Билет № 6

1. Электропроводимость газов. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд. Виды и применение самостоятельных разрядов.

При нормальных условиях ( небольшом давлении и температуре ) газ-изолятор, т. е. в нем мало свободных зарядов. В результате внешнего воздействия- ионизатора ( нагревания, ультрафиолетового, рентгеновского, или гамма- излучения) происходит ионизация газа т. е. отрыв электронов от атомов или молекул. При отрыве электрона атом превращается в положительный ион. Нейтральный атом может присоединить к себе электрон, тогда появится отрицательный ион. Таким образом, в ионизированном газе могут быть 3 вида свободных зарядов: положительные и отрицательные ионы и электроны. Под действием электрического поля ионы и электроны создадут электрический ток т. е. проводимость газов электронно-ионная.

Несамостоятельный газовый разряд.

П роцесс протекания тока через газ называется газовым разрядом. Разряд, существующий только во время действия внешнего ионизатора, называется несамостоятельным. При ионизации газа в зазоре конденсатора образуются противоположные по знаку заряды. По мере увеличения напряжения все большее число частиц вовлекаются в направленное движение, сила тока растет. При некотором напряжении U_н все образовавшиеся за единицу времени частицы достигают электродов, сила тока становится максимальной, при данной степени ионизации. Если ионизатор прекратит действие, то разряд прекратится.

Самостоятельный газовый разряд.

При дальнейшем повышении напряжения от U_з и выше сила тока резко начинает возрастать. Если убрать внешний ионизатор, разряд продолжится. Значит заряды, необходимые для поддержки электропроводимости газа, теперь создаются самим разрядом. Газовый разряд, который существует без действия внешнего ионизатора, называют самостоятельным разрядом. Напряжение U_з, при котором разряд становится самостоятельным, называют напряжением зажигания газового разряда или напряжением пробоя. Самостоятельный газовый разряд поддерживается за счет ударной ионизации электронами, ускоренными электрическим полем. Под действием электрического поля скорость электронов возрастает настолько, что при соударении электрона с атомом, атом теряет электрон. При достаточной напряженности электрического поля оба электрона набирают до следующего столкновения энергию, достаточную для ионизации следующего атома. Число электронов растет очень быстро, говорят, образуются электронно-ионная лавина. Этого не достаточно, необходимо компенсировать электроны, ушедшие на анод. Эти электроны могут появиться из катода при бомбардировке катода положительными ионами и фотонами ( при освещении катода), движущимися к катоду под действием электрического поля.

Типы самостоятельных разрядов:

а) Коронный разряд

возникает при атмосферном давлении в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности

б )Искровой разряд

возникает при большой напряженности электрического поля.

в ) Дуговой разряд

Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшить расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным- возникает дуговой разряд. При этом сила тока резко возрастает, достигая сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Дуговой разряд можно получить от источника низкого напряжения, минуя стадию искры. Для этого электроды сближаются до соприкосновения, они сильно раскаляются электрическим током, потом их разводят и получают электрическую дугу ( именно так она была открыта В.В. Петровым). При атмосферном давлении температура катода примерно 3900 К. Дуговой разряд поддерживается за счет высокой температуры катода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии, а также термической ионизации молекул, обусловленной высокой температурой газа. Дуговой разряд применяется для сварки и резки металлов, получения высококачественных сталей в дуговых печах, освещения (прожекторы).

г ) Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Тлеющий разряд – это свечение газосветных трубок в надписях и рекламах, это лампы дневного света. Характер свечения зависит от химического состава газа в трубке и состава вещества, покрывающего внутреннюю поверхность трубки.

2. Естественная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.

Явление радиоактивности подтверждает сложный состав атома. Радиоактивность заключается в том, что ядро некоторых химических элементов самопроизвольно, без действия внешних факторов создают невидимое излучение, которое обладает определенными свойствами. Радиоактивность открыл в 1896г. Анри Беккерель для урана. Невидимые лучи действовали на фотопластинку, ионизировали газ, имели высокую проникающую способность. Изучение радиоактивности (этот термин появился позднее) продолжили многие ученые. В 1898г. французские физики Мари Кюри и Пьер Кюри из отходов урановой руды получили два новых химических элемента. Сначала полоний (Ро), занявший 84 клетку в таблице Менделеева, а затем радий (Ra), занявший 88 клетку. Излучения радия было очень сильным, термин радиоактивность стал применяться после открытия радия. Кюри также выяснили, что все элементы, начиная с 83 в разной степени радиоактивны.

Э.Резерфорд, исследуя радиоактивное излучение, обнаружил его неоднородность. В магнитном и электрическом полях излучение делилось на три части. Компоненты излучения были названы: альфа –лучами (α), бета-лучами (ß), гамма-лучами (γ).

α- лучи слабо отклоняются в электрическом и магнитном полях как положительно заряженные частицы. Масса этих частиц в четыре раза превосходит массу атома водорода. Позднее было определено, α- лучи- это ядра атомов гелия. У α- лучей очень сильная ионизирующая способность, но проникающая способность слабая, т.е. это излучение хорошо поглощается веществом.

ß-лучи отклонялись в магнитном и электрическом поле противоположно α-лучам, но значительно сильнее, они представляют собой поток быстрых электронов. Проникающая способность ß-лучей значительно больше, чем у α- лучей, а ионизирующая много слабее.

γ-лучи не отклонялись в электрическом и магнитных полях, они оказались очень жестким электромагнитным излучением ( электромагнитные волны очень малой длины, большой проникающей способностью). Обнаружить γ-лучи можно и после прохождения железной плиты метровой толщины.