова, называется плазмой.

Плазма – это четвертое состояние материи и наиболее распространенное состояние материи во Вселенной (около 99%).

В зависимости от степени ионизации различают частично ионизированную плазму и полностью ионизированную плазму.

В зависимости от скорости хаотического движения заряженных частиц различают холодную плазму (T < 10 5 K) и горячую плазму (T > 10 6 K). Примером холодной плазмы является плазма, образующаяся при всех видах электрических разрядов в газах.

Звезды – это гигантские скопления горячей плазмы. Плазма заполняет пространство между звездами и галактиками. Однако плотность плазмы в космосе очень низкая, в среднем всего одна частица на кубический сантиметр.

Благодаря своей высокой подвижности заряженные частицы плазмы легко перемещаются под воздействием электрических и магнитных полей. Это гарантирует, что любое нарушение электрической нейтральности отдельных областей плазмы, вызванное скоплением частиц с одинаковым знаком заряда, будет быстро устранено. Поэтому, независимо от того, как она производится, плазма в целом электрически нейтральна.

Обратите внимание, что с увеличением числа ионизированных атомов увеличивается проводимость плазмы. А полностью ионизированная плазма по проводимости близка к сверхпроводникам.

Рисунок 2: Выработка электроэнергии в воздухе

Бесплатные расходы на газ

Электрический ток между пластинами конденсатора означает свободные заряды в воздухе из-за пламени бесплатные сборы. Какие обвинения?

Эксперимент показывает, что электрический ток в газах представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц трёх видов. Это электроны, положительные ионы и отрицательные ионы.

Давайте рассмотрим, как эти заряды могут появляться в газе.

При повышении температуры газа тепловые колебания его молекул – молекул или атомов – становятся более интенсивными. Взаимодействие молекул друг с другом становится настолько сильным, что ионизация – распад нейтральных частиц на электроны и положительные ионы (рис. 3).

Рисунок 3: Ионизация .

Степень ионизации это отношение числа дезинтегрированных частиц в газе к общему начальному числу частиц. Например, если степень ионизации равна , это означает, что исходные частицы газа распались на положительные ионы и электроны.

Степень ионизации газа зависит от температуры и резко возрастает с увеличением температуры. В водороде, например, при температуре ниже этой температуры степень ионизации не превышает , а при температуре выше этой температуры степень ионизации близка (т.е. водород почти полностью ионизирован (частично или полностью ионизированный газ мы называем плазма)).

Помимо высокой температуры, существуют и другие факторы, вызывающие ионизацию газа.

Мы уже вскользь упоминали о них: радиоактивное излучение, ультрафиолет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические частицы. Любой такой фактор, вызывающий ионизацию газа, называется ионизатор.

Таким образом, ионизация происходит не спонтанно, а под воздействием ионизирующего агента.

В то же время существует и обратный процесс – рекомбинациячто означает рекомбинацию электрона и положительного иона в нейтральную частицу (см. рис. 4).

Рисунок 4: Рекомбинация .

Причина рекомбинации проста: это кулоновское притяжение противоположно заряженных электронов и ионов. Устремляясь друг к другу под действием электрических сил, они встречаются и способны образовать нейтральный атом (или молекулу, в зависимости от типа газа).

Если интенсивность воздействия ионизатора постоянна, устанавливается динамическое равновесие: среднее число частиц, распадающихся в единицу времени, равно среднему числу рекомбинирующих частиц (другими словами, скорость ионизации равна скорости рекомбинации). Если воздействие ионизатора усиливается (например, за счет повышения температуры), динамическое равновесие смещается в сторону ионизации, и концентрация заряженных частиц в газе увеличивается. Напротив, если ионизатор выключен, преобладает рекомбинация, и свободные заряды постепенно полностью исчезают.

Таким образом, в результате ионизации в газе появляются положительные ионы и электроны. Откуда берется третий тип заряда – отрицательные ионы? Очень просто, электрон может столкнуться с нейтральным атомом и прикрепиться к нему! Этот процесс показан на рис. 5.

Рис. 5 Появление отрицательного иона

Образующиеся отрицательные ионы будут участвовать в генерации тока наряду с положительными ионами и электронами.

Коронный разряд используется в электрофильтрах для очистки газов от молекулярных примесей, в работе молниеотводов. В линиях электропередач это приводит к утечке тока.

Виды газовых разрядов

Искровой разряд – это прерывистый, независимый, лавинообразный разряд в газе, вызванный ударной ионизацией, сопровождающийся треском и ярким свечением. Искровой разряд возникает, когда источник энергии недостаточен для поддержания непрерывного разряда.

искровой разряд

Дуговой разряд впервые был получен в 1802 году русским ученым В.В. Петровым. Когда электроды вступают в контакт друг с другом, в цепи возникает большой ток короткого замыкания, и электроды сильно нагреваются. Затем электроды постепенно удаляются друг от друга. Ток продолжает течь через пространство между электродами, которое заполнено высокотемпературной плазмой. Кончики электродов нагреваются до 3000-4000 градусов Цельсия и начинают испаряться.

дуговой разряд

Дуговой разряд является собственным газовым разрядом и возникает за счет термоэлектронной энергии, излучаемой катодом. Он является источником сильного света и ультрафиолетового излучения.

Светящийся разряд Возникает в разряженном газе при относительно низких напряжениях в виде светящегося столба газа. Тлеющий разряд возникает в результате ударной ионизации, а электроны выбиваются из катода положительными ионами (вторичная ионизация).

Свечение тлеющего разряда вызвано рекомбинацией молекул газа, высвобождающих энергию в виде светового излучения. Свечение будет иметь различные цвета в зависимости от типа газа.

Коронный разряд Возникает в сильно неоднородных электрических полях. Например, вблизи наконечника напряженность электрического поля настолько высока, что ионизация электронным ударом возможна даже при атмосферном давлении. Эта область производит характерное сферическое свечение, напоминающее корону.

коронный разряд

Однако, как бы быстро вы ни двигались Это можно объяснить следующим образом ионы, номер из них, проходящих через это первоначально увеличивающееся сечение напряжения в единицу времени число ионов, не может быть больше общего числа ионов, проходящих через сечение разряда, т.е. производимый в разряде на единицу тока I увеличивается, для ионов за более длительное время внешним ионизирующий сильном поле, ионы движутся с на более высоком . скорость.

Молния

Искровой разряд сопровождается свечением и звуковым эффектом, а также излучением электромагнитных волн. Во время искрового разряда в газе образуются каналы высокоионизированного газа стримерывдоль которого распространяется искровой разряд. Газ в стримеры Стримеры сильно нагреваются и вызывают быстрое повышение давления. Когда газ расширяется, он создает звуковые волны, которые производят звуковые эффекты. Сильный тип искрового разряда – это молния.

Искровой разряд может возникнуть во время грозы. Красивое и опасное природное явление, молния – это искровой разряд в атмосфере.

Еще в середине 18 века было обращено внимание на внешнее сходство молнии с электрической искрой. Было высказано предположение, что грозовые облака несут большие электрические заряды и что молния – это гигантская искра, которая, кроме размера, ничем не отличается от искры между шариками электрической машины. На это указывал, в частности, русский физик и химик Михаил Васильевич Ломоносов (1711-65), который занимался вопросами атмосферного электричества.

Это было доказано экспериментально в 1752-53 годах. М.В. Ломоносов и американский ученый Бенджамин Франклин,

которые работали одновременно и независимо друг от друга.

Ломоносов построил в своей лаборатории “грозовую машину” – конденсатор, который заряжался атмосферным электричеством через провод, конец которого был выведен из комнаты и помещен на высокий шест. Во время грозы искры из конденсатора можно было высечь рукой.

Во время грозы Франклин пустил воздушного змея на веревке, на которую был насажен железный шампур; к концу веревки был привязан дверной ключ. Когда струна намокла и

Бенджамин Франклин электрические искры, заряжать лейденские банки и проводить другие эксперименты,

Следует отметить, что такие эксперименты очень опасны, поскольку молния может ударить в шланг, и большие заряды проходят через тело экспериментатора на землю. В истории физики были и такие печальные случаи. Так Г.В. умер в 1753 году в Санкт-Петербурге. Рихман, который работал с Ломоносовым.

производимый электрической машиной.

Таким образом, было доказано, что грозовые облака действительно сильно заряжены электричеством.

Различные части грозового облака несут заряды разных знаков. Чаще всего нижняя часть облака

(лицом к Земле) является

отрицательно заряженная, а верхняя часть – положительно заряженная. Поэтому, если два облака приближаются друг к другу с противоположно заряженными частями, между ними вспыхивает молния. Однако удары молнии могут происходить и другими способами.

Проходя над Землей, грозовое облако создает большой индуцированный заряд на своей поверхности (чаще положительный заряд индуцируется на поверхности Земли под облаком), поэтому облако и поверхность Земли образуют две обкладки большого конденсатора. Разность потенциалов между облаком и Землей достигает огромных значений, измеряемых сотнями миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле.

Независимый сброс газа – происходит при воздействии на газ внешнего ионизатора, когда ток разряда достигает насыщения, здесь электропроводность газа обусловлена только действием ионизатора. Если ионизирующее вещество перестает действовать, происходит разряд.

Плазма

Плазма – это четвертое состояние материи, которая сильно ионизирована в результате столкновений между частицами при высокой скорости и высокой температуре.

Плазму можно найти в:
Ионосфера – слабоионизированная плазма,
Солнце – полностью ионизированная плазма;
Пламя – ионизированный газ, состоит из нейтральных атомов, положительных ионов и электронов; он похож на смесь трех газов: атомного, ионного и электронного;
искусственная плазма – в газоразрядных лампах.

Низкотемпературный – при температуре ниже 100 000 К (пример – пламя);
высокая температура – при температуре выше 100 000 К (пример – Солнце).

Основные свойства плазмы:

– высокая электропроводность
– сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.

каждое вещество находится в состоянии плазмы.

Интересно:
Плазма – это основное состояние материи во Вселенной.
Радиационные пояса Земли – это плазма.
.

(a) Электрические разряды в газах;

степень 11

Придадим им противоположные заряды с помощью источника высокого напряжения.

При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра не меняется. Уменьшение угла отклонения стрелки электрометра можно заметить после более длительного периода времени. Поэтому электрический ток в воздухе между дисками очень мал. Изолирующие свойства воздуха (газов) обусловлены отсутствием в нем свободных электрических зарядов: атомы и молекулы газов в их естественном состоянии нейтральны.

Вставьте зажженную спиртовую колбу в пространство между дисками (рис. 2.12).

Обратите внимание, что угол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, а конденсатор разряжается. Таким образом, нагретый воздух между дисками становится проводником, и в нем возникает электрический ток.

Процесс протекания электрического тока через газы называется электрическим разрядом в газах.

Ионизация газов.

Рассмотренный выше эксперимент показывает, что под воздействием пламени в воздухе между дисками появились заряженные частицы. В ходе многочисленных исследований было установлено, что ионы (как положительные, так и отрицательные) и электроны переносят электрические заряды в газах. Как они создаются?

Когда воздух (газ) нагревается, молекулы начинают двигаться быстрее. Некоторые молекулы могут двигаться настолько быстро, что некоторые из них сталкиваются и распадаются на положительно заряженные ионы и электроны (рис. 2.13).

Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газа.

Агенты, вызывающие ионизацию газа, называются ионизаторами. Атомы или молекулы нейтрального газа могут быть ионизированы рентгеновскими лучами, ультрафиолетовым излучением, излучением радиоактивных веществ и т.д. Чем выше температура, тем больше образуется ионов. Отрицательные ионы образуются при присоединении электронов к нейтральным атомам или молекулам газа (рис. 2.14).

Процесс ионизации газа сопровождается противоположным процессом восстановления нейтральных молекул из противоположно заряженных ионов (или из положительных ионов и электронов) вследствие их электрического (кулоновского) притяжения (Рисунок 2.15).

Этот процесс называется рекомбинация заряженных частиц. Концентрация заряженных частиц в ионизированном газе остается неизменной. Если действие ионизатора прерывается, рекомбинация начинает преобладать над ионизацией, и количество ионов падает почти до нуля.

Механизм электропроводности в газах.

В отсутствие внешнего электрического поля заряженные молекулы, как и нейтральные молекулы, движутся хаотично. Если ионы и свободные электроны попадают во внешнее электрическое поле, они приходят в направленное движение и создают электрический ток в газах (рис. 2.16).

Электрический ток в газе – это направленное движение положительных ионов к катоду и отрицательных ионов и электронов к аноду.

На электродах заряженные молекулы нейтрализуются, как в случае электрического тока, протекающего через растворы и потоки электролитов. Однако в газах не происходит выделения веществ на электродах. Достигнув электродов, ионы газа отдают свой заряд, превращаются в нейтральные молекулы и диффундируют обратно в газ.

Независимая разрядка.

Когда ионизатор активен, газовый разряд называется несамостоятельным. Когда ионизатор перестает работать, разряд прекращается, и газ больше не является проводником тока.

Для изучения зависимости тока от напряжения при несамостоятельном разряде в газе удобно использовать стеклянную трубку с двумя металлическими электродами, впаянными в нее. Давайте соберем схему, как показано на рисунке 2.17.

Пусть с помощью какого-либо ионизатора, например, путем воздействия на газ рентгеновских лучей, ежесекундно производится определенное количество пар заряженных частиц: электронов и положительных ионов.

Если на электродах нет напряжения (U = 0) гальванометр, подключенный к цепи (см. рис. 2.17), будет показывать ноль (I = 0). При небольшой разности потенциалов между электродами трубки положительно заряженные ионы будут двигаться к отрицательному электроду (катоду), а электроны и отрицательно заряженные ионы – к аноду, т.е. возникнет газовый разряд. Однако из-за рекомбинации не все ионы, произведенные ионизатором, достигнут электродов. Некоторые из них рекомбинируют и образуют нейтральные молекулы.

По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки увеличивается доля заряженных частиц, достигающих электродов, т.е. увеличивается ток в цепи (рис. 2.18).

Это происходит потому, что при более высоком напряжении между электродами ионы движутся с большей скоростью, и поэтому им требуется меньше времени для рекомбинации в нейтральные частицы. Наконец, при определенном напряжении существует точка, в которой все заряженные частицы, созданные в газе ионизатором за одну секунду, достигают электродов одновременно. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к увеличению количества переносимых ионов. Считается, что ток достигает насыщенность (См. рис. 2.18, горизонтальная секция).

Таким образом, вольт-амперная характеристика для саморазряда в газах имеет вид нелинейныйто есть Закон Ома для газов выполняется только при низких напряжениях.

Саморазряд.

Если после достижения насыщения продолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то ток при достаточно высоком напряжении начнет быстро возрастать (рис. 2.19).

Это означает, что в газе будут присутствовать дополнительные ионы, помимо тех, которые производит ионизатор. Сила тока может увеличиться в сотни или тысячи раз, а количество заряженных частиц, создаваемых разрядом, может быть настолько велико, что для поддержания разряда больше не требуется внешний генератор ионов. Этот тип разряда называется саморазряд ..

Ионизация электронным ударом.

Что является причиной быстрого увеличения числа заряженных частиц при высоких напряжениях? Электрон, ускоренный электрическим полем, сталкивается с ионами и нейтральными частицами на своем пути к аноду. Между двумя последовательными столкновениями энергия электрона увеличивается за счет работы электрического поля. Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряженность электрического поля.

Кинетическая энергия электрона перед следующим столкновением пропорциональна нулевой потенциальной силе и свободному пути электрона (путь между двумя последовательными столкновениями):

Если кинетическая энергия электрона больше работы A_iк ионизации нейтрального атома (или молекулы), т.е.

то столкновение электрона с атомом (или молекулой) приводит к его (ее) ионизации, которую мы называем ударная ионизация электронами.

Чтобы охарактеризовать это, вводится потенциал ионизации U_i. Это наименьшая разность потенциалов, через которую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы получить энергию, достаточную для ионизации невозбужденного атома (или молекулы) путем удара по электрону. В этом случае A_i = eU_i, U_i = El. При столкновении электрона с атомом (рис. 2.20) образуется другой электрон и положительный ион.

Таким образом, вместо одной заряженной частицы появляются три иона и два электрона. Эти электроны, в свою очередь, приобретают энергию в поле и ионизируют дальнейшие атомы и т.д. Следовательно, количество заряженных частиц увеличивается очень быстро.

Описанный процесс напоминает образование снежной лавины в горах и поэтому называется электронной (или ионной) лавиной. электронная (или ионная) лавина.

Однако ионизация только за счет электронного удара не может обеспечить длительный независимый разряд. В конце концов, все электроны, созданные таким образом, движутся к аноду и “отваливаются”, когда достигают его. Для поддержания разряда необходима эмиссия (от латинского “imissio” – испускание) электронов с катода.

Вопросы следующие:

1. какое явление называется:

(а) электрический разряд в газах;

(b) ионизация газа?

2 Что представляет собой процесс рекомбинации заряженных частиц в газах?

3 Объясните механизм электропроводности газов.

4 Как называется выделение газов:

5 Как происходит ионизация электронов?

6 Что такое потенциал ионизации? Как его можно определить?

Вопросы для обсуждения:

Если поместить пламя спиртовки в зазор между пластинами заряженного конденсатора, подключенного к электрометру (см. рис. 2.12), можно заметить, что заряд конденсатора уменьшается.

Какой тип газового разряда наблюдается в этом случае?

Как изменится скорость разряда конденсатора, если:

(а) увеличить пламя пламени духа;

б) удалить спиртовое пламя?

Пример решения проблемы

Электрический распад воздуха происходит при напряженности электрического поля, модуль которого составляет 3 МВ/м. Определите потенциал ионизации воздуха и скорость электронов до столкновения с молекулами, если свободный путь электронов равен 5 мкм.

Числовые данные

Упражнения:

1. плоский конденсатор подключен к источнику напряжения 6 кВ. На каком расстоянии от пластины до пластины произойдет распад, если ударная ионизация воздуха начнется при напряженности электрического поля 3 МВ/м?

2. Потенциал ионизации атома ртути составляет 10,4 В. Какова минимальная скорость электрона, необходимая для ионизации атома ртути при столкновении?

3. Электрон со скоростью 1,83 ∙ 10 6 м/с влетел в однородное ускоряющееся электрическое поле. Через какую разность потенциалов должен пройти электрон, чтобы ионизировать атом водорода, если энергия ионизации равна 2,18 ∙ 10 -18 Дж?

(4) Молния – это прерывистый разряд, состоящий из одиночных импульсов длительностью около 1 мс. Модуль заряда, проходящего через канал молнии за один импульс, составляет 20 Кл, а среднее напряжение на концах канала – 2 ГВ. Определите силу тока и мощность одного импульса. Какая энергия выделяется при вспышке молнии, если она состоит из трех разрядов?

Читайте далее: