Типы самостоятельного разряда. Техническое применение

ФИЗИКА

Урок 56-57                                                                                27.04.2020                                                                                                      

ТЕМА 56 Электрический ток в газах                                                                                            

Газы в обычных условиях – диэлектрики. Воздух используют в технике как изолятор:

а) в линиях электропередач;

б) между обкладками воздушных конденсаторов;

в) в контактах выключателей.

При определенных условиях газы – проводники: молния, электрическая искра, дуга при сварке.

Газовый разряд – процесс протекания тока через газ.

Ионизация газов.

Вызывают: 1. Высокая температура. 2. Ультрафиолетовые лучи. 3. Рентгеновские лучи, α – лучи и т.д.

Осуществляется при условии: еЕλ > Wсвязи, где λ – длина свободного пробега заряженных частиц.

Рекомбинация(обратный ионизации процесс)

При постоянной температуре наступает динамическое равновесие: N_и = N_p 

Несамостоятельный разряд– газовый разряд, протекающий под действием ионизатора. Самостоятельный разряд- газовый разряд, протекающий без ионизатора. 1. Первичная ионизация идет за счет внешних воздействий (несамостоятельный разряд). 2. Вторичная ионизация идет за счет неупругого соударения электрона с атомом (самостоятельный разряд).

График:

ОА – только часть заряженных частиц доходит до электродов, часть рекомбинирует (несамостоятельный разряд); АВ – ток почти не увеличивается (ток насыщения), рекомбинация не успевает произойти; Nтока = Nиона за t   Iи = qNiV, где q – заряд иона, Ni – число пар ионизованных ионов за единицу времени в единице объема V; Ток насыщения – мах ток, величина которого не зависит от U. (самост. разряд)

ВС – ионизация газа толчком. Электроны приобретают такую большую Е_к, что ионизируют молекулы. Лавина ионов. Сопровождается искра. (самостоятельный разряд)

Типы самостоятельного разряда. Техническое применение.

Тлеющий разряд - почти вся трубка, за исключением небольшого темного участка (темное катодное пространство) заполнено однородным свечением. Применяется в газосветных трубках, неоновых лампах, цифровых индикаторах, лампах дневного света, ртутных лампах низкого давления.	Искровой разряд - пучок ярких зигзагообразных полосок, разветвляющихся от тонкого канала. (молния) Этот разряд длится тысячные доли секунды при высоком напряжении. Применяется при обработке металлов.
Коронный разряд (Е = 3000000 В/м) - газовое облачко – разряд в газе вблизи провода, находя-щегося под высоким напряжением (или около заострен-ных участков, несущих большой эл. заряд при атмосф. давлении). Используют в электрофильтрах для очистки газов от примесей твердых частиц. Отрицательное явление: вызывает утечку энер-гии на высоковольтных линиях. В природе: огни святого Эльма.	Дуговой разряд - свечение в виде яркой изогнутой полосы (дуги). 1802 – открыл Петров, 1876 – Яблочков создал дуговую лампу Применяется в ртутных лампах высокого давления, источниках света, при сварке металлов, в электроплавильных печах, при электролизе расплавов, в электропечах.

Ееλ ≥ А_и, где А_и – работа по ионизации газа.

                                       

                                          Плазма

Плазма – частично или полностью ионизованный газ (N⁺ = N^-).

Наиболее распространенное состояние вещества в природе:

1. Низкотемпературная плазма: Т < 10⁵ К. Канал искрового разряда, светящиеся газы элект. дуги, светящийся столб тлеющего разряда.

2. Высокотемпературная плазма: Т > 10⁵ К. термоядерная энергия.

3. При Т порядка 20∙10³ - 30∙10³ К любое вещество представляет собой полностью ионизированную плазму.

При низких температурах газ является изолятором, при высоких температурах превращается в плазму и становится проводником электрического тока.

Свойства плазмы:

1. Любое нарушение электр. нейтральности отдельных областей плазмы, вызванное скоплением частиц одного знака заряда, быстро ликвидируется.

2. Между частицами плазмы действуют кулоновские силы, поэтому наряду с тепловым движением частицы плазмы могут участвовать в разнообразных упорядоченных (коллективных) движениях (поэтому в плазме легко возникают волны и колебания).

3. По мере роста степени ионизации увеличивается проводимость плазмы.