Список литературы

1. Башарулы Р., Токбергенова. Койшыбаев Н.-Физика 10 кл.2015г.

2. Туякбаев. Тынтаева Ж. Бакынов Физика 10 кл. Сборник задач 10 класс., 2015г.

3. edu gov.kz/ цифровые образовательные ресурсы по физике 10-11кл

4. http://www.fizika.ru

5 Кронгарт Б. Кем В.Физика /учебник для 10 классов общеобразовательных школ/. –Алматы: Мектеп, 2009г.

МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ
АКТИВНЫЙ РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
Физика и астрономия	АКС
2 кредита	1 курс РЭиС, ВТиПО
Лекционное занятие № 14	1 семестр 2016-2017 уч.г.
Электропроводность газов. Несамостоятельные и самостоятельные разряды. Понятие о плазме. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия.
Преподаватель Бактыбекова А.Н.

Электрический ток в газах.

При нормальных условиях  газы  состоят  из  нейтральных молекул, и поэтому являются диэлектриками. Однако в ограниченном пространстве, в том числе и воздух, можно сделать проводниками. Для этого нужно создать в них подвижные носители зарядов, т.е. ионизировать молекулы газа. Ионизаторами газа могут быть: высокая температура; излучение; рентгеновское, ультрафиолетовое, α-излучение и т.д. в наряду с ионизацией всегда протекает и обратный процесс- рекомбинация ионов, т.е. образование нейтральных молекул из ионов газа. При ионизации от молекулы газа отрывается один из валентных электронов. Часть таких электронов присоединяется к нейтральным молекулам газа, образуя отрицательные ионы, часть остается в свободном состоянии. Таким образом, подвижными носителями заряда в ионизированном газе являются свободные электроны и ионы (как положительные, так и отрицательные). Поэтому проводимость ионизированного газа оказывается частично ионной и частично электронной.

Под действием внешнего электрического поля ионы обоих знаков и электроны движутся  в направлении действия сил электрического поля: положительные ионы  к катоду, отрицательные ионы и электроны - к аноду т. е.  электрический ток в газах - это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля.

Зависимость силы тока в газе от напряжения: только при небольших напряжениях ток в газе подчиняется закону Ома.

Ток в газе, значение которого не зависит от напряжения, называют током насыщения.

Химического действия ток в газе не создает и законы Фарадея к нему не применимы.

При достаточно высоком напряжении, когда напряженность поля между пластинами достигает десятков тысяч вольт на сантиметр, свободные электроны, двигаясь под действием сил поля, приобретают столь большую кинетическую энергию, что при столкновениях с молекулами газа отрывают от них электроны, т.е. ионизируют молекулы. Такое явление называется ударной ионизацией.

Электрический заряд в газе при атмосферном давлении.

Электрический ток через газ называют газовым разрядом.

Разряд в газе, который происходит только под действием постороннего ионизатора, называется несамостоятельным. Этот разряд еще называют тихим (он обнаруживается только) с помощью измерительных приборов.

Разряд в газе, который может происходит без воздействия постороннего ионизатора, называет самостоятельным.

Существует несколько механизмом образования новых носителей тока в газе.

Один из них - ударная ионизация. Чтобы ионизировать молекулу газа, нужно выполнить некоторую работу А_и, которую можно выразить соотношением:

е

Потенциал называют потенциалом ионизации атома или молекул.

Рассмотрим другие механизмы образования носителей тока при самостоятельном разряде.

При высокой температуре отрицательного электрода происходит термоэлектронная эмиссия, создающая значительное число свободных электронов в газе. Далее положительно заряженные ионы газа притягиваются к отрицательному электроду, и если их кинетическая энергия достаточно велика, то при ударе об электрод они могут выбивать из него электроны. Это явление называют вторичной электронной эмиссией.

При холодном катоде и нормальном давлении вторичная эмиссия в газе возникает только при высоком напряжении. Если же катод накален, то самостоятельный разряд будет происходить и при небольшом напряжении на электродах. Примером такого разряда является электрическая дуга, открытая в 1802 г. Русским физиком В.В.Петровым (1761-1834). Дуговой разряд в газе происходит при раскаленном катоде или при высоком напряжении между электродами. Электрическая дуга широко используется в технике: в дуговых электропечах, при электролизе для получения алюминия, для электросварки, в качестве мощного источника света в прожекторах и т.д. Закон Ома не применим к дуговому разряду.

Искровым называют разряд газа, происходящий при высоком напряжении, достаточном для образования лавинного пробоя. Большая сила тока в момент образования искры снижает напряжение на электродах, и разряд прекращается. Через некоторое время напряжение на электродах поднимается, и разряд вновь возобновляется. Эти разряды следуют друг за другом очень быстро и для газа сливаются в одну искру, которая имеет вид зигзагообразных светящихся линий, соединяющих электроды. При большой мощности источника тока искровой разряд может перейти в дуговой. Искра представляет собой тонкий ветвистый шнур сильно ионизированного газа. Благодаря высокой электрической проводимости этого шнура через него проходит очень большой ток. Газ в шнуре разогревается до очень высоких температур и ярко светится. Резкое повышение давления, вызванного разогревом газа, создает звуковой эффект. Примером грандиозного искрового разряда в природе является молния. Напряжение между землей и тучей во время грозы достигает нескольких сотен вольт, а сила тока в молнии превышает 100 000 А. Извилистый вид молнии объясняется тем, что разряд проходит через участки воздуха с наименьшим сопротивлением, а они расположены в газе случайным образом

Коронный разряд происходит в газе, когда ударная ионизация возникает не во всем про пространстве, занятом полем, а лишь близи электродов или проводов, где напряженность поля наиболее высокая.

Лавины затухают, достигая областей с более низкой напряженностью. Этот разряд протекает при напряжении, несколько меньшем того, которое необходимо для возникновения искры. Он возникает около проводов, находящихся под высоким напряжением. Коронный разряд сопровождается слабым свечением и характерном треском. При этом ионы, находящиеся в воздухе вблизи провода, разряжаются на нем, вызывая утечку энергии, передаваемой по проводам. Поэтому “корона” на проводах высоковольтных передач - явление вредное. Полезное применение коронной разряд находит в электрофильтрах для очистки топочных газов, загрязняющих воздух мельчайшими частицами золы и т.д.

Электрический разряд в разреженных газах при самостоятельной проводимости газа должно выполняться соотношение:

т.е. при увеличении длины свободного пробега электронов можно получить самостоятельную проводимость газа при меньшей напряженности поля Е, т.е при более низком напряжении. Таким образом, при разрежении газа его проводимость должна возрастать.

Заполняя трубу различными газами и пропуская через них ток, можно увидеть, что каждый газ (разряженный) имеет свой собственный цвет свечения. Например, аргон светится синим светом, неон - красным и т.д. Разряд в разреженном газе, сопровождающийся свечением называют тлеющим. Тлеющий разряд испускает не очень яркое свечение. Выделение тепловой энергии в газовом промежутке при тлеющем разряде невелико, и светящийся газ остается холодным. Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, которые широко применяются в световых рекламах.

Плазма. Ионизированный газ является проводником, хотя в целом он электрически нейтрален, так как содержит равные количества положительных и отрицательных зарядов, являющихся носителями тока. Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована, называют плазмой. По-другому можно сказать: плазмой называют вещество в таком состоянии, когда оно в целом электрически нейтрально, но содержит равные количества свободных положительных и отрицательных зарядов. Если в плазме встречаются нейтральные атомы или молекулы, то ее называют частично ионизированной. Когда же все молекулы или атомы вещества ионизированы, то плазму называют полностью ионизированной.

При температуре 20 000-30 000 К. любое вещество представляет собой полностью ионизированную плазму. Это наиболее распространенное состояние вещества в природе. Солнце и другие звезды, в которых сосредоточено почти все вещество Вселенной, представляют собой гигантские сгустки высокотемпературной плазмы. Из частично ионизированной плазмы состоят верхние слои атмосферы – ионосфера. Такого рода плазма, но в очень сильно разреженном состоянии, рассеяна и в космическом пространстве. Примером частично ионизированной плазмы является также газ, через который проходит электрический ток.

Электрический ток в вакууме.

В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре  они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов. При нагревании металла  из него вылетает большее количество электронов. Испускание электронов из металлов  при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией. Для осуществления термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого металла (нить накала). Подключенная  к источнику тока нить раскаляется и с ее поверхности  вылетают электроны. Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле между двумя электродами и начинают двигаться направленно, создавая электрический ток. Термоэлектронная эмиссия – явление испускания свободных электронов с поверхности нагретых тел. Электроны называют термоэлектронами, а тела – эмиттерами.

Вакуумом - принято называть такая степень разреженности газа, при которой длинна свободного пробега молекул больше линейных размеров сосуда.

Полный вакуум является идеальным изолятором. Для того чтобы через пространство, в котором создан высокий вакуум, пошел ток, нужно искусственно ввести в данное пространство свободные электроны. Это можно сделать с помощью термоэлектронной эмиссии, помещая в вакуум металлическую проволоку, которую можно включить в электрическую цепь

В этом случае свободные электроны движутся в вакууме беспрепятственно и за свет работы сил поля получают кинетическую энергию. Если напряжение между электродами равно U, то работа сил поля по перемещению электрона между электродами К и А выражается формулой:

А=Ue.

Посколько за счет этой работы электроны приобретают кинетическую энергию, получаем:

Где m-масса;v-скорость электрона; е-заряд электрона.

Напряжение в этом случае называют разгоняющим. Масса электрона очень мала, поэтому движением электронов в вакууме можно легко управлять.

Простейшую электронную лампу с двумя электродами называют двухэлектродной лампой, или диодом.

Диод замечателен тем, что он пропускает ток только в одном направлении.

Трехэлектродная лампа(триод).

В электронной лампе удобно управлять током с помощью дополнительного электрода, который помещают между катодом и анодом и называют сеткой.

Электронную лампу с сеткой называют трехэлектродной лампой, или триодом.

Электрический ток в вакууме - ϶то проводимость межэлектродного промежутка. Носители тока – это электроны, испущенные с катода за счёт термоэлектронной эмиссии.

Электроно-лучевая трубка. Для получения изображений на экране с помощью пучка электронов в осциллографах, телевизорах, радиолокацонных установках и других электронных приборах используют электронно-лучевую трубку.

Электронная пушка состоит из подогреваемого катода и управляющего электрода,который действует подобно сетке в триоде .

Свойства электронного пучка:

1. Попадая на тела, вызывает их нагревание.

2. Отклоняется электрическим и магнитным полем.

3. При торможении быстрых электронов, возникает рентгеновское излучение.

4. При попадании на некоторые вещества (люминофоры), вызывает их свечение.

Русский	Казахский			Английский
Закон Ома		Ом заңы	Ohm'sLaw
Полная цепь		Толық тізбек	completechain
Участок цепи		тізбек	plotchain
Электрическое поле		Электр өріс	Electric fIield
Электричество		Электр	Electricity
Сопротивление		Кедергі	resistance
Напряжение		кернеу	voltage
Проводник		Өткізгіш	Conductor
Половина		Жартылай	Half

Тест

$$$1.Сколько р-n переходов имеет полупроводниковый диод?

$$один

$два

$три

$ни одного

$$$2.Основной недостаток полупроводниковых диодов?

$$зависимость параметров от температуры

$зависимость от сопротивления

$зависимость параметров от приложенного напряжения

$пропускать ток в одном направлении

$$$3.От длины и площади поперечного сечения зависит…

$$Сопротивление проводника

$Сопротивление конденсатора

$Сопротивление резистора

$Сопротивление тока

$$$4. Формула, определяющая силу постоянного тока:

$$

$

$

$

$$$5.Закон Ома для участка цепи:

$$

$

$

$

$$$6.Что отсутствует в диэлектриках?

$$свободные электроны

$электрические диполи

$ядра

$положительные заряды

$$$7.Полное сопротивление участка цепи из последовательно включенных проводников:

$$

$

$

$

$$$8.Чему равна сила тока во всех частях цепи при последовательном соединении проводников?

$$

$

$

$

СРС: Л.1.Термисторы и фоторезисторы. Электрический ток в вакууме. Диод. Краткий конспект .

СРСП: Л.2.Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение. Плазма. Краткий конспект.