Народна Освіта » Фізика » § 40. Електричний струм у газах

НАРОДНА ОСВІТА

§ 40. Електричний струм у газах

Гази за звичайних умов е хорошими ізоляторами. У них немає вільних електричних зарядів. Однак за певних умов гази можуть стати провідниками електричного струму.

Оскільки молекули газу електрично нейтральні, то для того, щоб газ став провідником електричного струму, необхідно будь-яким способом отримати деяке число вільних електричних зарядів: електронів і позитивних іонів.

Створити вільні електричні заряди в газі можна різними способами. Досить, наприклад, у проміжок між металевими дисками (рис. 135) внести полум’я CUHpfPiBKH, як стрілка гальванометра, яка до цього стояла на нульовій поділці, відхилиться, що свідчить про проходження електричного струму по колу.

Пояснимо явище, яке ми спостерігали. Вам відомо, що повітря складаеться з атомів і молекул різних газів, які у звичайному стані нейтральні. При нагріванні збільшується швидкість теплового руху молекул, і деякі молекули при зіткненні розпадаються на позитивні іони і електрони. Відбувається іонізація газу. Нейтральні атоми або молекули газу можуть приєднати до себе електрони і перетворитися в негативні іони. Роль іонізатора в даному випадку виконувало полум’я сірника. Іонізаторами можуть виступати також ультрафіолетове, рентгенівське і космічне ви-

промінювання. Одночасно з процесом іонізації відбувається рекомбінація газу — утворення нейтрального атома при зближенні позитивного іона і електрона.

Отже, електричний струм у газах — напрямлений рух позитивних і негативних іонів та електронів. Протікання струму через газ називають газовим розрядом.

Існує два типи газових розрядів: несамостійний і самостійний.

Несамостійний газовий розряд спостерігався в описаному досліді (див. рис. 135). Цей розряд відбувся завдяки тому, що використовувався іонізатор, який сприяв утворенню іонів у повітрі.

 

Розглянемо, як сила струму в газі залежить від прикладеної напруги. Проведемо дослід. Установка являє собою скляну трубку з повітрям, в яку впаяні два металеві електроди. Електроди підключені до джерела струму (рис. 136). За допомогою випромінювання газ іонізують, а потім, змінюючи напругу, що подається на трубку, спостерігають за змінами сили струму.

 

Дослід показує, що спочатку при збільшенні напруги між електродами сила струму зростає (рис. 137). Це відбувається до деякого значення напруги. Подальше збільшення напруги не призводить до зміни сили струму, вона залишається сталою. Спостерігається струм насичення.

Це відбувається тому, що при невеликих значеннях напруги не всі іони та електрони досягають електродів. Деякі з них рекомбінують і утворюють нейтральні молекули. Чим більша напруга, тим більше заряджених частинок досягає електродів. Нарешті, напруга набуває такого значення, при якому всі іони і електрони, що утворилися під дією даного іонізатора, беруть участь у направленому русі. Тепер деяке збільшення напруги не виливатиме на силу струму.

Якщо після досягнення силою струму насичення продовжувати збільшувати напругу, то настане момент, кож сила струму різко зросте (рис. 138). Це означає, що кількість заряджених частинок у трубці збільшилася, тобто з’явилися нові іони і електрони. Причиною цього є те, що електрони набувають в електричному полі більшу енергію, якої достатньо для того, щоб іонізувати нейтральний атом. Таким чином, подальша іонізація атомів і молекул здійснюється за рахунок зіткнення з ними електронів, що мають достатню для іонізації енергію. Внаслідок цього кількість заряджених частинок швидко зростає.

 

 

Оскільки розряд буде існувати, навіть якщо прибрати іонізатор, його називають самостійним

В залежності від властивостей і стану газу, прикладеної напруги та розміщення і типу електродів можливі різні типи самостійного розраду. Тліючий розряд — розряд, що відбувається в трубці, заповненій газом, за зниженого тиску порядку десятих і сотих частки міліметра ртутного стовпа (рис. 139).

Тліючий розряд можна спостерігати в газорозрядній трубці, приєднаній до джерела постійної напруги близько 1000 В. За атмосферного тиску розряд у трубці відсутній.

 

Тліючий розряд використовують в газорозрядних лампах, які застосовуються в технічних пристроях як індикатори, для освітлення, для освітлювальної реклами.

Іскровий розряд відбувається за нормального атмосферного тиску і великої різниці потенціалів між електродами (рис. 140).

Кожен з вас неодноразово спостерігав блискавку. Блискавка — це приклад іскрового розраду

в атмосфері. Іскровий розряд можна спостерігати в лаоораторй: він виникає між кондукторами електрофорної машини.

 

 

 

 

Іскровий розряд застосовується, наприклад, для обробки металів

Дуговий розряд може так само, як і іскровий, відбуватися за атмосферного тиску (рис. 141).

о

Його можна отримати, якщо два вугільних стержні (електроди), підключених до джерела струму, привести в зіткнення, а потім подати на них напругу порядку 40-50 В. Після того, як стержні розжаряться, їх розводять на деяку відстань, і між кінцями стержнів з’являється електрична дуга.

При роботі дуги катод сильно розігрівається під дією позитивних іонів, що випускаються анодом і бомбардують катод. Сила струму при дуговому розряді досягає дуже великих значень.

Дуговий розряд за зниженого тиску використовується в дугових лампах. Дуговий розряд також використовують при зварюванні металів.

 

Величина електричного поля залежить від кривини поверхні зарядженого провідника, який це поле створює. Зокрема, воно (поле) може бути дуже великим біля ділянок провідника, що виступають, по якому протікає значний електричний заряд. У цьому випадку заряд «стікає» з провідника, і біля нього спостерігається область, яка світиться. Це — коронний розряд (рис. 142). Він виникає навколо проводів високовольтних ліній електропередач і призводить до втрат електроенергії. Для усунення цих втрат дроти повинні бути досить товстими.

Довгий час корооний розряд наводив жах на мореплавців, які спостерігали його на щоглах кораблів під час шторму чи грози (рис. 143). Не маючи можливості пояснити це явище мореплавці вважали це знаменням і назвали його «вогні святого Ельма».

Запитання для самоперевірки

1. Як створити вільні носії заряду у вакуумі?

Q. Які частинки створюють електричний струм у газах?

3.    У чому відмінність несамостійного газового розряду від самостійного?

4.    За яких умов виникає іскровий розряд? Де він спостерігається?

5.    Як виникає дуговий розряд? Де він застосовується?

6.    Як виникає коронний розряд?

За яких умов виникає тліючий розряд? Де він застосовується?

Завдання 40

1. Чим відрізняється утворення іонів в електролітіх від іонізації газу?

Q. Яким чином можна несамостійний газовий розрад перевести в самостійний?

3. Чи можна спостерігати бликавку на Місяці?

4* Де краще на вашу думку захищатися від блискавки: в долні де є озеро або річка чи на навколишніх кам’янистих горбах?

5. Заповніть таблицю 17 порівняння газових розрядів використовуючи матеріал параграфу та додаткову інформацію з мережі інтернет.

Таблиця 17

Газовий розряд

Потреба в іонізаторі

Умови

виникнення

Застосування,

приклади

спостереження

Несамостійний

     

б

Тліючий

     

Іскровий

     

Дуговий

     

Коронний

     

 

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 10-08-2016, 12:54, Переглядів: 3311