Контрольные вопросы к §10
1) Какие типы разрядов вы знаете?
2) Дайте определение самостоятельному разряду газа?
3) Дайте определение несамостоятельному разряду газа?
4) Какие способы поддержания существования разряда вы знаете?
5) Перечислите оборудование в опыте 10.1 «Ионизация газа пламенем»
6) Какой вывод следует из опыта 10.1 «Ионизация газа пламенем»?
7) Перечислите оборудование в опыте 10.2 «Прохождение электрического тока через воздух при постепенном его разрежении»
8) Перечислите оборудование в опыте 10.3 «Тлеющий разряд»
9) Какой вывод следует из опыта 10.3 «Тлеющий разряд»
10) Дайте определение стримеру?
11) Перечислите оборудование в опыте 10.4 «Электроискровая обработка металлов»
12) Дайте определение дуговому разряду?
13) Дайте определение коронному разряду?
14) Где получил применение газовый разряд?
15) Из чего состоит простейший прибор для получения электрической дуги?
16) Дайте определение электросварке?
17) Дайте определение дуговой сталеплавильной печи?
18) Дайте определение дуговой лампе?
19) Дайте определение тлеющему разряду?
20) Дайте определение искровому разряду?
§ 11. Понятие о плазме. Катодные и каналовые лучи. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы и их применение.
Понятие о плазме. Катодные и каналовые лучи
Термоэлектронная эмиссия
Электронные лампы и их применение
11.1. Понятие о плазме
Такое состояние вещества, при котором вещество полностью или частично ионизировано, но число положительных и отрицательных ионов в единице объема одинаково, то есть суммарный заряд единицы объема равен нулю, называется плазмой.
Опыт 11.1. Плазма.
Цель работы: Продемонстрировать электрический плазменный шнур.
Оборудование:
Индукционная катушка
Медные электроды
Ход работы.
1. С помощью индукционной катушки создается большое напряжение между двумя медными электродами и возникает пробой воздуха. При этом наблюдается плазменный шнур.
2. Плазменный шнур увлекается нагретым воздухом вверх. Он поднимается вверх, доходя до области, где расстояние между электродами большое и напряжение на катушке уже недостаточно для того, чтобы «пробить» воздух. Плазменный шнур исчезает, тут же появляется новый шнур, и процесс повторяется.
Квазинейтральность – основное свойство плазмы.
Различают несколько разновидностей плазмы.
Низкотемпературная плазма
.
Характеризуется тем, что нет полной
ионизации, энергии образующих ее частиц
сравнительно низки.Среднетемпературная плазма
.
Вещество находится в полностью
ионизированном состоянии.Высокотемпературная плазма
.
Вещество, из которого состоят звезды.
В земных условиях высокотемпературная
плазма может получаться при термоядерном
взрыве.
Наряду с температурой
основными характеристиками являются
концентрация частиц плазмы n и время
жизни плазмы
.
Основная проблема с получением плазмы, состоит в увеличении времени ее жизни. Для этого используют магнитные ловушки.
Область физики, которая занимается изучением поведения плазмы в магнитных полях называется магнитогидродинамикой (МГД). Известны два вида магнитных ловушек:
Стелларатор. Имеет форму звезды. Разработан и используется за рубежом (ЦЕРН).
Токамак. Имеет форму тора. Разработан и используется в нашей стране (ФИАН).
Рис. 94.
Если постепенно понижать давление в трубке тлеющего разряда (Рис. 94.), катодная часть разряда распространяется на все большую часть межэлектродного пространства, и в конце концов катодное темное пространство распространяется почти на весь сосуд. Свечение газа в этом случае перестает быть заметным, зато стенки трубки начинают светиться зеленоватым свечением. Большинство электронов, выбитых из катода и ускоренных катодным падение потенциала, долетает без столкновений с молекулами газа до стенок трубки и, ударяясь о них, вызывает свечение. По историческим причинам поток электронов, испускаемый катодом газоразрядной трубки при очень низких давлениях, получил название катодных лучей. Свечение, вызываемое бомбардировкой быстрыми электронами, называется катодолюминесценцией.
Если в катоде газоразрядной трубки сделать узкий канал, часть положительных ионов проникает в пространство за катодом и образует резко ограниченный пучок ионов, называемый каналовыми (или положительными) лучами. Именно таким способом были впервые получены пучки положительных ионов.
Применение плазмы
Низкотемпературная плазма – газовые разряды, электрическая дуга. Существует область химической технологии – плазмохимия, которая использует возможность протекания некоторых химических реакций в струе низкотемпературной плазмы, причём в других условиях эти реакции осуществить невозможно. Приведём примеры указанных реакций:
- плазмохимический пиролиз углеводородов. В струю водородной плазмы подается метан, который под действием высокой температуры разлагается на этилен, ацетилен и другие непредельные углеводороды. Для остановки реакции в плазмотрон тангенциально подаётся вода, в результате чего температура резко падает. Этот метод называется закалкой. Смесь этилена с ацетиленом (синтез - газ) является исходным сырьём для получения многих важных веществ;
- получение окислов азота из воздуха. В плазменной струе кислород и азот воздуха разлагаются до атомарного состояния, а затем образуют соединения NO, NO2, которые являются исходным сырьём для получения азотной кислоты.
Высокотемпературная плазма необходима для решения более глобального вопроса: создание управляемого термоядерного синтеза для разрешения энергетического кризиса.
МГД-двигатели, которые используются для корректировки параметров орбит искусственных спутников Земли.
МГД-генераторы, позволяющие создать упорядоченное движение заряженных частиц, т.е. являющиеся источниками электрического тока.