Тема: Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряд. Плазма.
Группа: П-263
Дата: 24.02.2021 г.
Студенты должны знать: чем обуславливается протекание электрического тока в газах и что такое газовый разряд; какой разряд называется несамостоятельным и почему; какой разряд называется самостоятельным и почему, за счёт чего он протекает; что такое плазма, и какие свойства она имеет.
Студенты должны уметь: объяснять проводимость газов и протекание несамостоятельного и самостоятельного разрядов.
План
1. Электрический ток в газах.
2. Виды самостоятельного разряда.
3. Плазма.
Электрический ток в газах.
Что такое молния? Почему светится неоновая вывеска? Я думаю каждый из вас хоть раз, но сталкивался с подобным вопросом в своей жизни.
Мы с вами уже говорили о классификации веществ по степени проводимости электрического тока – это проводники, полупроводники и диэлектрики.
Когда мы изучали конденсатор, то оговаривали такой момент, что диэлектриком, заключенным между обкладками, может быть воздух. Но вы уже мне сказали, что молния — это электричество и вот тут мы с вами сталкиваемся с неопределенностью: воздух диэлектрик, а молния - это электрический разряд в воздухе. Давайте все-таки разберемся с этой ситуацией.
Тема нашего сегодняшнего занятия «Электрический ток в газах». Электрический ток в газах, другими словами газовый разряд, - это совокупность электрических, оптических и тепловых явлений, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии.
Когда газ находится в своем обычном состоянии, он является диэлектриком, что бы протекание тока стало возможным необходимо создать подходящие для этого условия, другими словами ионизировать газ.
Ионизация происходит в результате воздействия:
1) космических лучей;
2) рентгеновского излучения;
3) ультрафиолетового излучения;
4) высокой температуры;
5) электрического поля.
Все газовые разряды делятся на 2 вида:
1) самостоятельные;
2) несамостоятельные.
Несамостоятельным разрядом называется такой разряд, в котором ток поддерживается только за счет непрерывного образования заряженных частиц по какой-либо внешней причине и прекращается после прекращения действия источника образования зарядов. Заряды могут создаваться как на поверхности электродов, так и в объеме разрядной трубки.
Самостоятельные разряды характеризуются тем, что заряженные частицы, необходимые для поддержания разряда, создаются в процессе самого разряда, то есть их количество по крайней мере не уменьшается с течением времени (при неизменном приложенном напряжении)
Виды самостоятельного разряда.
К самостоятельным разрядам относятся: искровой, дуговой, тлеющий и коронный.
Рассмотрим каждый из них подробнее.
Искрово́й разря́д (искра электрическая) — нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и формы электродов.
На рисунках приведены примеры искровых разрядов.
Отсюда видно, что данные разряды создаются между кондукторами электрофорной машины или свечой зажигания в двигателе внутреннего сгорания.
Следующий тип газового разряда это дуговой.
Дуговой разряд осуществляется при большой плотности тока и сравнительно небольшом напряжении между электродами.
Благодаря своим высоким температурам его используют для сварки металлов, а так же в плавильных печах металлургической промышленности. По внешнему виду дуговой разряд напоминает мостик, перекинутый между двумя электродами.
Тлеющий разряд - один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.
В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.
Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.
Тлеющий разряд можно встретить не только в вывеске рекламы, но и в природе, он возникает без внешнего воздействия и имя ему северное сияние.
И последний вид самостоятельного газового разряда это коронный.
Коронный разряд возникает при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (острие). Наличие второго электрода не обязательно, его роль могут играть окружающие незаземленные предметы.
В зависимости от знака коронирующего электрода различают отрицательную или положительную корону. Если корона возникает вокруг отрицательного электрода – отрицательная корона. В противоположном случае − положительная корона.
Коронный разряд иногда возникает в естественных условиях под влиянием атмосферного электричества на верхушках деревьев, корабельных мачт и т. д. Это явление в старину получило название огней святого Эльма. Данное явление вызывало суеверный страх.
Сегодня мы с вами выяснили, что наш с вами жизненно необходимый воздух является диэлектриком, но при определенных условия он станет проводить электрические заряды. Разобрались какие виды газовых разрядов существуют и где их можно применять.
Плазма.
Плазма - частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.
В лабораторных условиях плазма образуется в электрическом разряде в газе, в процессах горения и взрыва. Термин “плазма” в физике был введен в 1929 американскими учеными И.Ленгмюром и Л.Тонксом. Вещество, разогретое до температуры в сотни тысяч и миллионы градусов, уже не может состоять из обычных нейтральных атомов. При столь высоких температурах атомы сталкиваются друг с другом с такой силой, что не могут сохраниться в целостности. При ударе атомы разделяются на более мелкие составляющие - атомные ядра и электроны. Эти частицы наделены электрическими зарядами: электроны - отрицательным, а ядра - положительным. Смесь этих частиц, называемая плазма представляет собой своеобразное состояние вещества, которое очень сильно отличается от относительно холодного газа по свойствам.
Под плазмой в физике понимают газ, состоящий из электрически заряженных и нейтральных частиц, в котором суммарный электрический заряд равен нулю, то есть, выполнено условие квазинейтральности.
Средние кинетические энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут быть разными. Поэтому в общем случае плазму характеризуют не одним значением температуры, а несколькими – различают электронную температуру Те, ионную температуру Тi и температуру нейтральных атомов Та.
Плазму с ионной температурой Тi < 105 К называют низкотемпературной, а с Тi > 106 К – высокотемпературной. Высокотемпературная плазма является основным объектом исследования по УТС. Низкотемпературная плазма находит применение в газоразрядных источниках света, газовых лазерах.
Плазма обладает специфическими свойствами:
· она в целом электронейтральна, но обладает электропроводностью;
· при наличии магнитного поля она сосуществует с ним
· в плазме возможен электрический дрейф,
· в ней возможен магнитный дрейф;
· плазма поглощает электромагнитные колебания определённой частоты (плазменная частота).
Контрольные вопросы:
1. Что понимают под газовым разрядом?
2. В чём заключается процесс ионизации?
3. Сформулируйте какой заряд называется самочтоятельным, а какой несамостоятельным.
ВНИМАНИЕ!!!
Уважаемые студенты, на вопросы необходимо ответить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/: https://vk.com/id591468583.
Преподаватель: Потемкина Татьяна Пантелеймоновна.