§ 41. Електричний струм у газах. Види газових розрядів

Думки вголос

Я вивчу особливості проходження електричного струму в газах, зможу розрізняти види газових розрядів.

Для вивчення електричного струму в газовому середовищі проведемо дослід з фізичним приладом «Розряд». Він призначений для електризації тіл подібно паличкам зі скла й ебоніту. На відміну від паличок, які дають «одноразову» електризацію, цей прилад безперервно довгий час електризується. Тому тіла, які приєднують до приладу, отримують набагато більший заряд, ніж від наелектризованих паличок.

Приєднаємо до приладу «Розряд» дві металеві кулі (мал. 155).

Через деякий час після включення приладу кулі наелектризуються так сильно, що між ними з’явиться електрична іскра. Подивимось уважно на електроскоп, приєднаний до кулі. Під час електризації його листочки піднімались, вказуючи на збільшення заряду. Але під час виникнення іскри листочки різко упали. Значить, заряд куль різко зменшився. Через повітряний простір між «+» і «-» пройшов електричний струм.

Проходження електричного струму в газовому середовищі називають газовим розрядом.

Поміркуємо детальніше про газовий простір між полюсами приладу «+» і «-». У цьому випадку газовий простір — це повітря. Повітря є сумішшю кисню, азоту й інших газів. Звичайно, повітря є діелектриком. Але під дією електричного поля утворилися йони. Деяка кількість вільних електронів, прискорених електричним полем, йонізує нейтральні атоми і молекули. Число електронів і йонів різко зростає.

Газовий простір може йонізу-ватися внаслідок нагрівання або впливу випромінювання. У результаті дії зовнішніх !Іонізаторів у газах можуть утворюватися вільні заряджені частинки: позитивно і негативно заряджені йони і вільні електрони (мал. 156). Газовий простір за таких умов стає провідником.

Сильне електричне поле може відірвати від нейтральної молекули (або атома) один або декілька

електронів і перетворити в позитивний йон. Електрон, приєднавшись до нейтрального атома або молекули, утворює негативно заряджений йон.

Процес йонізації нейтральних частинок проходить одночасно з процесом рекомбінації. Деяка кількість позитивних йонів і вільних електронів може знову з’єднатись в нейтральну мікрочастинку. Якщо процес рекомбінації матиме більшу швидкість, ніж процес йонізації, то електричний розряд швидко припиниться. Тому електричний розряд в газах можна розділити на два види: несамостійний і самостійний (табл. 15).

Таблиця 15

	Види само стійного розряду	Умови виникнення	Застосування	Вигляд
	Іскровий розряд	За високих напруг між провідниками	Враховують в електротехніці. Захист від великого іскрового розряду в природі — це громовідвід
	Дуговий розряд	Виникає за великої густини струму і порівняно невеликої напруги між електродами (fra3y* 5000-6000 °С)	Електрозварювання, електрорізка, потужні джерела світла

Тліючий розряд	У розріджених газах P » 0,02 мм рт. ст.	Лампи денного світла, рекламні трубки
Коронний розряд	За атмосферного тиску біля гострих кінців провідників	Враховують під час виготовлення різних пристроїв в електротехніці та радіотехніці

Частково або повністю йонізований газ називається плазмою. Виникає при всіх видах розрядів у газах. Плазмою оточена наша планета. Верхній шар атмосфери на висоті 100-300 км являє собою йонізований газ — йоносферу. У стані плазми перебуває 99 % речовини у Всесвіті.

Блискавка — це плазмовий шнур, що замикає наелектризовані хмари або наелектризовану хмару і Землю (мал. 157). Сила струму у блискавці досягає 500 000 А, а напруга між хмарою і Землею може бути 100 000 000 В.

А ти знаєш?

• Блискавка розігріває повітря до ЗО 000 ⁰C у момент розрядження іскри. Приблизно 10 % пожеж у США виникають від блискавки. Блискавка перетворює газоподібний азот, який не засвоюють рослини, на складники азоту, необхідні для утворення тканини рослин та розвитку насіння. Блискавки виробляють від ЗО до 50 % оксиду азоту, який потрапляє на Землю з опадами. Таким чином, у світі щороку створюється ЗО млн тонн нелеткого азоту (не менше 1 кг на га).

•    Скільки важить хмара? В одній купчастій хмарі міститься близько 550 т води. Нехай маса одного слона — близько 6 тонн. Тоді маса води, що міститься в одній купчастій хмарі, дорівнює масі 100 слонів. Велика грозова хмара містить воду, маса якої дорівнює масі 200 тисяч слонів. А маса однієї ураганної хмари еквівалентна масі 40 млн слонів.

•    Температура кульової блискавки зазвичай не менша 15 тисяч градусів.

Підсумки

•    Гази можуть бути провідниками електрики, якщо створені умови для газових розрядів.

•    Носіями електричного струму під час газових розрядів є йони обох знаків і вільні електрони.

•    Несамостійний газовий розряд існує лише під час дії зовнішнього йонізатора, яким може бути, наприклад, полум’я нагрівана, освітлення, опромінення.

•    Самостійний розряд існує і після припинення дії йонізатора. Вид самостійного розряду залежить від створених умов.

•    Види самостійних розрядів в газах: іскровий, дуговий, тліючий, коронний.

Перевір свої знання

1*. Який розряд зображено на малюнку 158?

2*. Чи може повітря проводити електричний струм? Наведи приклади.

З*. Які мікрочастинки є носіями струму в газах?

4*. Назви види розрядів в газах.

5*. Які створити умови для окремих видів самостійного розряду?

6*. Де застосовують окремі види самостійного розряду?

7*. Прикладом якого газового розряду є блискавка?

8*. Як називають газовий розряд, який використовують в неоновій рекламі?

9**. Який газовий розряд використовують як дуже потужне джерело тепла і світла?

IO^iwt. Як називають газовий розряд, завдяки якому в високовольтних електричних мережах бувають втрати електроенергії?

Il^iwt*. До зарядженого електроскопа піднесли запалений сірник. Що відбувається зі стрілкою електроскопа? Чому? Перевір на досліді.

12***. Чому заряджений електроскоп дуже швидко розряджається, якщо поруч з ним працює рентгенівська трубка?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Сердюченко