- •Лекция № 13. Электрический ток в электролитах и газах.
- •I.Электрическая диссоциация молекул в растворах. Закон Ома для жидкостей.
- •II. Электролиз.Законы Фарадея.
- •Законы электролиза (Фарадея).
- •III.Электропроводность газов.Подвижность газовых ионов.
- •IV.Теория самостоятельного и несамостоятельного разряда в газах.
- •1. Пробой газа происходит при постоянном для каждого газа отношении напряженности поля к давлению газа:
- •2. Условие перехода несамостоятельного разряда в самостоятельный:
- •V.Виды самостоятельных газовых разрядов.Катодные и каналовыелучи.Понятие о призме.
- •1. Тлеющий разряд.
- •Описание тлеющего разряда:
- •2. Разряды при нормальных давлениях:
- •3. Катодные и каналовые (анодные) лучи.
- •4. Плазма.
III.Электропроводность газов.Подвижность газовых ионов.
Исследование электрического тока в газах явилось основой учения об атмосферном электричестве, привело к открытию катодных, рентгеновых лучей, фотоэффекта, газовые разряды используются для получения управляемых термоядерных реакций.
Газы при невысоких температурах и давлениях Р атм., являютсяизоляторами.
Внешние воздействия: нагревание, радиоактивные излучения, ультрафиолетовые и рентгеновые лучи – вызывают в газе появление заряженных частиц (ионов и электронов), обуславливающих их электропроводность.
Процесс образования ионов называется ионизацией газов.
При ионизации образуются: ион+, ион–, электрон.
Энергия ионизации: 5 25 эВ (Н2– 15,4 эВ;Na– 5,1 эВ; Не – 24,5 эВ)
Энергию ионизации можно передать с помощью заряженных частиц, если ускорить их в электрическом поле:
|
, где U– называется потенциал ионизации. |
Процесс, обратный ионизации называется рекомбинацией (молизацией).
При рекомбинации энергии выделяется часто в виде светового излучения, поэтому ток в газах сопровождается свечением, причем эта одна из форм свечения, используется в газосветных рекламных трубках.
Рассмотрим движение газовых ионов в электрическом поле.
v~E; , где bзависит от λ, а λ от давления Р, λ – длина свободного пробега. |
Ионы в газе движутся подобно электронам в металле, сталкиваясь с нейтральными молекулами при прохождении . В промежутках между столкновениями заряженные частицы приобретают энергию равную:
В зависимости от величины ЕК, места нахождения ионов, давления Р – могут иметь место различные виды ионизации:
1. Ионизация ударом (при столкновении с нейтральными молекулами), приводящая к образованию электронных лавин.
2. Вторичная эмиссия электронов (выбивание электронов из катода положительными ионами).
3. Внутренняя фотоионизация (образование ионов при поглощении нейтральными атомами излучения от рекомбинации).
ВЫВОД: Ток в газах – направленное движение ионов и электронов.
IV.Теория самостоятельного и несамостоятельного разряда в газах.
Опытное исследование проводимости в газе можно представить в виде вольт-амперной характеристики разряда в газах.
ОАВ – несамостоятельный разряд ВС… – самостоятельный разряд U3– напряжение зажигания (пробоя газа) |
Рассмотрим процесс прохождения тока в газе, причем с момента ионизации.
Пусть ионизатор в ед. времени в ед. объемасоздает ∆nоионов каждого знака.
1) – убыль ионов за счет рекомбинации в ед. времени в ед. объема
2) – убыль ионов за счет тока проводимости в ед. времени в ед. объема
Определим из следующих соображений:
Q– заряд, уходящий из объема конденсатораV=S.lза времяравен:
(5)
Уравнение (5) характеризует стационарное состояние газа, оно показывает, что число пар ионов в 1 см3 газа в общем случае зависит от величины тока. Рассмотрим два предельных случая:
Для несамостоятельного разряда (область ОА) |
а) jмала (малые напряжения поля в газе), т.е. ток далек от насыщения. В газе существуют только положительные и отрицательные ионы. Заряд, переносимый полем: Q = Q+ + Q– , где ∆n0– убыль ионов в ед. времени в ед. объема; n0– убыль ионов в ед. объема; ℓ – расстояние между пластинами; Q = qn0(v+ + v–)Sτ; E (6) Уравнение (6) – закон Ома для электрического тока в газах (для несамостоятельного разряда в области далекой от насыщения) no– число пар ионов в ед. объема |
Длянесамостоятельного разряда (область насыщения АВ) |
б) Пусть поле между пластинами сильное и рекомбинации нет, т.е. :
(7) Ток по уравнению (7) определяется лишь мощностью ионизатора и называется током насыщения. no– число ионов, образующихся в ед. времени в ед. объема. |
Теория самостоятельного разряда затруднена тем, что для его осуществления требуется кроме лавиного разряда наличие других процессов, производящих новые электроны взамен ушедшим на анод: вторичная эмиссия, внутренняя фотоионизация и др.
Совместный учет всех факторов чрезвычайно затруднителен.
Общая теория самостоятельного разряда не завершена по настоящее время, хотя отдельные закономерности получены: