2. Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд. Виды и применение самостоятельных разрядов.

При нормальных условиях (небольшом давлении и температуре) газ-изолятор, т. е. в нем мало свободных зарядов. В результате внешнего воздействия- ионизатора ( нагревания, ультрафиолетового, рентгеновского, или гамма- излучения) происходит ионизация газа т. е. отрыв электронов от атомов или молекул. При отрыве электрона атом превращается в положительный ион. Нейтральный атом может присоединить к себе электрон, тогда появится отрицательный ион. Таким образом, в ионизированном газе могут быть 3 вида свободных зарядов: положительные и отрицательные ионы и электроны.

Под действием электрического поля ионы и электроны создадут электрический ток т. е. проводимость газов электронно-ионная.

Процесс протекания тока через газ называется газовым разрядом. Разряд, существующий только во время действия внешнего ионизатора, называется несамостоятельным. При ионизации газа в зазоре конденсатора образуются противоположные по знаку заряды. По мере увеличения напряжения все большее число частиц вовлекаются в направленное движение, сила тока растет. При некотором напряжении U_н все образовавшиеся за единицу времени частицы достигают электродов, сила тока становится максимальной, при данной степени ионизации. Если ионизатор прекратит действие, то разряд прекратится.

При дальнейшем повышении напряжения от U_з и выше сила тока резко начинает возрастать. Если убрать внешний ионизатор, разряд продолжится. Значит заряды, необходимые для поддержки электропроводимости газа, теперь создаются самим разрядом. Газовый разряд, который существует без действия внешнего ионизатора, называют самостоятельным разрядом. Напряжение U_з, при котором разряд становится самостоятельным, называют напряжением зажигания газового разряда или напряжением пробоя. Самостоятельный газовый разряд поддерживается за счет ударной ионизации электронами, ускоренными электрическим полем. Под действием электрического поля скорость электронов возрастает настолько, что при соударении электрона с атомом, атом теряет электрон. При достаточной напряженности электрического поля оба электрона набирают до следующего столкновения энергию, достаточную для ионизации следующего атома. Число электронов растет очень быстро, говорят, образуются электронно-ионная лавина. Этого не достаточно, необходимо компенсировать электроны, ушедшие на анод. Эти электроны могут появиться из катода при бомбардировке катода положительными ионами и фотонами (при освещении катода), движущимися к катоду под действием электрического поля. Типы самостоятельных разрядов:

а) Коронный разряд, б) Искровой разряд, в ) Дуговой разряд

Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшить расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным- возникает дуговой разряд. При этом сила тока резко возрастает, достигая сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Дуговой разряд можно получить от источника низкого напряжения, минуя стадию искры. Для этого электроды сближаются до соприкосновения, они сильно раскаляются электрическим током, потом их разводят и получают электрическую дугу ( именно так она была открыта В.В. Петровым). При атмосферном давлении температура катода примерно 3900 К. Дуговой разряд поддерживается за счет высокой температуры катода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии, а также термической ионизации молекул, обусловленной высокой температурой газа. Дуговой разряд применяется для сварки и резки металлов, получения высококачественных сталей в дуговых печах, освещения ( прожекторы).

г) Тлеющий разряд

возникает при низких давлениях. Тлеющий разряд –это свечение газосветных трубок в надписях и рекламах, это лампы дневного света. Характер свечения зависит от химического состава газа в трубке и состава вещества, покрывающего внутреннюю поверхность трубки.

3. Задача

а) На вагонетку массой 800 кг, катящуюся по горизонтальному пути со скоростью

0,2 м/с насыпали 200 кг щебня. Какой станет скорость вагонетки?

Дано:

Решение: Применим закон сохранения импульса ,

б) Мальчик массой 22 кг, бегущий со скоростью 2,5 м/с, запрыгивает сзади на платформу массой 12 кг. Чему будет равна скорость платформы вместе с мальчиком?

Дано:

Решение: Применим закон сохранения импульса , .