23. Закон Бойля-Мариотта.

Несколько раз медленно изменяют объем воздуха в приборе и наблюдают за показаниями манометра. Убеждаются что с уменьшением (увеличением) объема давление увеличивается (уменьшается) во столько же раз. Результаты записывают в таблицу. Полученные результаты дают возможность сделать вывод, что при неизменной массе газа и постоянной температуре произведение объема газа на давление есть величина постоянная, т. е. объем газа обратно пропорционален производимому на него давлению.

24. Нма «атомы и излучение»

Почти весь этот материал дается в ознакомительном плане. Исключение составляет только вопрос о несамостоятельном и самостоятельном разрядах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды в газах. Учащиеся из жизненного опыта знают, что газы в обычном состоянии не электропроводны.

П редставим себе камеру, в которой газ ионизуется и к контактам которой подводится регулируемое напряжение . Будем наблюдать, как изменяется сила тока в камере от приложенного напряжения U. График этой зависимости представлен на рисунке. Через точку С мы провели вертикальную пунктирную прямую, которая разделяет график на две части. Все, что слева от этой прямой, относится к несамостоятельному разряду, т. е. разряду, существующему только под действием внешнего ионизатора. Все, что справа,— к самостоятельному разряду, для его существования нет необходимости во внешнем ионизаторе. С учащимися подробно разбирают участок графика для самостоятельного разряда, участок ОА, где имеет место линейная зависимость между I и U, участок АВ, соответствующий так называемому току насыщения, а также участок ВС, для которого характерны переходные процессы от несамостоятельного к самостоятельному разряду. Самостоятельный разряд в газе возникает тогда, когда напряженность электрического поля столь велика, что поле в состоянии так разогнать электроны, что их энергия становится достаточной для ионизации газа. Возникает так называемая ионизация ударом (электроном). Этот процесс развивается лавинообразно, так как все новые и новые электроны производят ионизацию. Но эта лавина, возникнув, может исчезнуть, если для ее поддержания не будут возникать все новые электроны — родоначальники этих лавин. Они же возникают в результате бомбардировки катода по­ложительными ионами. При напряжении, равном U_B, начинают воз­никать электронные лавины, но еще ионы не выбивают электроны из катода. При напряжении, равном U_c, положительные ионы со­здают эмиссию электронов из катода и начинается действительно самостоятельный разряд в газах.

С учащимися желательно разобрать следующие вопросы: 1. Внешнего ионизатора нет, но сразу к электродам камеры приложено напряжение U, которое меньше U_c и больше U_B. Лавина возникнет, так как для ее появления нужен хотя бы один электрон, а он обязательно будет в газе в результате действия кос­мических лучей. Самостоятельного разряда не будет, так как ток будет кратковременным. 2. Что произойдет, если к газовому промежутку приложить напряжение U>U_c Возникнет самостоятельный разряд. Для этого в газовом промежутке достаточно быть хотя бы одному свободному электрону. Самостоятельный разряд при атмосферном давлении. Существует несколько видов самостоятельного разряда при атмосферном давлении: а) коронный разряд, б) искровой разряд, в) дуговой разряд. Все виды разрядов демонстрируют, выясняют условия, при которых они возникают, их проявление в природе и применение в технике. Коронный разряд возникает в сильно неоднородных электрических полях, около проводов линий передач высокого напряжения, у заостренных частей проводов и т. п. Этот вид разряда приводит к значительным потерям энергии, что нежелательно. Искровой разряд возникает между проводниками при очень большой напряженности электрического поля. В природе искровой разряд — хорошо известная учащимся молния. Дуговой разряд возникает при низком напряжении между электродами, которые вначале должны быть приведены в соприкосновение, накалиться, а потом разведены. Электрический разряд в газах при пониженном давлении. Тлеющий разряд находит применение в неоновых лампах и газосветных трубках. Полезно на внеклассных занятиях рассмотреть с учащимися устройство и принцип действия люминесцентной лампы. Плазмой называется особое состояние вещества. Это ионизованный газ, который в целом электрически нейтрален. Изучая тлеющий газовый разряд при пониженном давлении, учащиеся впервые встречаются с так называемой холодной плаз­мой, выясняют, как она получается. Им надо объяснить, что в состояние ионизации газ можно привести также путем нагревания. Явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление показывают с помощью демонстрационного диода либо с обычными электронными лампами. Электрометр заряжают положительно (палочкой из оргстекла, потертой о мех). При включении цепи накала электронной лампы наблюдается разряд электрометра. Если электрометр зарядить отрицательно, то он разряжаться не будет.

В ходе беседы с учащимися выясняется, что разряд электрометра возможен лишь в том случае, когда в лампе образовался от катода поток отрицательно заряженных частиц. Сообщаем, что это поток электронов. Температура нити накала увеличивается, энергия электронов возрастает и часть электронов может покинуть металл, образуя вокруг него «облако» электронов. Здесь уместна аналогия с хорошо известным учащимся явлением — испарением жидкости.

Уместно выяснить с учащимися, является ли нагревание проводника (катода) электрическим током единственно возможным способом обеспечения эмиссии. Учащиеся должны ответить, что эмиссия может быть создана разными способами. Важно только, что в любом из них достигается увеличение кинетической энергии электронов. Часть из электронов с энергией eU, которая равна работе выхода А_вых или больше ее, будут способны покинуть металл и образовать вокруг него облако электронов. Между металлом и этим облаком существует динамическое равновесие.

Учащимся сообщают, что электронная лампа с двумя электродами (катодом и анодом) называется диодом. Катод в лампе может быть двух видов: прямого и косвенного накала. Необходимо разъяснить устройство подогревного катода. Вольфрамовая нить накала находится внутри фарфорового цилиндра, на который надет никелевый цилиндр. Эмитирует электроны активный слой, нанесенный на этот никелевый цилиндр. Чаще всего в качестве активного слоя используется оксид бария или стронция. Зависимость силы анодного тока от напряжения на участке анод—катод называют вольт-амперной характеристикой диода. Учащимся необходимо объяснить, почему полученная зависимость нелинейна (играет роль пространственный заряд, возникаю­щий в результате термоэлектронной эмиссии вблизи катода). Учащиеся должны понять, что с увеличением накала растет эмиссия и пространственный заряд у катода увеличивается. Следовательно, увеличится и ток насыщения. При уменьшении накала ток насыщения будет меньше. Характер же зависимости сил тока от, напряжения останется таким же. Учащиеся могут нарисовать семейство характеристик. После рассмотрения свойств электронных пучков переходят к изучению устройства, принципа дей­ствия и применений электроннолучевой трубки.

На повышенном уровне в школах изучается строение и действие лазера. В школе для демонстрации лазера используют газовый гелио-неоновый лазер ЛГН-109. работа лазера основана на индуктированном(вынужденном) излучении света атомами т.е. атомы при переходят из высшего энергетического состояния на низшие переходят не самопроизвольно, а под влиянием внешнего воздействия (электр. волны). Такие переходы сопровождаются излучением фотона, который тождествен тому фотону, который вызвал этот переход. Поэтому вынужденное излучение приобретает свойство монохроматичности, когерентности, направленности и поляризованности (лазерное излучение). Реализация этих идей осуществляется трехуровневой схемой генерации лазерного излучения. 1-3─ атом поглощает фотон (система переходит из основного сост-я 1 в возбужденное сост-е 3 за счет поглощения света; этот процесс наз-ся накачкой ); 3-2─ система самопроизвольно переходит из 3 в 2 без излучения света, энергия при этом передается рабочему телу; 2-1─ происходит вынужденное излучение под действием внешней электромагнитной волны (генерация, лазерное излучение).