46.Електричний струм в газах. Розряди в природі та техніці.

За звичайних умов гази майже повністю складаються із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками. За звичайних умов газі Майже повністю складають Із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектрікамі. Для того, щоб газ почав проводити електричний струм, його потрібно забезпечити вільними електричними зарядами. Для того, щоб газ почав проводитись Електричний струм, Його потрібно Забезпечити вільнімі електричним зарядами. Для цього можна: Для задовольняють можна:

1) нагріти газ (З підвищенням температури теплові рухи молекул газу призведуть до втрати електронів молекулами, а отже, й утворення позитивно заряджених іонів. Деякі нейтральні молекули приймуть вільні електрони і стануть негативно зарядженими іонами, крім того, самі вільні електрони зможуть створити струм. Чим вища температура, тим більше вільних електронів.); 1) нагріті газ (З підвіщенням температури теплові Рухи молекул газу прізведуть до Втрати електронів молекулами, а Отже, й утворення позитивно зарядженого іонів. Деякі нейтральні молекули приймуть Вільні електроних І стануть негативно зарядженого іонамі, крім того, Самі Вільні електроних зможуть Створити струм. Чім вища температура, тім більше вільніх електронів.);

2) помістити в газ джерело радіоактивного випромінювання; 2) помістіті в газ джерело радіоактівного віпромінювання;

3) помістити в газ нагріту металеву нитку, з якої будуть випаровуватись вільні електрони, які і створять струм. 3) помістіті в газ нагріту металева нитку, з якої Будуть віпаровуватісь Вільні електронні, які І створять струм.

Отже, щоб газ проводив електричний струм, в нього треба помістити іонізатор. Отже, щоб газ провівши Електричний струм, в нього треба помістіті іонізатор. Завдяки іонізації в газі утворюються вільні носії електричного заряду - іони та електрони. Завдякі іонізації в газі утворюють Вільні носії електричного заряду - іоні та електронних.

Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом . Процес проходження електричного Струму через газ називають газовому розряда.

Після припинення дії іонізатора газ перестає бути провідником. Після припинення дії іонізатора газ перестає буті провідником. Струм припиняється після того, як усі іони й електрони досягнуть електродів. Струм пріпіняється після того, Як Усі іоні ї електроних досягнуть електродів. Крім того, під час зближення електрон і позитивно заряджений іон можуть знову втратити нейтральний атом. Крім того, Під годину збліження електрон І позитивно зарядженого ІОН мо-жуть Знову втратіті нейтральний атом. Такий процес називають рекомбінацією заряджених частинок . Такий процес називають рекомбінацією зарядженості частинок.

Помістимо в газ два металеві електроди, до яких прикладено напругу U . Помістімо в газ два металеві електрода, до якіх прикладі напругу U. Тиск газу в трубці бажано знизити. Тиск газу в трубці Бажана знізіті. Помістимо в трубці іонізатор, який буде утворювати певне число вільних зарядів за одиницю часу (рис. 4.3.5). Помістімо в трубці іонізатор, Який буде утворювати певне число вільніх зарядів за одиницю часу (рис. 4.3.5). Постійно підвищуючи напругу, будемо вимірювати силу струму в колі. Постійно підвіщуючі напругу, будемо вімірюваті силу Струму в колі. Результати нанесемо на графік (рис. 4.3.6). Результати нанесемо на Графік (рис. 4.3.6).

Значення сили струму в газі буде зростати зі збільшенням прикладеної напруги, згідно із законом Ома для ділянки кола, а коли досягне деякого значення, стане незмінним, що вкаже на стан насиченості в трубці. Значення сили Струму в газі буде зростаті Зі збільшенням прікладеної напругу, згідно із Законом Ома для ділянкі кола, а коли досягнена деяки значення, стані незміннім, Що вкаже на стан насіченості в трубці. Це означає, що всі носії, які утворює іонізатор, беруть участь у створенні струму. Це означає, Що ВСІ носії, які утворює іонізатор, беруть участь у створенні Струма. Якщо дію іонізатора припинити, то припиниться і розряд, оскільки інших джерел іонів немає. ЯКЩО дію іонізатора пріпініті, то припин І розряд, оскількі Інших джерел іонів Немає. Тому такий розряд називають несамостійним . Тому такий розряд називають несамостійнім.

Будемо і далі продовжувати підвищувати напругу на електродах. Будемо І Далі продовжуваті підвіщуваті напругу на електрода. За деякої граничної напруги в трубці знову почне зростати сила струму (рис. 4.3.7). За деякої гранічної напругу в трубці Знову почнемо зростаті сила Струму (рис. 4.3.7).

Це означає, що в газі з'являються додаткові іони до тих, що утворилися внаслідок дії іонізатора. Це означає, Що в газі з'являються Додаткові іоні до тих, Що утворилася внаслідок дії іонізатора. Сила струму при цьому може зрости в сотні разів, а число іонів, які виникнуть у процесі розряду, може стати таким великим, що зовнішній іонізатор буде вже непотрібним для підтримання розряду. Сила Струми при цьому Може зроста в сотні разів, а число іонів, які вінікнуть у процесі розряда, Може дива таким великим, Що Зовнішній іонізатор буде Вже непотрібнім для підтрімання розряда. Якщо забрати зовнішній іонізатор, то розряд не припиниться. ЯКЩО забраті Зовнішній іонізатор, то розряд НЕ припин. Розряд, який може існувати без зовнішнього іонізатора, називають самостійним розрядом . Розряд, Який Може існуваті без зовнішнього іонізатора, називають самостійнім розряда.

Причиною різкого збільшення сили струму у разі великих напруг (рис. 4.3.7) є зростання кінетичної енергії електронів, що утворилися внаслідок дії зовнішнього іонізатора. Причиною різкого збільшення сили Струми у разі великих напруг (рис. 4.3.7) є зростанню кінетічної ЕНЕРГІЇ електронів, Що утворилася внаслідок дії зовнішнього іонізатора. На своєму шляху електрон зіштовхується з іонами і нейтральними атомами. На своєму шляху електрон зіштовхується з іонамі І нейтральні атоми. Кінетична енергія електрона перед черговим зіткненням пропорційна напруженості поля і довжині вільного пробігу електрона (шляху між двома послідовними зіткненнями): Кінетічна енергія електрону перед чергові зіткненням пропорційна напруженості поля І довжіні вільного пробігу електрону (шляху Між двома послідовнімі зіткненнямі):

. .

Якщо кінетична енергія електрона більша за роботу іонізації A _i , яку треба виконати, щоб іонізувати нейтральний атом, тобто ЯКЩО кінетічна енергія електрону більша за роботу іонізації A _i, Яку треба віконаті, щоб іонізуваті нейтральний атом, тоб

, ,

то під час зіткнення електрона з атомом відбувається іонізація. то Під годину зіткнення електрону з атомом відбувається іонізація. Кількість заряджених частинок швидко наростає, виникає електронна лавина. Кількість зарядженості частинок Швидко наростає, вінікає електронна лавина. Цей процес називають іонізацією електронним ударом . Цей процес називають іонізацією електронним ударом. Однак цього замало. Однак задовольняють замало. Для підтримання такого розряду потрібна емісія електронів з катода. Для підтрімання такого розряду потрібна емісія електронів з катода. Цьому сприяють швидкі позитивні іони, що утворюються після зіткнення електронів з нейтральними атомами і внаслідок дії електричного поля вдаряються об катод. Цьому спріяють Швідкі Позитивні іоні, Що утворюють після зіткнення електронів з нейтральними атомами І внаслідок дії електричного поля вдаряються про катод.

Залежно від властивостей і стану газу, а також від якостей і розміщення електродів, прикладеної до них напруги виникають різні види самостійного розряду в газах. Перелогових від властивостями І стану газу, а такоже від якости І РОЗМІЩЕННЯ електродів, прікладеної до них напругу виникають Різні види самостійного розряду в газах. Якщо тиск низький, виникає тліючий розряд . ЯКЩО Тиск низько, вінікає тліючій розряд. За атмосферного тиску можна отримати електричну дугу , коронний та іскровий розряди . За атмосферного Масова можна Отримати електричних дугу, коронний та іскровій розряда.

Тліючий розряд використовують у газоосвітлювальних лампах. Тліючій розряд використовують у газоосвітлювальніх лампах. Електрична дуга є потужним джерелом світла і широко використовується в прожекторах, установках для зварювання і різання металів тощо. Електрична дуга є потужній джерелом світла І широко вікорістовується в прожекторах, установках для Зварювання І різання металів ТОЩО. Прикладом велетенського іскрового розряду є блискавка. Прикладом велетенського іскрового розряду є блискавка. Іскровий розряд використовують для запалення суміші палива і повітря у двигунах внутрішнього згоряння, для точної обробки металів тощо. Іскровій розряд використовують для запалення Суміші палів І Повітря у перебирання внутрішнього згоряння, для точної обробка металів ТОЩО.

Коронний розряд, що виникає за атмосферного тиску поблизу загострених ділянок провідника, у разі великого заряду має вигляд корони, що світиться навколо вістря. Коронний розряд, Що вінікає за атмосферного Масова Поблизу загостреніх ділянок провідника, у разі великого заряду МАЄ Вигляд корони, Що світіться Навколо вістря. Його використовують в електричних фільтрах для очищення промислових газів від домішок. Його використовують в електричних фільтрах для очищення промислових газів від домішок.

Якщо температури досить високі, розпочинається іонізація газу через зіткнення атомів чи молекул, які швидко рухаються. ЯКЩО температури Досить вісокі, розпочинається іонізація газу через зіткнення атомів чи молекул, які Швидко рухаються. Речовина переходить в новий стан - плазму. Речовини переходити в новий стан - плазму.

Плазма - це частково чи повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів майже збігаються. Плазма - Це частково чи повністю іонізованій газ, в якому густин позитивних І негативних зарядів Майже збігаються. Плазма вважається четвертим станом речовини. Плазма вважається четвертим станом речовини. У повністю іонізованій плазмі електрично нейтральних атомів немає, тому плазма дуже добре проводить струм. У повністю іонізованій плазмі електричних нейтральних атомів Немає, тому плазма Дуже Добре проводити струм. У цілому плазма являє собою електрично нейтральну систему. У цілому плазма являє собою електричних нейтральну систему.

Поряд з нагріванням іонізація газу і утворення плазми можуть бути викликані різними способами, наприклад, бомбардуванням атомів газу швидкими зарядженими частинками. Порядку з нагріванням іонізація газу І утворення плазми можуть відтворювати буті віклікані різнімі способами, напріклад, бомбардуванням атомів газу швидких зарядженості частинка. При цьому утворюється низькотемпературна плазма . При цьому утворюється нізькотемпературна плазма.

Через велику рухливість заряджених частинок у плазмі, вони легко переміщуються під дією електричного і магнітного полів, тому будь-які локальні порушення електронейтральності плазми швидко ліквідуються. Через велику рухлівість зарядженості частинок у плазмі, смороду легко переміщуються Під дією електричного І магнітного полів, тому будь-які локальні порушення електронейтральності плазми Швидко ліквідуються.

На відміну від нейтрального газу, між молекулами якого є короткодіючі сили, між зарядженими частинками плазми діють кулонівські сили, які порівняно повільно зменшуються з відстанню. На відміну від нейтрального газу, Між молекулами якого є короткодіючі сили, Між зарядженості частинка плазми діють кулонівські сили, які порівняно Повільно зменшуються з відстанню. Кожна частинка взаємодіє одночасно з багатьма навколишніми частинками. Кожна частинка взаємодіє Одночасно з багатьма навколішнімі частинка. Завдяки цьому частинки можуть брати участь не тільки в хаотичному тепловому русі, а і в упорядкованих (колективних) рухах. Завдякі цьому частинки можуть відтворювати брати участь не Тільки в хаотичному тепловому Русі, а і в упорядкованіх (колективних) рухах. У плазмі легко збуджуються різні коливання й хвилі. У плазмі легко збуджуються Різні коливання ї Хвилі.

Провідність плазми підвищується зі зростанням ступеня іонізації. Провідність плазми підвіщується Зі зростанню ступені іонізації. За високої температури повністю іонізована плазма за своєю провідністю наближається до надпровідників. За вісокої температури повністю іонізована плазма за своєю провідністю Наближається до надпровідніків.

У стані плазми перебуває близько 90 % речовини Всесвіту (Сонце, зорі, міжзоряний простір). У стані плазми перебуває близьке 90% Речовини Всесвіту (Сонце, зорі, міжзоряній простір).

Плазма оточує нашу планету. Плазма оточує нашу планету. Верхній шар атмосфери на висоті 100 - 300 км є іонізованим газом - іоносферою . Верхній шар атмосфери на вісоті 100 - 300 км є іонізованім газом - іоносферою. Полум'я запаленого сірника це також плазма. Полум'я запалення сірніка Це такоже плазма.

Плазма виникає при всіх видах розряду в газах: тліючому, дуговому, іскровому тощо. Плазма вінікає при ВСІХ видах розряду в газах: тліючому, дугові, іскровому ТОЩО. Таку плазму називають газорозрядною. Таку плазму називають газорозрядною. Її використовують у лазерах. Її використовують у лазерах.

Струмінь плазми застосовують у магнітогідродинамічних генераторах, плазмотронах. Струмінь плазми застосовуються у магнітогідродінамічніх генераторах, плазмотронах. Потужні струмені плазми застосовують для різання і зварювання металів, буріння свердловин, прискорення перебігу хімічних реакцій тощо. Потужні струмені плазми застосовуються для різання І Зварювання металів, Буріння свердловин, прискорення перебігу хімічніх реакцій ТОЩО.

Найбільші перспективи фізики вбачають у застосуванні високотемпературної плазми ( T > 10 ⁸ К) для створення керованих термоядерних реакцій. Найбільші перспективи фізики вбачають у застосуванні вісокотемпературної плазми (T> 10 ⁸ К) для Створення керованіх термоядерних реакцій.