Электрический Ток в Газах
В газах существуют несамостоятельные и самостояг тельные электрические разряды.
Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой.
Носителями электрического тока при несамостоятельном разряде являются положительные ионы и отрицательные электроны. Вольт-амперная характеристика представлена на рис. 54. В области ОАВ - несамостоятельный разряд. В области ВС разряд становится самостоятельным.
При самостоятельном разряде одним из способов ионизации атомов является ионизация электронным ударом. Ионизация электронным ударом становится возможна тогда, когда электрон на длине свободного пробега А приобретает кинетическую энергию Wk, достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома. Виды самостоятельных разрядов в газах - искровой, коронный, дуговой и тлеющий разряды.
Искровой разряд возникает между двумя электродами заряженными разными зарядами и имеющие большую разность потенциалов. Напряжение между разноименно заряженными телами достигает до 40 000 В. Искровой разряд кратковременный, его механизм - электронный удар. Молния - вид искрового разряда.
В сильно неоднородных электрических полях, образующихся, например, между острием и плоскостью или между проводом линии электропередачи и поверхностью Земли, возникает особая форма самостоятельного разряда в газах, называемая коронным разрядом.
Электрический дуговой разряд был открыт русским ученым В. В. Петровым в 1802 г. При соприкосновении двух электродов из углей при напряжении 40-50 В в некоторых местах возникают участки малого сечения с большим электрическим сопротивлением. Эти участки сильно разогреваются, испускают электроны, которые ионизируют атомы и молекулы между электродами. Носителями электрического тока в дуге являются положительно заряженные ионы и электроны.
Разряд, возникающий при пониженном давлении, называется тлеющим разрядом. При понижении давления увеличивается длина свободного пробега электрона, и за время между столкновениями он успевает приобрести достаточную для ионизации энергию в электрическом поле с меньшей напряженностью. Разряд осуществляется электронно-ионной лавиной.
Твёрдых тел
По виду зонной структуры твёрдые тела классифицируют на проводники, полупроводники и диэлектрики.
проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, таким образом электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.
полупроводники — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет менее 4эВ. Для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые (собственные, нелегированные) полупроводники слабо пропускают ток.
диэлектрики — зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 4эВ. Таким образом, для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят.
ЗАКОН ОМА
Однородный участок цепи ( = 0):
Наблюдения показывают, что сила тока на участке цепи прямопропорциональна напряжению (I ~ U) и обратнопропорциональна сопротивлению (I ~ 1/R). Следовательно,
I = U/R . (10)
Формула (10) представляет собой закон Ома для однородного участка цепи.
Вольтамперная характеристика имеет вид, изображенный на графике:
Из формулы (10) следует, что U = I*R. Произведение I*R называют падением напряжения.
Замкнутая полная цепь имеет вид:
здесь
R - внешнее сопротивление (общее сопротивление устройств и соединительных проводов, включенных в электрическую цепь); r - внутреннее сопротивление ( электросопротивление источника тока).
Напряжение в замкнутой цепи равно электродвижущей силе источника (тема 1). Полное сопротивление цепи складывается из внешнего и внутреннего сопротивления. Поэтому "сила тока в замкнутой цепи равна отношению э.д.с. к ее полному сопротивлению":
I = / (R + r) . (11)
Формула (11) представляет собой закон Ома для замкнутой цепи.
Из (11) следует, что = I*R + I*r. Таким образом э.д.с. равна сумме падения напряжений во внешней и внутренней цепи.
5……..Переменным называется электрический ток, меняющийся во времени по величине и направлению. Значения тока в определённый момент времени называются мгновенными. Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени, называются периодическими и изменяются по гармоническому закону.
Такой ток создается генераторами переменного тока, в которых электродвижущая сила возникает в результате процесса электромагнитной индукции. В цилиндрической полости, изготовленной из мягкой стали, вращается постоянный магнит, называемый ротором. Неподвижный сердечник с его обмоткой называется статором.
Благодаря простоте трансформации его напряжения почти без потерь мощности переменный ток используется для передачи и распределения электрической энергии. Широко применяются трёхфазные системы переменного тока. Генераторы и двигатели переменного тока по сравнению с машинами постоянного тока при равной мощности меньше по габаритам, проще по устройству, надёжнее и дешевле.
Переменный ток может быть преобразован в постоянный при помощи выпрямителей (для большинства устройств требуется постоянный ток). Переменный ток широко применяется в устройствах связи (радио, телевидение, проволочная телефония на дальние расстояния).
Мгновенное значение силы тока определяется по формуле:
i = Im sin (ωt + φi), где
Im - амплитуда тока, ω - его угловая частота, a - начальная фаза.
Синусоидальный (гармонический) ток создаётся синусоидальным напряжением той же частоты:
u = Um sin (ωt + φu), где
Um - амплитуда напряжения, b - начальная фаза.
Действующие значения такого постоянного тока равны:
I = Im/√2 ≈ 0,707 Im,
U = Um/√2 ≈ 0,707 Um.
Из-за наличия в цепи переменного индуктивности или ёмкости между током i и напряжением u в общем случае возникает сдвиг фаз j = φu - φi, зависящий от параметров цепи (активного сопротивления, индуктивности, ёмкости ) и угловой частоты ω. В цепи, не содержащей ни индуктивности, ни ёмкости, ток совпадает по фазе с напряжением.