Йонизация на газове. Несамоподдържащ се и самоподдържащ се газоразряд

ЛАБОРАТОРИЯ № 2.5

"Изследване на газов разряд с помощта на тиратрон"

Обективен: да се изследват процесите, протичащи в газовете при несамоподдържащ се и самоподдържащ се разряд в газове, да се изследва принципът на действие на тиратрона, да се изградят токово-волтови и пускови характеристики на тиратрона.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ

Йонизация на газове. Несамоподдържащ се и самоподдържащ се газоразряд

Атомите и молекулите на газовете при нормални ежедневни условия са електрически неутрални, т.е. не съдържат безплатни носители на заряд, което означава, че като вакуумна междина, те не трябва да провеждат електричество. Всъщност газовете винаги съдържат определено количество свободни електрони, положителни и отрицателни йони и следователно, макар и слабо, те провеждат електричество. текущ.

Свободните носители на заряд в газ обикновено се образуват в резултат на изхвърляне на електрони от електронната обвивка на газовите атоми, т.е. като резултат йонизациягаз. Газовата йонизация е резултат от външно енергийно въздействие: нагряване, бомбардиране с частици (електрони, йони и др.), електромагнитно излъчване (ултравиолетово, рентгеново, радиоактивно и др.). В този случай газът, разположен между електродите, провежда електрически ток, който се нарича газов разряд. Мощностйонизиращ фактор ( йонизатор) е броят на двойките противоположно заредени носители на заряд в резултат на йонизация на единица обем газ за единица време. Наред с процеса на йонизация има и обратен процес - рекомбинация: взаимодействието на противоположно заредени частици, в резултат на което се появяват електрически неутрални атоми или молекули и се излъчват електромагнитни вълни. Ако електрическата проводимост на газа изисква наличието на външен йонизатор, тогава такъв разряд се нарича зависим. Ако приложеното електрическо поле (EF) е достатъчно голямо, тогава броят на свободните носители на заряд, образувани в резултат на ударна йонизация поради външното поле, е достатъчен за поддържане на електрически разряд. Такъв разряд не се нуждае от външен йонизатор и се нарича независими.

Нека разгледаме ток-волтажната характеристика (CVC) на газов разряд в газ, разположен между електродите (фиг. 1).

При несамоподдържащ се газов разряд в областта на слабите електрически полета (I), броят на зарядите, образувани в резултат на йонизация, е равен на броя на зарядите, които се рекомбинират един с друг. Поради това динамично равновесие концентрацията на свободните носители на заряд в газа остава практически постоянна и в резултат на това Законът на Ом (1):

където Ее силата на електрическото поле; н– концентрация; jе плътността на тока.

и ( ) са подвижността на положителен и отрицателен заряд съответно;<υ > е скоростта на дрейф на насоченото движение на заряда.

В областта на висока EC (II) се наблюдава насищане на тока в газа (I), тъй като всички носители, създадени от йонизатора, участват в насочения дрейф, в създаването на тока.

С по-нататъшно увеличаване на полето (III), носителите на заряд (електрони и йони), движещи се с ускорена скорост, йонизират неутрални атоми и газови молекули ( ударна йонизация), което води до образуване на допълнителни носители на заряд и образуване електронна лавина(електроните са по-леки от йоните и са значително ускорени в ЕР) – плътността на тока се увеличава ( газово усилване). Когато външният йонизатор е изключен, газовият разряд ще спре поради процеси на рекомбинация.

В резултат на тези процеси се образуват потоци от електрони, йони и фотони, броят на частиците расте лавинообразно, има рязко увеличаване на тока с практически никакво усилване на електрическото поле между електродите. Възниква независим газов разряд. Преходът от непостоянен газов разряд към независим се нарича електронна поща разбивкаи напрежението между електродите , където д- се нарича разстоянието между електродите пробивно напрежение.

За електронна поща разрушаването е необходимо електроните по пътя си да имат време да получат кинетична енергия, която надвишава йонизационния потенциал на газовите молекули, а от друга страна, положителните йони по пътя си да имат време да придобият кинетична енергия, по-голяма от работната функция на материала на катода. Тъй като средният свободен път зависи от конфигурацията на електродите, разстоянието между тях d и броя на частиците на единица обем (и следователно от налягането), запалването на самоподдържащ се разряд може да се контролира чрез промяна на разстояние между електродите дс тяхната непроменена конфигурация и промяна на налягането П. Ако работата Pdсе оказва същото, при равни други условия, то естеството на наблюдаваната разбивка трябва да е същото. Това заключение беше отразено в експеримента закон e (1889) немски. физика Ф. Пашен(1865–1947):

Напрежението на запалване на газов разряд за дадена стойност на произведението от налягането на газа и разстоянието между електродите Pd е постоянна стойност, характерна за даден газ .

Има няколко вида саморазряд.

светещ разрядвъзниква при ниско налягане. Ако към електродите, запоени в стъклена тръба с дължина 30–50 cm, се приложи постоянно напрежение от няколко стотин волта, като постепенно се изпомпва въздух от тръбата, тогава при налягане от 5,3–6,7 kPa се появява разряд под формата на светещ криволичещ червеникав шнур, идващ от катод към анод. При по-нататъшно намаляване на налягането нишката се сгъстява и при налягане от » 13 Pa разрядът има формата, показана схематично на фиг. 2.

Тънък светещ слой е прикрепен директно към катода 1 - катоден филм , последвано от 2 - катодно тъмно пространство , преминавайки по-нататък в светещия слой 3 – тлеещ блясък , която има остра граница от страната на катода, постепенно изчезваща от страната на анода. Слоеве 1-3 образуват катодната част на светещия разряд. Следва тлеещия блясък тъмно пространство на Фарадей 4. Останалата част от тръбата е пълна със светещ газ - положителен пост - 5.

Потенциалът варира неравномерно по дължината на тръбата (виж фиг. 2). Почти целият спад на напрежението възниква в първите участъци на разряда, включително тъмното катодно пространство.

Основните процеси, необходими за поддържане на разряда, протичат в катодната му част:

1) положителните йони, ускорени от падането на катодния потенциал, бомбардират катода и избиват електрони от него;

2) електроните се ускоряват в катодната част и получават достатъчно енергия и йонизират молекулите на газа. Образуват се много електрони и положителни йони. В областта на тлеенето се извършва интензивна рекомбинация на електрони и йони, отделя се енергия, част от която отива за допълнителна йонизация. Електроните, които са проникнали в тъмното пространство на Фарадей, постепенно натрупват енергия, така че възникват условията, необходими за съществуването на плазмата (висока степен на йонизация на газа). Положителната колона е газоразрядна плазма. Той действа като проводник, свързващ анода с катодните части. Сиянието на положителния стълб се причинява главно от преходи на възбудените молекули в основно състояние. Молекулите на различни газове излъчват лъчение с различни дължини на вълната по време на такива преходи. Следователно светенето на колоната има цветова характеристика на всеки газ. Това се използва за направата на светещи тръби. Неоновите тръби дават червен блясък, аргоновите тръби дават синкаво-зелен.

дъгов разряднаблюдава се при нормално и повишено налягане. В този случай токът достига десетки и стотици ампера, а напрежението в газовата междина пада до няколко десетки волта. Такъв разряд може да се получи от източник на ниско напрежение, ако първо се съберат електродите, докато се докоснат. В точката на контакт електродите се нагряват силно поради джауловата топлина и след като се отстранят един от друг, катодът става източник на електрони поради термоелектронна емисия. Основните процеси, поддържащи разряда, са термойонна емисия от катода и термична йонизация на молекули поради високата температура на газа в междуелектродната междина. Почти цялото междуелектродно пространство е изпълнено с високотемпературна плазма. Той служи като проводник, през който електроните, излъчвани от катода, достигат до анода. Температурата на плазмата е ~6000 К. Високата температура на катода се поддържа чрез бомбардирането му с положителни йони. От своя страна анодът, под действието на бързи електрони, падащи върху него от газовата междина, се нагрява по-силно и дори може да се стопи, а на повърхността му се образува вдлъбнатина - кратер - най-яркото място на дъгата. Електрическа дъгае получена за първи път през 1802 г. Руският физик В. Петров (1761–1834), който използва две парчета въглища като електроди. Горещи въглеродни електроди дадоха ослепително сияние и между тях се появи ярка колона от светещ газ - електрическа дъга. Дъговият разряд се използва като източник на ярка светлина в прожекторите на прожекторите, както и за рязане и заваряване на метали. Има дъгов разряд със студен катод. Появяват се електрони поради полево излъчване от катода, температурата на газа е ниска. Йонизацията на молекулите се получава поради електронни удари. Между катода и анода се появява газоразрядна плазма.

искров разрядвъзниква между два електрода при висока сила на електрическото поле между тях . Между електродите прескача искра, която има формата на ярко светещ канал, свързващ двата електрода. Газът в близост до искрата се нагрява до висока температура, възниква разлика в налягането, което води до появата на звукови вълни, характерна пукнатина.

Появата на искра се предхожда от образуването на електронни лавини в газа. Предшественикът на всяка лавина е електрон, ускоряващ се в силно електрическо поле и произвеждащ йонизация на молекулите. Получените електрони от своя страна ускоряват и произвеждат следващата йонизация, настъпва лавинообразно увеличение на броя на електроните - лавина.

Получените положителни йони не играят съществена роля, т.к те са неподвижни. Електронните лавини се пресичат и образуват проводящ канал стример, по която се втурват електрони от катода към анода - има разбивка.

Светкавицата е пример за мощен искров разряд. Различните части на гръмотевичния облак носят заряди с различни знаци ("-" е обърнато към Земята). Следователно, ако облаците се приближават един към друг с противоположно заредени части, между тях възниква искра. Потенциалната разлика между заредения облак и Земята е ~10 8 V.

Искровият разряд се използва за иницииране на експлозии и горивни процеси (свещи в двигателите с вътрешно горене), за регистриране на заредени частици в искроброячи, за обработка на метални повърхности и др.

Коронарен (коронарен) разрядвъзниква между електроди, които имат различна кривина (един от електродите е тънък проводник или точка). При коронен разряд йонизацията и възбуждането на молекули се случват не в цялото междуелектродно пространство, а близо до върха, където интензитетът е висок и надвишава Еразбивка. В тази част газът свети, сиянието има формата на корона, обграждаща електрода.

Плазмата и нейните свойства

плазмасе нарича силно йонизиран газ, в който концентрацията на положителни и отрицателни заряди е почти еднаква. Разграничаване високотемпературна плазма , което се случва при свръхвисоки температури, и газоразрядна плазма произтичащи от изхвърляне на газ.

Плазмата има следните свойства:

Висока степен на йонизация, в границата - пълна йонизация (всички електрони са отделени от ядрата);

Концентрацията на положителни и отрицателни частици в плазмата е практически еднаква;

висока електрическа проводимост;

блясък;

Силно взаимодействие с електрически и магнитни полета;

Осцилации на електрони в плазма с висока честота (>10 8 Hz), причиняващи обща вибрация на плазмата;

Едновременно взаимодействие на огромен брой частици.

Процесът на възникване и образуване на лавини, разгледани по-горе поради ударна йонизация, не губи характера на несамостоятелен разряд, т.к. в случай на прекратяване на външния йонизатор, разрядът бързо изчезва.

Появата и образуването на лавина от заряди обаче не се ограничава до процеса на ударна йонизация. С по-нататъшно, сравнително малко увеличение на напрежението, на електродите на газоразрядната междина, положителните йони придобиват повече енергия и, удряйки катода, избиват електрони от него, възниква вторична електронна емисия . Получените свободни електрони по пътя към анода произвеждат ударна йонизация на газовите молекули. Положителните йони по пътя си към катода в електрически полета сами йонизират газовите молекули.

Ако всеки електрон, изхвърлен от катода, е способен да бъде ускорен и да предизвика ударна йонизация на газовите молекули, тогава разрядът ще се поддържа дори след прекратяване на действието на външния йонизатор. Напрежението, при което се развива независим разряд, се нарича затварящо напрежение.

Въз основа на казаното, независимо разреждане ще наречем такъв газов разряд, при който токоносители възникват в резултат на онези процеси в газа, които се дължат на напрежението, приложено към газа. Тези. това разреждане продължава дори след прекратяването на йонизатора.

Когато междуелектродната междина е покрита от напълно проводяща газоразрядна плазма, тя разбивка . Напрежението, при което настъпва пробив на междуелектродната междина, се нарича пробивно напрежение. И съответната сила на електрическото поле се нарича разрушаващо напрежение.

Нека разгледаме условията за възникване и поддържане на независим разряд.

При високи напрежения между електродите на газовата междина токът се увеличава значително. Това се дължи на факта, че електроните, възникващи под действието на външен йонизатор, силно ускорен от електрическо поле, се сблъскват с неутрални газови молекули и ги йонизират. В резултат на това, вторични електронии положителни йони(процес 1, фигура 8.4). Положителните йони се движат към катода, а електроните - към анода. Вторичните електрони отново йонизират молекулите на газа и следователно общият брой електрони и йони ще се увеличи, когато електроните се движат към анода като лавина. Това е причината за увеличаването на електрическия ток. Описаният процес се нарича ударна йонизация.

Въпреки това, ударната йонизация под действието на електрони не е достатъчна за поддържане на разряда, когато външният йонизатор е отстранен. За това е необходимо електронните лавини да бъдат „възпроизводими”, т.е. така че в газа се появяват нови електрони под влияние на някои процеси. Това са следните процеси:

• положителни йони, ускорени от електрическо поле, удряйки катода, избиват електрони от него (процес 2);
• положителни йони, сблъсквайки се с газови молекули, ги прехвърлят във възбудено състояние; преходът на такива молекули в основно състояние е придружен от излъчване на фотони (процес 3);
• фотон, погълнат от неутрална молекула, я йонизира, настъпва процесът на фотонна йонизация на молекулите (процес 4);
• избиване на електрони от катода под действието на фотони (процес 5);
• накрая, при значителни напрежения между електродите на газовата междина идва момент, когато положителните йони, които имат по-къс среден свободен път от електроните, придобиват енергия, достатъчна за йонизиране на газовите молекули (процес 6), и йонните лавини се втурват към отрицателната плоча . Когато освен електронни лавини има и йонни лавини, токът се увеличава почти без да увеличава напрежението.

Процесът на предаване на имейл. ток през газа, наречен. газов разряд.

Има 2 вида разряди: независими и ненезависими.

Ако се създаде електрическа проводимост на газа. външен йонизатори, след това ел. токът в него се нарича. несамост. газов разряд. V

Обмисли. електронна поща схема, комп. от кондензатор, галванометър, волтметър и източник на ток.

Между плочите на плосък кондензатор има въздух при атмосферно налягане и стая t. Ако към кондензатора се приложи U, равно на няколкостотин волта, и йонизаторът не работи, тогава галванометърът на тока не регистрира, обаче, веднага щом пространството между плочите започне да прониква. поток от UV лъчи, галванометърът ще започне да регистрира. текущ. Ако източникът на ток е изключен, потокът на тока през веригата ще спре, този ток е несамостоятелен разряд.

j = γ*E - Законът на Ом за ел. ток в газове.

С достатъчно силно e. поле в газа започва процес на самойонизация, поради което токът може да съществува при липса на външен йонизатор. Този вид ток се нарича независим газов разряд. Процесите на самойонизация в общи линии са както следва. В природата. конв. Газът винаги съдържа малко количество свободни електрони и йони. Те са създадени от такива натури. йонизатори, като космоса. лъчи, излъчване на радиоактивни вещества, сода в почвата и водата. Доста силен имейл. полето може да ускори тези частици до такива скорости, при които кинетичната им енергия надвишава йонизационната, когато електрони и йони се сблъскат по пътя към електродите с неутрони. молекулите ще йонизират тези молекули. обр. при сблъсък, нови вторични електрони и йони също се ускоряват. поле и от своя страна йонизират нови неутрони. молекули. Описаната самойонизация на газовете се нарича ударно полиране. Свободните електрони предизвикват ударна йонизация още при E=10 3 V/m. Йоните, от друга страна, могат да причинят ударна йонизация само при E=10 5 V/m. Тази разлика се дължи на редица причини, по-специално на факта, че средният свободен път за електроните е много по-дълъг, отколкото за йони. Следователно йоните придобиват енергията, необходима за ударна йонизация при по-ниска сила на полето от йоните. Въпреки това, дори при не много силни полета „+“, йоните играят важна роля в самойонизацията. Факт е, че енергията на тези йони е прибл. достатъчно, за да избие електроните от металите. Следователно, йоните, разпръснати от полето „+“, удряйки металния катод на източника на полето, избиват електроните от катода. Тези нокаутирани електрони поле и произвеждат ударна йонизация на молекулите. Йоните и електроните, чиято енергия е недостатъчна за ударна йонизация, все пак могат да ги доведат до възбуждане при сблъсък с молекули. състояние, тоест да предизвика някои енергийни промени в имейла. черупки от неутрални атоми и молекули. Възбуди се. атом или молекула след известно време преминава в нормално състояние, докато излъчва фотон. Излъчването на фотони се проявява в сиянието на газовете. В допълнение, един фотон, абсорбира. всяка от газовите молекули може да го йонизира, този вид йонизация се нарича фотонионизация.Някои от фотоните удрят катода, те могат да избият електрони от него, което след това предизвиква ударна йонизация на неутрона. молекули.

В резултат на удар и фотонна йонизация и избиване на електрони от кода „+“ от йони от фотони, броят на фотоните и електроните в целия обем на газа се увеличава рязко (лавинообразно) и външен йонизатор не е необходими за съществуването на ток в газа, а разрядът става независими. CVC на газовия разряд е както следва.

Газовете, за разлика от металите и електролитите, се състоят от електрически неутрални атоми и молекули и при нормални условия не съдържат носители на свободен ток (електрони и йони). Така газовете при нормални условия са диелектрици.

Носителите на електрически ток в газовете могат да възникнат само в процеса на йонизация на газовете, т.е. по време на образуването на йони в газ.

Процес на йонизациягазове възниква под въздействието на външни влияния (външни йонизатори): силно нагряване, ултравиолетови и рентгенови лъчи.

Процесът на йонизация на газа евъв факта, че под действието на йонизаторите един или повече електрони се отделят от атомите. В резултат на това вместо неутрален атом възникват положителен йон и електрон. След това част от образуваните електрони могат да бъдат уловени от други неутрални атоми и тогава се появяват отрицателно заредени йони. Откъсването на електрон от атом изисква изразходване на определена енергия - енергията на йонизация Wi, която се измерва чрез работата срещу силата на привличане на електрона от атомното ядро: Wi = eUi, където e е зарядът на електрона , Ui е йонизационният потенциал за дадено вещество.

Йонизационната енергия зависи от химическата природа на газа и енергийното състояние на електрона в атома

Електроните и положителните йони, които са възникнали по време на действието на йонизатора, не могат да съществуват поотделно за дълго време и при сблъсъци отново образуват неутрални атоми или молекули.. Това явление се нарича рекомбинация(противоположно на йонизацията). Следователно, след прекратяването на йонизатора, електрическият ток в газа изчезва.

Ако по време на йонизация е необходима енергия за отделяне на електрон от атом, то по време на рекомбинация тази енергия се освобождава най-вече под формата на светлинно излъчване. При достатъчна интензивност на рекомбинация електрическият ток в газовете се придружава от забележимо сияние.

С непрекъснатото действие на йонизатора и отсъствието на електрическо поле в газа се установява подвижно равновесие между йонизацията на молекулите и рекомбинацията на йони, характеризиращ се с определена концентрация на йони.

Механизъм на електропроводимост на газовете.

Когато йонизиран газ се постави в електрическо поле, електрическите сили действат върху свободните заряди и те се движат успоредно на линиите на напрежение: електрони и отрицателни йони - към анода, положителни йони - към катода. На електродите йоните се превръщат в неутрални атоми, като даряват или приемат електрони, като по този начин завършват веригата. В газа се генерира електрически ток. Електрическият ток в газовете се нарича газов разряд. По този начин, проводимостта на газовете има йонно-електронна характер.

газов разряде от два вида:

1. Независимгазов разряд.

2. зависимгазов разряд.

зависимако се създава под въздействието на някакви външни фактори.

Газов разряд (газопроводимост) се нарича независими, ако се създава в газ под въздействието на самото електрическо поле, което съществува между електродите (анод и катод).

Несамостоятелен газов разряд

Ако електрическата проводимост на газа се създава от външни йонизатори, то възникващият в него електрически ток се нарича несамоподдържащ се газов разряд. С прекратяване на действието на външни йонизатори, несамоподдържащият се разряд се прекратява. Несамоподдържащият се газов разряд не е придружен от газово сияние.

На фиг. показва графика на зависимостта на силата на тока от напрежението за несамостоятелен разряд в газ. За начертаване на графиката е използвана стъклена тръба с два метални електрода, запоени в стъклото. Веригата е сглобена, както е показано на снимката.

1. Когато се приложи потенциална разлика, в тръбата възниква електрически ток.

2. При малка потенциална разлика не всички образувани йони достигат до електродите.

3. С увеличаване на потенциалната разлика (напрежение) между електродите на тръбата, делът на заредените частици, достигащи до електродите, се увеличава. Това също увеличава тока във веригата.

4. При определено напрежение идва точка, в която всички заредени частици, образувани в газа от йонизатора за секунда, достигат едновременно до електродите. В този случай няма по-нататъшно увеличаване на тока. Този максимален ток се нарича ток на насищане .

5. Ако действието на йонизатора бъде спряно, тогава токът във веригата също ще спре, т.е. газов разряд, тъй като няма други източници на йони. Ако премахнете външния йонизатор, тогава не се образуват нови йони, а тези, които съществуват, ще достигнат до електрода или ще се рекомбинират.

Независим газоразряд

Нарича се електрически разряд в газ, който продължава след прекратяване на действието на външен йонизатор независим газов разряд. За неговото изпълнение е необходимо в резултат на самото разреждане в газа непрекъснато да се образуват свободни заряди. Основният източник на тяхното възникване е ударната йонизация на газовите молекули.

Ако след достигане на насищане продължим да увеличаваме потенциалната разлика между електродите, тогава силата на тока при достатъчно високо напрежение ще се увеличи рязко (виж фиг. и графика 2).

Следователно в газа се появява допълнителен източник на образуване на йони. Силата на тока може да се увеличи стотици и хиляди пъти, а броят на заредените частици, които се появяват по време на разряда, може да стане толкова голям, че вече не е необходим външен йонизатор за поддържане на разряда. Следователно йонизаторът вече може да бъде премахнат.

Доминиращата роля започва да играе потенциалната разлика между катода и анода. Колкото по-голяма е потенциалната разлика между електродите, толкова по-голяма е силата на електрическото поле. Кинетичната енергия на електрона преди следващия сблъсък е пропорционална на силата на полето и средния свободен път на електрона: meV2/2=eEl. Ако кинетичната енергия на електрона надвишава работата Ai, която трябва да се извърши, за да се йонизира неутрален атом (или молекула), т.е. meV2/2>Ai, тогава когато електрон се сблъска с атом (или молекула), той йонизира ( ударна йонизация). В резултат на това вместо един електрон се появяват два електрона (атакуващи атома и изтръгващи се от атома). Електроните, отделени от молекулите в резултат на йонизация, от своя страна, под действието на полето, могат да получат енергия, достатъчна за йонизация. В резултат на това концентрацията на йони, а с това и електрическата проводимост на газа, се увеличава значително. Ако премахнете външния йонизатор, разрядът няма да спре. Тъй като такъв разряд не се нуждае от външен йонизатор, за да го поддържа, той се нарича независим газов разряд.

Но наличието само на йонизация чрез електронен удар все още не води до независим разряд. За съществуването на самоподдържащ се разряд е необходимо в газа да протичат други процеси, произвеждащи нови електрони вместо тези, които са отишли ​​към анода.. Такива процеси могат да бъдат вторична емисия на електрони от катода(избиване на електрони от катода от положителни йони, диспергирани в електрическо поле), катодът може да излъчва електрони, когато се нагрява до висока температура. Този процес се нарича термионна емисияи т.н.

Видове саморазряд:

1. искров разряд

Примери за искров разряд са искри, които се появяват при разресване на косата, когато се разреди кондензатор.

искров разряд, често наблюдаван в природата, е мълния. Светкавицае разряд между два заредени облака или между облак и земята. Носители на заряд в облаците са заредени водни капчици или снежинки.

Искровият разряд е придружен от отделяне на голямо количество топлина, ярък блясък на газ, пукане или гръм.

1. дъгов разряд.

дъгов разрядможе да се наблюдава при следните условия: ако след запалване на искровия разряд съпротивлението на веригата постепенно се намали, тогава токът в искрата ще се увеличи. Когато съпротивлението на веригата стане достатъчно малко, ще се появи нова форма на газов разряд, наречена дъга. В този случай силата на тока се увеличава рязко, достигайки десетки и стотици ампера, а напрежението в разрядната междина намалява до няколко десетки волта. Това показва, че в разряда възникват нови процеси, които придават на газа много висока електрическа проводимост.

Електрическата дъга е мощен източник на светлина и се използва широко в прожекционни, прожекторни и други осветителни инсталации. Поради високата температура дъгата се използва широко за заваряване и рязане на метали. Високата температура на дъгата се използва и при изграждането на електродъгови пещи, които играят важна роля в съвременната електрометалургия.

1. светещ разряд

светещ разряднаблюдава се при ниско налягане на газа (около 0,1 mm Hg). Ако към електродите, запоени в стъклена тръба, се приложи постоянно напрежение от няколкостотин волта и след това въздухът постепенно се изпомпва от тръбата, се наблюдава следното явление: когато налягането на газа намалее, в даден момент се появява разряд в тръбата. тръба, която прилича на светещ шнур, свързващ анодната и катодната тръба (фиг. 1). При по-нататъшно намаляване на налягането тази нишка се разширява и запълва цялото напречно сечение на тръбата, а сиянието близо до катода отслабва. Близо до катода се образува първото тъмно пространство 1, към което е съседен йонният светещ слой 2 (светещ блясък), който има остра граница от страната на катода и постепенно изчезва от страната на анода. Зад тлеещото сияние отново има тъмна празнина 3, наречена Фарадей или второ тъмно пространство. Зад него лежи светеща област 4, простираща се до анода, или положителна колона.

От особено значение в тлеещия разряд са само две негови части - катодно тъмно пространство 1 и светещо сияние 2, в което протичат основните процеси, поддържащи разряда. Електроните, които йонизират газа, се произвеждат чрез фотоемисия от катода и сблъсъци на положителни йони с катода на тръбата.

В момента тръбите с тлеещ разряд намират практическо приложение като източник на светлина - газоразрядни лампи..

1. коронен разряд

коронен разряднаблюдавано при относително високо налягане на газа (например при атмосферно налягане) в рязко нехомогенно електрическо поле. За да се получи значителна нехомогенност на полето, електродите трябва да имат рязко различни повърхности, т.е. единият електрод - много голяма повърхност, а другият - много малък. Така например, коронен разряд може лесно да се получи чрез поставяне на тънък проводник вътре в метален цилиндър, чийто радиус е много по-голям от радиуса на проводника.

Коронен разряд се използва в инженерството за изграждане на електростатични утаители, предназначени за пречистване на промишлени газове от твърди и течни примеси.

Коронен разряд може да се появи на тънки проводници под напрежение. Появата на коронен разряд върху върховете на проводниците обяснява действието на гръмоотвод, който предпазва сградите и електропроводите от удари на мълния.

Използва се светлинно излъчване на луминесцентни лампи, газоразрядни лампи за улично осветление; електрическа дъга се използва в апарат за прожектиране на филм; живачно-кварцова лампа е намерила приложение в клиники и болници.

1. плазма.

плазмае частично или напълно йонизиран газ, в който плътностите на положителните и отрицателните заряди са почти еднакви. По този начин плазмата като цяло е електрически неутрална система.

Количествената характеристика на плазмата е степента на йонизация. Степен на йонизацияплазма се нарича съотношението на обемната концентрация на заредените частици към общата обемна концентрация на частиците. В зависимост от степента на йонизация плазмата се подразделя на слабо йонизирана(е част от процента), частично йонизиран(от порядъка на няколко процента) и напълно йонизиран(близо до 100%). Слабо йонизирана плазма в естествени условия са горните слоеве на атмосферата - йоносферата. Слънцето, горещите звезди и някои междузвездни облаци са напълно йонизирана плазма, която се образува при високи температури.

Плазмата не може да се характеризира с една стойност на температуратаТ; различавам електронна температураТези, йонна температура Ti (или йонни температури, ако в плазмата има няколко вида йони) и температура на неутралните атоми T (неутрален компонент). Такава плазма се нарича неизотермичен, За разлика от изотермична плазмакъдето температурите на всички компоненти са еднакви.

Плазмата също се разделя на висока температура(Ti 106-108 K и повече) и ниска температура(Ти<=105 К).

Проводимостта на плазмата се увеличава с увеличаване на степента на йонизация. При висока температура напълно йонизирана плазма по своята проводимост се доближава до свръхпроводници (вещества, които при охлаждане под определена критична температура, Целектрически съпротивлението пада до нула).

Нискотемпературна плазмаизползва се в газоразрядни светлинни източници - в светещи тръби с рекламни надписи, в луминесцентни лампи. Газоразрядна лампа се използва в много устройства, например в газови лазери - квантови източници на светлина.

Високотемпературна плазмаизползвани в магнитохидродинамични генератори.

Наскоро беше създадено ново устройство - плазмената горелка. Плазмената горелка създава мощни струи от плътна нискотемпературна плазма, които се използват широко в различни области на технологиите: за рязане и заваряване на метали, пробиване на кладенци в твърди скали и др.

Електрическият ток е поток, който се причинява от подреденото движение на електрически заредени частици. Движението на зарядите се приема като посока на електрическия ток. Електрическият ток може да бъде краткотраен и дълготраен.

Концепцията за електрически ток

По време на разряд на мълния може да възникне електрически ток, който се нарича краткотраен. И за да поддържате тока дълго време, е необходимо да имате електрическо поле и безплатни електрически носители на заряд.

Електрическо поле се създава от тела, заредени по различен начин. Силата на тока е съотношението на заряда, пренесен през напречното сечение на проводника в интервал от време, към този интервал от време. Измерва се в ампери.

Ориз. 1. Текуща формула

Електрически ток в газове

Газовите молекули не провеждат електричество при нормални условия. Те са изолатори (диелектрици). Въпреки това, ако условията на околната среда се променят, газовете могат да станат проводници на електричество. В резултат на йонизация (при нагряване или под действието на радиоактивно излъчване) в газовете възниква електрически ток, който често се заменя с термина "електрически разряд".

Самоподдържащи се и несамоподдържащи се газови изхвърляния

Изхвърлянията в газ могат да бъдат самоподдържащи се и несамоподдържащи се. Токът започва да съществува, когато се появят безплатни такси. Несамоподдържащи се разряди съществуват, докато върху тях действа външна сила, тоест външен йонизатор. Тоест, ако външният йонизатор спре да работи, токът спира.

Независимо разреждане на електрически ток в газове съществува дори след прекратяване на външния йонизатор. Независимите разряди във физиката се делят на тихи, тлеещи, дъгови, искрови, коронни.

• тихо - най-слабият от независимите разряди. Силата на тока в него е много малка (не повече от 1 mA). Не е придружено от звукови или светлинни явления.
• Тлеещ - ако увеличите напрежението при тих разряд, то преминава на следващото ниво - към светещ разряд. В този случай се появява сияние, което е придружено от рекомбинация. Рекомбинация - процесът на обратна йонизация, срещата на електрон и положителен йон. Използва се в бактерицидни и осветителни лампи.

Ориз. 2. Светещ разряд

• Дъга - силата на тока варира от 10 A до 100 A. В този случай йонизацията е почти 100%. Този тип разряд възниква например по време на работа на заваръчна машина.

Ориз. 3. Дъгов разряд

• искрящ - може да се счита за един от видовете дъгов разряд. По време на такова разреждане определено количество електричество протича за много кратко време.
• коронен разряд – йонизацията на молекулите се случва в близост до електроди с малки радиуси на кривина. Този тип заряд възниква, когато силата на електрическото поле се промени драстично.

Какво научихме?

Сами по себе си атомите и молекулите на газа са неутрални. Те се зареждат, когато са изложени навън. Говорейки накратко за електрическия ток в газовете, това е насочено движение на частици (положителни йони към катода и отрицателни йони към анода). Важно е също, че когато газът се йонизира, неговите проводими свойства се подобряват.

Тематична викторина

Доклад за оценка

Среден рейтинг: 4.1. Общо получени оценки: 436.