- •Отдел III. Электродинамика Глава III.1.Электрические заряды. Закон кулона § III.1.1. Введение
- •§ III.1.2. Закон Кулона
- •Глава III.2. Напряженность и смещение электрического поля § III.2.I. Электрическое поле. Напряженность поля
- •§ III.2.2. Принцип суперпозиции электрических полей
- •§ III.2.3. Электрическое смещение. Теорема Остроградского-Гаусса
- •Глава III.3.Потенциал электростатического поля § III.3.1. Работа, совершаемая при перемещении электрического заряда в электростатическом поле
- •§ III.3.2. Потенциал электростатического поля
- •§ III.3.3. Связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля
- •§ III.3.4. Проводники в электростатическом поле
- •Глава III.4. Электрическая емкость § III.4.1. Электроемкость уединенного проводника
- •§ III.4.2. Взаимная емкость. Конденсаторы
- •Глава III.5.Диэлектрики в электрическом поле § III.5.1. Дипольные моменты молекул диэлектрика
- •§ III.5.2. Поляризация диэлектриков
- •§ III.5.3. Связь векторов смещения, напряженности и поляризации
- •§ III.5.4. Сегнетоэлектрики
- •Глава III.6.Энергия электрического поля § III.6.1. Энергия заряженного проводника и электрического поля*)
- •§ III.6.2. Энергия поляризованного диэлектрика
- •Глава III.7.Постоянный электрический ток § III.7.1. Понятие об электрическом токе
- •§ III.7.2. Сила и плотность тока
- •§ III.7.3. Основы классической электронной теории электропроводности металлов
- •Глава III.8.Законы постоянного тока § III.8.1. Сторонние силы
- •§ III.8.2. Законы Ома и Джоуля-Ленца
- •§ III.8.3. Правила Кирхгофа
- •Глава III.9.Электрический ток в жидкостях и газах § III.9.1. Законы электролиза Фарадея. Электролитическая диссоциация
- •§ III.9.2. Атомность электрических зарядов
- •§ III.9.3. Электролитическая проводимость жидкостей
- •§ III.9.4. Электропроводность газов
- •§ III.9.5. Понятие о различных типах газового разряда
- •§ III.9.6. Некоторые сведения о плазме
- •Глава III.10.Магнитное поле постоянного тока § III.10.1. Магнитное поле. Закон Ампера
- •§ III.10.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •§ III.10.3. Некоторые простейшие случаи магнитного поля постоянных токов
- •§ III.10.4. Взаимодействие проводников. Действие магнитного поля на проводники с токами
- •§ III.10.5. Закон полного тока. Магнитные цепи
- •§ III.10.6. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле
- •Глава III.11.Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях § III.11.1. Сила Лоренца
- •§ III.11.2. Явление Холла
- •§ III.11.3. Удельный заряд частиц. Масс-спектрометрия
- •§ III.11.4. Ускорители заряженных частиц
- •Глава III.12.Электромагнитная индукция*) § III.12.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ III.12.2. Явление самоиндукции
- •§ III.12.3. Взаимная индукция
- •§ III.12.4. Энергия магнитного поля электрического тока**)
- •Глава III.13.Магнетики в магнитном поле § III.13.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •§ III.13.2. Атом в магнитном поле
- •§ III.13.3. Диамагнетики и парамагнетики в однородном магнитном поле
- •§ III.13.4. Магнитное поле в магнетиках
- •§ III.13.5. Ферромагнетики
- •Г л а в а III.14. Основы теории максвелла § III.14.1. Общая характеристика теории Максвелла
- •§ III.14.2. Первое уравнение Максвелла
- •§ III.14.3. Ток смещения. Второе уравнение Максвелла
- •§ III.14.4. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля
§ III.9.5. Понятие о различных типах газового разряда
1º. Газовым разрядом называется процесс прохождения электрического токе через газ.
Несамостоятельным газовым разрядом называется газовый разряд, вызванный внешними ионизаторами (III.9.4.4°) и прекращающийся, если эти ионизаторы не действуют. На рис. III.9.2 представлена кривая зависимости силы тока I от напряжения U между электродами при несамостоятельном разряде. В первой области кривой, при небольших напряжениях, справедлив закон Ома, подобный закону для электролитов (III.9.3.2°). Если в газе образуются электроны и одновалентные ионы, то
,
где n0 – число пар противоположно заряженных частиц в единице объема, u+ и u- – подвижности положительных и отрицательных ионов, е – абсолютное значение заряда электрона. В широком интервале давлений от 10 до 107 Па подвижность газовых ионов обратно пропорциональна давлению.
2°. Во второй области на кривой рис. III.9.2 линейная зависимость между силой тока I и напряжением U нарушается вследствие того, что концентрация ионов в газе убывает. В этой области с возрастанием U сила тока растет все медленнее.
В третьей области на кривой рис. III.9.2, начиная с некоторого напряжения Uн, сила тока остается постоянной при увеличении напряжения. Это связано с тем, что при неизменной интенсивности ионизации (III.9.4.1º) в сильных электрических полях все ионы, образовавшиеся в единицу времени в газе достигают электродов. Дальнейшего возрастания силы тока при неизменной интенсивности ионизации не происходит. Насыщение наступает вследствие того, что все образовавшиеся заряженные частицы, двигаясь в сильном электрическом поле, достигают электродов скорее, чем заметная их часть успевает рекомбинировать с частицами противоположного по знаку заряда.
Током насыщенияназывается максимальная сила токаIн, возможная при данной интенсивности ионизации:
,
где N0– максимальное число пар одновалентных ионов, образующихся в объеме газа за единицу времени при данной интенсивности ионизации. Линейная зависимость междуIниN0подтверждает ионную природу электропроводности газов.
3°.Самостоятельным газовым разрядомназывается электрический разряд в газе, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора. Для существования такого разряда необходимо, чтобы в газе происходило непрерывное образование новых пар противоположно заряженных частиц. Основным источником таких частиц является ударная ионизация газа (III.9.4.5°). При некотором достаточном напряжении между электродами электроны в объеме газа настолько сильно разгоняются электрическим полем, что их энергия оказывается достаточной для ионизации молекул газа (III.9.4.5°) (объемная ионизация). Вторичные электроны, ускоряясь в электрическом поле, также ионизируют молекулы газа. В итоге сильно возрастает число носителей тока в газе и его электропроводность (четвертая область на рис. III.9.2). Однако одной ионизации под действием электронов недостаточно для осуществления самостоятельного разряда. Электроны, движущиеся в направлении от катода к аноду, ионизуют молекулы газа, расположенные ближе к аноду по сравнению с местом возникновения электронов. Если энергии положительных ионов не достаточно для ударной ионизации молекул газа или для выбивания электронов из металлического катода (поверхностная ионизация), то вблизи катода газоразрядной трубки свободные электроны могут возникать только под действием внешних ионизаторов. Когда действие этих ионизаторов прекращается, область ударной ионизации электронами сокращается, стягиваясь к аноду по мере движения к нему электронов. Прекращение ударной ионизации в этих условиях приводит к прекращению газового разряда.
4°. Поверхностная ионизация (п. 3°), возникающая при большом напряжении, порождает вторичные электроны и создает двухстороннюю лавину электронов и положительных ионов. При этом действие внешнего ионизатора не существенно для дальнейшего протекания газового разряда. С повышением напряженияUмежду электродами газоразрядной трубки можно осуществитьэлектрический пробой газа– переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный.Напряжением зажигания(напряжением пробоя) называется напряжениеU= Uэ, соответствующее электрическому пробою. Напряжение пробоя для газового разряда в трубке с плоскими параллельными друг другу электродами, расположенными на расстоянииdдруг от друга, зависит от произведенияpd, гдер– давление газа (рис. III.9.3). Кроме того,Uэзависит от химической природы газа и материала катода.
Разновидностями самостоятельных газовых разрядов являются тлеющий,коронный,искровойидуговой газовые разряды, рассмотрение которых опущено в данном справочнике.