Билет №15. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Плазма.

Газы в естественном состоянии являются диэлектриками. Проводниками могут быть только ионизированные газы. Процесс присоединения или отделения электронов от нейтральных атомов и молекул называется ионизацией. Ионизация, возникающая при высоких температурах, называется термоионизацией, под воздействием различных излучений (рентгеновского, ультрафиолетового и т.д.) - фотоионизацией, при соударениях частиц между собой – ударной ионизацией.

Газовый разряд – явление прохождения электрического тока через газ. Газовый разряд, проходящий под воздействием внешнего ионизатора, называется несамостоятельным.

При ударной ионизации число образовавшихся ионов и электронов с течением времени возрастает в геометрической прогрессии, образуя электронную и ионную лавины. С возникновением лавин свободные заряды в газе начинают возникать самопроизвольно, и если теперь убрать внешний ионизатор, разряд не исчезнет. Газовый разряд, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным.

Процесс перехода несамостоятельного газового разряда в самостоятельный называется электрическим пробоем, а соответствующее напряжение – напряжением пробоя.

Различают следующие виды самостоятельных разрядов:

1. Тлеющий – разряд в разреженных газах, находящихся при низких давлениях. Применяются как источники света в газоосветительных трубках, в газовых лазерах, а также для катодного распыления металлов при изготовлении высококачественных зеркал.

2. Искровой – разряд, возникающий при атмосферном давлении при увеличении напряжения между электродами до напряжения пробоя. Он сопровождается ярким свечением газа при проскакивании искры, характерным звуком и выделением некоторого количества теплоты. Применяется для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания.

3. Дуговой – разряд, возникающий между сильно нагретыми электродами. Характеризуется большой силой тока при малом напряжении. Применяется для плавки, резки и сварки металлов.

4. Коронный – возникает в сильном неоднородном электрическом поле. Для получения такого поля один из электродов должен быть заострен. Тогда вокруг острия образуется электрическое поле, ионизирующее воздух, который светится вокруг острия, образуя «корону». Применяется в электрофильтрах для очистки промышленных газов.

Плазма – четвертое агрегатное состояние вещества, характеризующиеся высокой степенью ионизации его частиц, при равенстве концентраций положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазму, содержащую электроны и положительные ионы, называют электронно-ионной. Если в плазме наряду с заряженными частицами имеются и нейтральные молекулы, то ее называют частично ионизированной. Плазму, состоящую только из заряженных частиц, называют полностью ионизированной.

Билет №16. Идеальный газ. Изотермический, изобарный и изохорный процесы в идеальном газе.

Для изучения свойств газа вводится физическая модель идеального газа – упрощенная модель реального разреженного газа. Свойства идеального газа: 1) размеры молекул малы по сравнению со средними расстояниями между ними, т.е. молекулы можно рассматривать как материальные точки; 2) силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях между молекулами; 3) молекулы сталкиваются друг с другом как абсолютно упругие шары, движение которых описывается законами механики.

Идеальный газ как единая физическая система характеризуется макропараметрами, к которым относятся давление, объём и температура. Для экспериментального исследования свойств газов удобно зафиксировать значение одного из макропараметров и рассмотреть изменение двух других. Процессы в газе с неизменным количеством вещества, проходящие при фиксированном значении одного из макропараметров, называются изопроцессами.

Изотермический - это изопроцесс, протекающий при неизменной температуре. Он описывается законом Бойля-Мариотта: если температура данного количества газа не меняется, то произведение его давления на его объем постоянно: .

Изобарный - это изопроцесс, протекающий при неизменном давлении. Он описывается законом Шарля: если давление данного количества газа не меняется, то отношение его объёма к температуре постоянно: .

Изохорный - это изопроцесс, протекающий при неизменном объёме. Он описывается законом Гей-Люссака: если объём данного количества газа не меняется, то отношение его давления к его температуре постоянно: .