Емісія електронів. Електричний струм в газах (стр. 4 из 4)

Іскровий розряд виникає, коли напруженість поля досягає напруженості пробою (або запалювання). Для повітря при атмосферному тиску напруженість пробою рівна 30 000 В/см. А взагалі напруженість пробою залежить від роду газу, його стану та від форми електродів. Іскровий розряд має форму вигнутого каналу, що яскраво світиться. Через канал розряду проходить значний струм, тому температура досягає 104 градусів і внаслідок цього утворюються ударні хвилі і виникають звукові ефекти. Початок іскрового розряду виникає внаслідок ударної іонізації і має коливальний характер. Механізм іскрового розряду пояснюється стримерною теорією. При рекомбінації виникають ультрафіолетові промені, які викликають фотоіонізацію атомів (молекул) в різних точках простору між електродами. В цих точках починаються лавинні розряди – стримери, які потім об’єднуються, утворюючи іскру (рис. 4).

Рис. 4

В твердих діелектриках іскра залишає отвори. Найбільшу пробивну напругу в твердих діелектриках має слюда (до 10 000 В/см).

Дуговий розряд виникає, якщо зблизити електроди (вугільні) до дотикання, а потім трохи ( 5 км ) розвести їх. Тоді між електродами виникає розряд, який називають дуговим. Сама так у 1802 році В.В.Петров відкрив дуговий розряд. При дуговому розряді протікає струм в десятки ампер, при напрузі 40-50 В. При горінні дуги катод загострюється, а на аноді утворюється заглибина-кратер дуги. При атмосферному тиску температура катоду досягає 3500оС, а в кратері анода – 4000оС. Велика електропровідність дуги пояснюється термоелектронною емісією із катода.

При збільшенні струму (за рахунок зменшення зовнішнього опору) збільшується електропровідність дуги і тому зменшується напруга на розрядному проміжку, внаслідок чого ВАХ є падаючою (рис. 5).

Рис. 5

Електрична дуга широко використовується на практиці: як потужне джерело світло ( в прожекторах ), в ртутних випрямлячах змінного струму, а дугових печах, в електрозварюванні і ін.

ПОНЯТТЯ ПРО ПЛАЗМУ

Плазмою називають газ в стані великого ступеня іонізації.

Плазма-особливий стан речовини – це суміш електронів, позитивних іонів та нейтральних атомів, це найбільш поширений стан речовини в природі. В такому стані знаходиться речовина в надрах Сонця і других зірок, температура яких досягає десятків міліонів градусів.

Одним із методів іонізації газу є його нагрівання. При збільшенні температури збільшується швидкість атомів газу, тому при їх зіткненні виникає ударна іонізація. При температурах 10 000оК і більше всі речовини існують в вигляді плазми і речовина перебуває в вигляді суміші “голих” ядер та електронів. Така плазма термодинамічно рівноважна. Плазма, яка виникла внаслідок нагрівання речовини до високої температури називається високотемпературною (гарячою), або ізотермічною.

Плазма, що виникає при газовому розряді, називається газорозрядною (холодною). В такій плазмі іонізація відбувається за рахунок енергії зовнішнього електричного поля. Причому газорозрядна плазма термодинамічно не рівноважна і при виключенні електричного поля плазма миттю зникає.

Особливу різновидність плазми являє собою іоносфера (один із шарів атмосфери Землі). Причому, в іоносфері іонізація відбувається під дією космічних променів та випромінювання Сонця.

Вивчення показало, що плазма має такі властивості:

1. В цілому плазма квазінейтральна, тобто для будь-якого об’єму плазми DV її сумарний заряд дорівнює нулю.

2. Плазма має високу електропровідність, внаслідок великої концентрації носіїв зарядів.

3. Плазма інтенсивно взаємодіє з зовнішніми електричними і магнітними полями, електромагнітні хвилі відбиваються від плазми (радіозв’язок).

4. Електрони в плазмі мають максвелівський розподіл по швидкостям.

Основні зусилля вчених направлені на вивчення тих напрямків дослідження плазми, які є перспективними з точки зору практичного використання плазми. Як вважають вчені основний практичний інтерес фізики плазми зв’язаний з проблемою керованого термоядерного синтезу, а це відкриває доступ до необмежених запасів енергії. Крім цього створюються плазмові двигуни, магнітогідродинамічні генератори (МГД), які безпосередньо перетворюють теплову енергію в електричну і т.д.

ВИСНОВКИ

1. Струм може проходити через газ тільки в тому випадку, якщо частина атомів (молекул) газу буде іонізована. Іонізатором може бути нагрівання газу, опромінювання видимим світлом, УФС, бомбардування електронами і ін.

2. Газовий розряд називають несамостійним, якщо електропровідність обумовлена зовнішнім іонізатором, якщо ж електропровідність обумовлена ударною іонізацією то такий розряд називають самостійним. Самостійний розряд (тліючий, іскровий, коронний, дуговий) широко використовуються на практиці – для освітлення, в різних електровакуумних приладах, дугове зварювання і багато іншого.

3. Плазма – це найпоширеніший стан речовини в просторі і вивчення її, та використання властивостей має велике практичне значення в тому числі для офіцерів-зв’язківців, оскільки плазма іоносфери впливає на розповсюдження радіохвиль.

НАВЧАЛЬНА ЛІТЕРАТУРА

1. Гусева Г.Б. Курс физики. §52-54

2. Савельев И.В. Курс физики, т.2, Курс общей физики.-М.: 1989. § 88-91

3. Трофимова Т.И. Курс физики,-М.: Высшая школа, 1985, 432 с. § 107-109