Билет #12

1. Диаграмма растяжения - это график зависимости .

На участке 0 – 1 график имеет вид прямой, проходящей через начало координат. Это значит, что до определенного значения напряжения деформация является упругой и выполняется закон Гука, т. е нормальное напряжение пропорционально относительному удлинению. Максимальное значение нормального напряжения при котором еще выполняется закон Гука, называют пределом пропорциональности. При дальнейшем увеличении нагрузки зависимость напряжения от относительного удлинения становится нелинейной (участок 1-2), хотя упругие свойства тела еще сохраняются. Максимальное значение напряжения, при котором еще не возникает остаточная деформация, называют пределом упругости. (Предел упругости лишь на сотые доли процента превышает предел пропорциональности.) Увеличение нагрузки выше предела упругости (участок 2—3) приводит к тому, что деформация становится остаточной. Затем образец начинает удлиняться практически при постоянном напряжении (участок 3—4 графика). Это явление называют текучестью материала. Механическое напряжение при котором остаточная деформация достигает заданного значения, называют пределом текучести. При напряжениях, превышающих предел текучести, упругие свойства тела в известной мере восстанавливаются, и оно вновь начинит сопротивляться деформации (участок 4-5 графика). Материалы, у которых область текучести значительна, могут без разрушения выдерживать большие деформации. Такие материалы называют пластичными. Пластичны пластилин, медь, золото. Если же область текучести материала почти отсутствует, он без разрушения может выдержать лишь небольшие деформации. Такие материалы называют хрупкими. Примерами хрупких материалов могут служить стекло, кирпич, бетон, чугун. Материал в процессе деформации может упрочняться. В этом можно убедиться при сгибании толстого прута или пластины. Для того чтобы разогнуть образец, требуется заметно большие усилия, чем для его сгибания. Это явление называется наклепом.

Максимальное значение напряжения при превышении которого происходит разрыв образца, называют пределом прочности. После точки 5 кривая идет вниз, это значит, что дальнейшая деформация вплоть до разрыва происходит при все меньшем напряжении.

Коэффициентом безопасности (или запасом прочности) называется отношение предела пропорциональности данного материала к максимальному напряжению, которое будет испытывать деталь в работе: . В зависимости от необходимой надежности различных деталей и конструкций коэффициент безопасности выбирают обычно в пределах от 2 до 10.

2. Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоскоrо конденсатора и зарядим ero. При комнатной температу­ре, если воздух достаточно сухой, конденсатор разряжается очень медленно, т.к. электрическая проводимость воздуха при комнатной температуре мала и воздух можно считать диэлектриком.

Теперь нагреем воздух между дисками rорящей спичкой, при этом стрелка электрометра быстро приближается к нулю, значит, конденсатор разряжает­ся. Следовательно, наrретый rаз является проводником и

в нем устанавливается электрический ток. Процесс прохождения электрическоrо тока через rаз называют rазовым разрядом.

При наrревании проводимость воздуха возрастает. Увеличение проводимости воздуха можно вызвать действием ультрафиолетовоrо, рентгеновскогo, радиоактивноrо излучений. Вследствие наrревания или воз­действия излучением часть атомов ионизируется:­ распадается на положительно заряженные ионы и электроны.

Механизм проводимости rазов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. Различие состоит в том, что отрицатрльный заряд переносится в основном не отрицательными ионами, а электронами. Таким образом, в rазах сочетается электронная проводимость, подобная проводимости металлов, с ионной проводимостью, подобной проводимости водных растворов электролитов.

После прекра­щения действия ионизатора rаз перестает быть проводником. Кроме Toro, при сближении электрона и положительно заряженноrо иона они MorYT вновь образо­вать нейтральный атом. Такой процесс называют рекомбинацией заряженных частиц. В отсутствие внешнеrо поля заряженные частицы исчезают только вследствие peкомбинации, и rаз становится диэлектриком. Если действие ионизатора не прерывается, то устанавливается динамическое равновесие, при котором среднее число вновь образу­ющихся пар заряженных частиц равно среднему числу пар, исчезающих вследствие рекомбинации.

­

Несамостоятельный разряд. Для исследования разряда в rазе при различных давлениях удобно использовать

стеклянную трубку с двумя электродами. Пусть с помощью какоrо­либо ионизатора в rазе обра­зуется в секунду определенное число пар заряженных час­тиц: положительных ионов и электронов. При небольшой разности потенциалов между электродам и трубки положительно заряженные ионы перемеща­ются к отрицательному электроду, а электроны и отрица­тельно заряженные ионы ­ к положительному электроду. В результате в трубке возникает электрический ток, т. е. происхдит газовый разряд. Не все образующиеся ионы достиrают электродов; часть их воссоединяется с электронами, образуя нейтральные молекулы rаза. По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки доля заряженных частиц, дoстиrающих электродов, увеличивает­ся. Возрастает и сила тока в цепи. Наконец, наступает момент, при котором все заряженные частицы, об­азующиеся в rазе за секунду, достиrают за это время электродов. При этом дальнейшеrо роста силы тока не происходит. Ток достиrает точки насыщения. Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, так как дpy­rих источников ионов нет. По этой причине такой разряд называют несамостоятельным разрядом.

Казалось бы, сила тока и при дальнейшем увеличении разности потенциалов должна оставаться неиз­менной. Однако опыт показывает, что в rазах при увеличении разности потенциалов между электродами, начи­ная с некоторого ее значения, сила тока снова возрастает. Это означает, что в rазе появляются дополнительные ионы сверх тех, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число ионов, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Если убрать внешний ионизатор, то разряд не прекратится. Так как разряд в этом случае не нуждается для cBoero поддержания во внешнем ионизаторе, ero называют самостоятельным разрядом.

Рассмотрим какую­-либо пару заряженных частиц (положительный ион и электрон), образовавшуюся блаrодаря

действию внешнеrо ионизатора. Появившийся таким обра­зом свободный электрон начинает двиrаться к положитель­ному электроду -­ аноду, а положительный ион – к катоду. Кинетическая энерrия электрона перед очередным столкновением пропорциональна напряженности поля и длине l свободноrо пробеrа электрона.

­Если кинетическая энерrия электрона превосходит pa­боту Ai' которую нужно совершить, чтобы ионизовать ней­

тральный атом, т. е. то при столкновении электрона с атомом происходит ионизация. В результате вместо одноrо свободноrо электрона образуются два. Эти электроны, в свою очередь, получают энерrию в поле и ионизуют встречные атомы и т. д. Число заряженных частиц резко возрастает, возникает электронная лавина. Описанный процесс называют ионизацией электронным ударом. Но одна ионизация электронным ударом не может обеспечить длительный самостоятельный разряд.

Вторичная электронная эмиссия – эмиссия электронов за счет бомбардировки положительными ионами катода.

Виды несамостоятельных разрядов:

Тлеющий – ток в газах при низком давлении и напряжени около нескольких десятков вольт (вторичная электронная эмиссия) – свечение столба газа (лампы).

Коронный – слабый ток в газах при атмосферном давлении под действием электрического поля большой напряженности (ударная ионизация, вторичная электронная эмиссия) – свечение, луч.

Искровой – электронный пробой газа при кратковременной лавинообразной увеличении числа ионов при высоком напряжении (ударная ионизация) – молния, луч, нагревание.

Дуговой – ток большой плотности при напряжении в несколько десятков вольт (термоэлектронная эмиссия) – свечение, температура до 2000К (сварка)