§ 46. Електричний струм у газах.

Тут ти дізнаєшся, що при певних умовах у газах може проходити електричний струм; що струми в газі (повітрі) зустрічаються в атмосферних явищах: що струми в газах с основою дії багатьох технічних пристроїв і техно логічних процесів.

Ми звикли вважати, що гази не проводять електричний струм. Наявність повітря не перешкоджає роботі комп’ютера. Лінії електропередач, у яких дроти розділені шаром повітря, успішно працюють над транспортуванням електричної енергії. У великих розподільчих системах ліній електропередач між контактами вимикачів навіть прокачують стиснуте повітря, щоб покращити процес розмикання кола. Подібні висновки про електричні властивості повітря, як і всіх інших газів, можна зробити, спостерігаючи електричне коло, в якому дві металеві пластини, роз’єднані шаром повітря, увімкнуто в електричне коло (мал. 147). Замикаючи вимикач у колі, ми не будемо спостерігати відхилення стрілки амперметра, який повинен відмічати появу струму.

Але варто внести полум’я запаленої спиртівки в проміжок між пластинами, як стрілка амперметра покаже появу струму у колі. Подібного ефекту ми ДОСЯГЛІЇ б також при опроміненні повітря рентгенівським, ультрафіолетовим чи радіоактивним випромінюванням.

Дослідження показали, що при опроміненні газу відбувається його йонізація. Під дією випромінювання чи полум’я з високою температурою у молекулах газу відбувається вихід електронів, які стають вільними і можуть зміщуватися в електричному полі (мал. 148).

Одночасно утворюється така ж кількість позитивних йонів, які мають електричний заряд і можуть взаємодіяти з електричним полем. Здійснюючи хаотичний, тепловий, рух, електрони стикаються з нейтральними молекулами і, приєднуючись до них, утворюють негативні йони (мал. 149).

Утворений внаслідок таких подій газ називають йонізованим, а джерело випромінювання — йонізатором.

Якщо такий йонізований газ попадає в електричне поле, то позитивні йони починають рухатися до негативної пластини, а негативні йони і електрони — до позитивної (мал. 150). Отже, газ за нормальних умов стає електропровідним лише під дією йонізатора. Це явище називають несамостійним розрядом.

Якщо напруга між пластинами стане дуже великою, то йони і електрони набудуть такої кінетичної енергії, що попада-ючи на металеві пластини, вибивають з них додаткові електрони, що спричинює до значного зростання струму в газовому прошарку між пластинами і в колі. У такому випадку кажуть, що несамостійний розряд став самостійним, коли вже не потрібний йонізатор.

При проходженні електричного струму в газі спостерігаються різні світлові явища, коли кінетична енергія вільних носіїв заряду (електронів і йонів) перетворюється в енергію світлового випромінювання.

Цей процес складний для пояснення, тому ми залишаємо його для розгляду в одному з наступних класів.

Струм в газах.

Розглянемо жевріючий розряд окремі види розряду в газах, які доволі часто зустрічаються в природі, побуті, на виробництві.

У природі він відомий як полярне сяйво, яка спостерігають мешканці приполярних країн (мал. 151). Воно утворюється внаслідок виникнення під дією космічного випромінювання електричних струмів у верхніх, розріджених шарах атмосфери.

Жевріючий розряд також можна спостерігати, коли увечері вмикаються рекламні панелі, на яких розміщуються наповнені певним газом трубки. У них відбувається жевріючий розряд, коли струм проходить за низького тиску газу. Від роду газу в трубці залежить колір її свічення при проходженні електричного струму.

Іскровий розряд.

Це короткочасний імпульс струму в газі, коли внаслідок високої напруги між електродами відбувається йонізація газу. Іскровий розряд триває декілька долей секунди, а потім гасне. Заряджені тіла, між якими відбулася іскра, втрачають свої заряди. Окремим видом іскри в природі є блискавка (мал. 152). Вона виникає між двома хмарами, які внаслідок руху повітряних потоків і краплин води в час літньої зливи отримують електричні заряди різних знаків. Напруга у кілька мільйонів вольт, яка при цьому виникає, призводить до йонізації молекул повітря, і з’являється велетенська іскра-блискавка, яка супроводжується свіченням розігрітого в розряді повітря і нейтралізацією хмар. Потужність блискавки становить мільйони мегават. Але використати її енергію вчені до цього часу ще не змогли. Хоча порівняно невеликі іскри знаходять застосування в двигунах внутрішнього згоряння для запалювання пальної суміші, а також для поверхневої обробки металів тощо.

Коронаций розряд.

Якщо тілу надати великий електричний заряд, то навколо нього з’являється дуже сильне поле. Його дії достатньо, щоб зруйнувати частину молекул, які в цьому полі у вигляді йонів і вільних електронів рухаються і випромінюють світло. Це особливо помітно там, де тіло має гострі виступи і нерівності. Прикладом корони у природі є «вогні святого Ельма», які з’являються на щоглах кораблів, сповіщаючи про наближення грози (мал. 153).

Коронний розряд використовується в побутових йонізаторах повітря для його знезараження, у медичних установках для лікування різноманітних хвороб.

Коли ж мова йде про високовольтні лінії електропередач, то коронний розряд погіршує їх роботу, оскільки при його виникненні втрачається деяка частина електроенергії.

Електрична дуга.

Якщо два електроди, приєднані до джерела струму, наблизити один до одного так, щоб вони доторкнулися, то у місці дотику внаслідок проходження електричного струму електроди нагріються до температури близько 2 ООО'С. За такої температури з одного з електродів - катода — починають вилітати електрони, які, рухаючись в електричному полі роз’єднаних електродів, попадають на анод і передають йому свою енергію, яка буває достатньою для нагрівання металу до температури плавлення. Тому такий вид розряду застосовується для електричного «зварювання* металів — дуже продуктивного способу обробки металевих деталей (мал. 154). Відмітно, що Українські вчені є світовими лідерами у вивченні і застосуванні електричного дугового зварювання. У цьому ми завдячуємо роботам Українського науково-дослідного інституту електрозварювання імені Є. О. Патона. Перший суцільнозварний міст через Дніпро, побудований під керівництвом Є. О. Патона, вже багато років тішить погляд киян і гостей міста (мал. 155).

Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.

1.    Чому гази в звичайному стані не проводять електричний струм?

2.    За яких умов у газі може проходити електричний струм?

3.    Який розряд називають несамостійним?

4.    Коли виникає самостійний розряд?

δ. Яка природа електричного струму в газах?

6.    Які види газового розряду спостерігаються в природі?

7.    Де людина використовує газовий розряд?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко