Услови за проток на електрична струја во гасовите. Електрична струја во гасови: дефиниција, карактеристики и интересни факти

AT нормални условигасовите не спроведуваат струја бидејќи нивните молекули се електрично неутрални. На пример, сувиот воздух е добар изолатор, што можеме да го потврдиме со помош на наједноставните експерименти за електростатика. Меѓутоа, воздухот и другите гасови стануваат спроводници на електрична струја ако во нив се создаваат јони на еден или друг начин.

Ориз. 100. Воздухот станува спроводник на електрична струја ако се јонизира

Наједноставниот експеримент кој ја илустрира спроводливоста на воздухот за време на неговата јонизација со пламен е прикажан на сл. 100: Полнењето на плочите, кое останува долго време, брзо исчезнува кога ќе се внесе запалено кибрит во просторот помеѓу плочите.

Испуштање гас.Процесот на минување на електрична струја низ гас обично се нарекува празнење на гас (или електрично празнење во гас). Испуштањата на гас се поделени на два вида: независни и несамоодржливи.

Несамодоволна категорија.Испуштањето во гас се нарекува неодржливо ако е потребен надворешен извор за негово одржување.

јонизација. Јоните во гасот можат да се формираат под влијание на високи температури, рендген и ултравиолетово зрачење, радиоактивност, космички зраци итн. Во сите овие случаи, еден или повеќе електрони се ослободуваат од електронската обвивка на атомот или молекулата. Како резултат на тоа, во гасот се појавуваат позитивни јони и слободни електрони. Ослободените електрони можат да ги спојат неутралните атоми или молекули, претворајќи ги во негативни јони.

Јонизација и рекомбинација.Заедно со процесите на јонизација во гасот, се случуваат и процеси на обратна рекомбинација: кога се комбинираат, позитивните и негативните јони или позитивните јони и електрони формираат неутрални молекули или атоми.

Промената на концентрацијата на јоните со текот на времето, поради постојан извор на процеси на јонизација и рекомбинација, може да се опише на следниов начин. Да претпоставиме дека изворот на јонизација создава позитивни јони по единица волумен на гас по единица време и ист број електрони. Доколку во гасот нема електрична струја и може да се занемари бегството на јоните од разгледуваниот волумен поради дифузија, тогаш единствениот механизам за намалување на концентрацијата на јоните ќе биде рекомбинацијата.

Рекомбинацијата се јавува кога позитивен јон ќе се сретне со електрон. Бројот на такви состаноци е пропорционален и на бројот на јони и на бројот на слободни електрони, односно пропорционален на . Затоа, намалувањето на бројот на јони по единица волумен по единица време може да се запише како , каде што a е константна вредност наречена коефициент на рекомбинација.

Според валидноста на воведените претпоставки, рамнотежната равенка за јони во гас може да се запише во форма

Нема да го решиме диференцијална равенкаво општ поглед, и разгледајте неколку интересни посебни случаи.

Најпрво, забележуваме дека процесите на јонизација и рекомбинација по одредено време треба да се компензираат меѓусебно и ќе се воспостави константна концентрација во гасот, може да се види дека при

Стационарната концентрација на јони е колку е поголема, толку е помоќен изворот на јонизација и помал е коефициентот на рекомбинација a.

По исклучувањето на јонизаторот, намалувањето на концентрацијата на јоните е опишано со равенката (1), во која е потребно да се земе како почетна вредност на концентрацијата

Препишувајќи ја оваа равенка во форма по интеграцијата, добиваме

Графикот на оваа функција е прикажан на сл. 101. Тоа е хипербола чии асимптоти се временската оска и вертикалната линија. физичко значењеима само дел од хиперболата што одговара на вредностите.Забележуваме бавна природа на намалувањето на концентрацијата со текот на времето во споредба со процесите на експоненцијално распаѓање кои често се среќаваат во физиката, а кои се реализираат кога стапката на намалување на количината е пропорционална на првата моќност на моменталната вредност на оваа величина.

Ориз. 101. Намалувањето на концентрацијата на јоните во гасот по исклучување на изворот на јонизација

Не-самоспроводливост.Процесот на намалување на концентрацијата на јоните по завршувањето на дејството на јонизаторот значително се забрзува доколку гасот е во надворешно електрично поле. Со повлекување на електрони и јони на електродите, електричното поле може многу брзо да ја поништи електричната спроводливост на гасот во отсуство на јонизатор.

За да ги разбереме законите на неодржливото празнење, за едноставност да го разгледаме случајот кога струјата во гас јонизиран од надворешен извор тече помеѓу две рамни електроди паралелни една на друга. Во овој случај, јоните и електроните се во еднообразно електрично поле со јачина E, еднакво на односот на напонот што се применува на електродите до растојанието меѓу нив.

Мобилност на електрони и јони.Со константен применет напон, во колото се воспоставува одредена константна јачина на струјата 1. Тоа значи дека електроните и јоните во јонизираниот гас се движат со постојани брзини. За да го објасниме овој факт, мора да претпоставиме дека покрај постојаната сила на забрзување електрично полеподвижните јони и електрони се под влијание на силите на отпор кои се зголемуваат со зголемување на брзината. Овие сили го опишуваат просечниот ефект на судири на електрони и јони со неутрални атоми и молекули на гас. Преку силите на отпорот

поставени во просек постојани брзиниелектрони и јони, пропорционални на јачината E на електричното поле:

Коефициентите на пропорционалност се нарекуваат подвижност на електрони и јони. Мобилностите на јоните и електроните имаат различни значењаа зависат од видот на гасот, неговата густина, температура итн.

Густината на електричната струја, т.е. полнежот што го носат електроните и јоните по единица време низ единица површина, се изразува во однос на концентрацијата на електроните и јоните, нивните полнежи и брзината на стабилно движење

Квази-неутралност.Во нормални услови, јонизираниот гас во целина е електрично неутрален, или, како што велат, квазинеутрален, бидејќи во мали волумени кои содржат релативно мал број електрони и јони, може да се наруши условот на електрична неутралност. Тоа значи дека односот

Густина на струјата при несамоодржливо празнење.За да се добие законот за промена на концентрацијата на тековните носители со текот на времето за време на неодржливо празнење во гас, потребно е, заедно со процесите на јонизација од надворешен извор и рекомбинација, да се земат предвид бегство на електрони и јони до електродите. Бројот на честички кои оставаат по единица време по површина електрода од волуменот е еднаков на Стапката на намалување на концентрацијата на таквите честички, ја добиваме со делење на овој број со волуменот на гасот помеѓу електродите. Затоа, равенката за рамнотежа наместо (1) во присуство на струја ќе биде запишана во форма

За воспоставување на режимот, кога од (8) ќе добиеме

Равенката (9) овозможува да се најде зависноста на густината на струјата во стабилна состојба во несамоодржливо празнење од применетиот напон (или од јачината на полето E).

Два ограничувачки случаи се видливи директно.

Закон на Ом.При низок напон, кога во равенката (9) можеме да го занемариме вториот член од десната страна, по што ги добиваме формулите (7), имаме

Густината на струјата е пропорционална на јачината на применетото електрично поле. Така, за несамоодржливо празнење на гас во слаби електрични полиња, законот на Ом е задоволен.

Заситена струја.При ниска концентрација на електрони и јони во равенката (9), можеме да ја занемариме првата (квадратна во однос на поимите од десната страна. При ова приближување, векторот на густината на струјата е насочен долж јачината на електричното поле, а неговата модул

не зависи од применетиот напон. Овој резултат важи за силни електрични полиња. Во овој случај, зборуваме за струја на заситеност.

И двата разгледувани ограничувачки случаи може да се истражат без да се повикуваат на равенката (9). Меѓутоа, на овој начин е невозможно да се следи како, како што се зголемува напонот, се случува преминот од законот на Ом до нелинеарна зависност на струјата од напонот.

Во првиот ограничувачки случај, кога струјата е многу мала, главниот механизам за отстранување на електроните и јоните од областа на празнење е рекомбинацијата. Затоа, за стационарната концентрација може да се користи изразот (2), кој кога ќе се земе предвид (7), веднаш ја дава формулата (10). Во вториот ограничувачки случај, напротив, рекомбинацијата е занемарена. Во силно електрично поле, електроните и јоните немаат време значително да се рекомбинираат за време на летот од една електрода до друга, ако нивната концентрација е доволно мала. Тогаш сите електрони и јони формирани од надворешниот извор стигнуваат до електродите и вкупната густина на струјата е еднаква на Пропорционална е на должината на комората за јонизација, бидејќи вкупен бројпроизведени од јонизаторот на електрони и јони во сооднос со I.

Експериментална студија за испуштање гас.Заклучоците од теоријата за несамоодржливо испуштање гас се потврдени со експерименти. За проучување на празнење во гас, погодно е да се користи стаклена цевка со две метални електроди. Електричното коло на таква инсталација е прикажано на сл. 102. Мобилност

електроните и јоните силно зависат од притисокот на гасот (обратно пропорционален на притисокот), па затоа е погодно да се вршат експерименти при намален притисок.

На сл. 103 ја покажува зависноста на струјата I во цевката од напонот што се применува на електродите на цевката. Јонизација во цевката може да се создаде, на пример, со рентген или ултравиолетови зраци или со користење на слаб радиоактивен препарат. Од суштинско значење е надворешниот извор на јони да остане непроменет.

Ориз. 102. Дијаграм на инсталација за проучување на испуштање гас

Ориз. 103. Експериментална струјно-напонска карактеристика на испуштање гас

Во делот, јачината на струјата е нелинеарно зависна од напонот. Почнувајќи од точката Б, струјата достигнува сатурација и останува константна на одредено растојание.Сето ова е во согласност со теоретските предвидувања.

Само ранг.Меѓутоа, во точката C, струјата почнува повторно да се зголемува, прво бавно, а потоа многу нагло. Тоа значи дека во гасот се појавил нов внатрешен извор на јони. Ако сега го отстраниме надворешниот извор, тогаш испуштањето во гасот не престанува, односно преминува од несамоодржливо празнење во независно. Со само-празнење, формирањето на нови електрони и јони се јавува како резултат на внатрешни процеси во самиот гас.

Јонизација со влијание на електрони.Зголемувањето на струјата за време на преминот од несамоодржливо празнење во независно се јавува како лавина и се нарекува електричен дефект на гасот. Напонот при кој се јавува дефект се нарекува напон на палење. Тоа зависи од видот на гасот и од производот на притисокот на гасот и растојанието помеѓу електродите.

Процесите во гасот одговорни за зголемувањето на струјата налик на лавина со зголемување на применетиот напон се поврзани со јонизацијата на неутралните атоми или молекулите на гасот со слободни електрони забрзани од електричното поле до доволно

големи енергии. Кинетичката енергија на електронот пред следниот судир со неутрален атом или молекула е пропорционална на јачината на електричното поле E и слободниот пат на електронот X:

Ако оваа енергија е доволна за јонизирање на неутрален атом или молекула, т.е. ја надминува работата на јонизација

тогаш кога електронот ќе се судри со атом или молекула, тие се јонизираат. Како резултат на тоа, се појавуваат два електрони наместо еден. Тие, пак, се забрзуваат со електрично поле и ги јонизираат атомите или молекулите што се среќаваат на нивниот пат, итн. Процесот се развива како лавина и се нарекува електронска лавина. Опишаниот механизам за јонизација се нарекува јонизација на влијанието на електроните.

Експериментален доказ дека јонизацијата на атомите на неутрален гас се јавува главно поради влијанието на електроните, а не на позитивните јони, дал Џ. Таунсенд. Тој зеде комора за јонизација во форма на цилиндричен кондензатор, чија внатрешна електрода беше тенка метална нишка испружена по оската на цилиндерот. Во таква комора, забрзувачкото електрично поле е многу нехомогено, а главната улога во јонизацијата ја имаат честичките кои влегуваат во регионот на најсилното поле во близина на филаментот. Искуството покажува дека за ист напон помеѓу електродите, струјата на празнење е поголема кога позитивниот потенцијал се применува на филаментот, а не на надворешниот цилиндар. Во овој случај, сите слободни електрони кои создаваат струја нужно минуваат низ регионот на најсилното поле.

Емисија на електрони од катодата.Самоодржливото празнење може да биде неподвижно само ако нови слободни електрони постојано се појавуваат во гасот, бидејќи сите електрони што се појавуваат во лавината стигнуваат до анодата и се елиминираат од играта. Новите електрони се исфрлаат од катодата со позитивни јони, кои, кога се движат кон катодата, исто така се забрзуваат од електричното поле и добиваат доволно енергија за ова.

Катодата може да емитува електрони не само како резултат на јонско бомбардирање, туку и независно, кога ќе се загрее до висока температура. Овој процес се нарекува термионска емисија, може да се смета како вид на испарување на електроните од металот. Обично тоа се случува на такви температури, кога испарувањето на самиот катоден материјал е сè уште мало. Во случај на самоодржливо испуштање гас, катодата обично се загрева без

влакно, како во вакуумските цевки, но поради ослободување на топлина при бомбардирање со позитивни јони. Затоа, катодата емитува електрони дури и кога енергијата на јоните е недоволна за да ги исфрли електроните.

Самоодржливото празнење во гасот се јавува не само како резултат на премин од несамоодржливо со зголемување на напонот и отстранување на надворешен извор на јонизација, туку и со директна примена на напон кој го надминува напон на прагот на палење. Теоријата покажува дека најмалото количество јони, кои секогаш се присутни во неутрален гас, ако само поради природната радиоактивна позадина, е доволна за да го запали испуштањето.

Во зависност од својствата и притисокот на гасот, конфигурацијата на електродите и напонот што се применува на електродите, можни се различни видови на само-празнење.

Исцедок што тлее.На ниски притисоци(десетини и стотинки од милиметар жива) се забележува празнење на сјај во цевката. За да се запали празнење на сјај, доволен е напон од неколку стотици или дури десетици волти. Во празнењето на сјајот може да се разликуваат четири карактеристични региони. Тоа се темниот катоден простор, сјајот (или негативниот) сјај, темниот простор на Фарадеј и светлечката позитивна колона која го зазема најголемиот дел од просторот помеѓу анодата и катодата.

Првите три региони се наоѓаат во близина на катодата. Ова е местото каде што се случува остар падпотенцијал, поврзан со голема концентрација на позитивни јони на границата на темниот простор на катодата и сјајот. Електроните забрзани во регионот на темниот простор на катодата произведуваат интензивна јонизација на ударот во областа на сјајот. Сјајот што тлее се должи на рекомбинацијата на јони и електрони во неутрални атоми или молекули. Позитивната колона на испуштањето се карактеризира со благ пад на потенцијалот и сјај предизвикан од враќањето на возбудените атоми или молекули на гасот во основната состојба.

Исцедок од корона.При релативно високи притисоци во гасот (од редот на атмосферскиот притисок), во близина на зашилените делови на проводникот, каде што електричното поле е силно нехомогено, се забележува празнење, чиј светлечки регион наликува на корона. Понекогаш се јавува исцедок од корона во вивона врвовите на дрвјата, бродските јарболи итн. („Огновите на Свети Елмо“). Испуштањето корона треба да се земе предвид во високонапонското инженерство кога ова празнење се јавува околу жиците на високонапонските далноводи и доведува до загуби на електрична енергија. Корисно практична употребаиспуштањето корона се наоѓа во електростатските преципитатори за чистење на индустриски гасови од нечистотии на цврсти и течни честички.

Со зголемување на напонот помеѓу електродите, празнењето на короната се претвора во искра со целосно распаѓање на јазот помеѓу

електроди. Има форма на зрак од светли цик-цак разгранувачки канали, кои веднаш продираат во празнината за празнење и чудно се заменуваат еден со друг. Испуштањето на искрата е придружено со ослободување на голема количина топлина, светло синкаво-бел сјај и силно крцкање. Може да се набљудува помеѓу топчињата на машината за електрофор. Пример за празнење на џиновска искра е природната молња, каде што моменталната јачина достигнува 5-105 А, а потенцијалната разлика е 109 V.

Бидејќи празнењето на искрата се јавува при атмосферски (и повисок) притисок, напонот на палење е многу висок: на сув воздух, со растојание помеѓу електродите од 1 cm, тој е околу 30 kV.

Електричен лак.Специфичен практично важен тип на независно празнење на гас е електричен лак. Кога две јаглеродни или метални електроди ќе дојдат во контакт на местото на нивниот контакт, голем број натоплина поради висока отпорност на контакт. Како резултат на тоа, започнува термионската емисија, и кога електродите се поместуваат меѓу нив, светло прозрачниот лак произлегува од високо јонизиран, добро спроводлив гас. Јачината на струјата дури и во мал лак достигнува неколку ампери, а во голем лак - неколку стотици ампери на напон од околу 50 V. Електричниот лак е широко користен во технологијата како моќен извор на светлина, во електрични печки и за електрично заварување . слабо забавувачко поле со напон од околу 0,5 V. Ова поле спречува бавните електрони да стигнат до анодата. Електроните се испуштаат од катодата К загреана со електрична струја.

На сл. 105 е прикажана зависноста на јачината на струјата во анодното коло од напонот за забрзување добиен во овие експерименти.Оваа зависност има немонотон карактер со максимални при напони повеќекратни од 4,9 V.

Дискретност на нивоата на атомска енергија.Оваа зависност на струјата од напонот може да се објасни само со присуството на дискретни стационарни состојби во атомите на жива. Ако атомот немал дискретни стационарни состојби, т.е. неговата внатрешна енергија би можела да заземе какви било вредности, тогаш нееластични судири, придружени со зголемување на внатрешната енергија на атомот, би можеле да се случат при било која електронска енергија. Ако има дискретни состојби, тогаш судирите на електроните со атомите можат да бидат само еластични, се додека енергијата на електроните е недоволна за да го пренесе атомот од основната состојба во најниската возбудена состојба.

За време на еластични судири, кинетичката енергија на електроните практично не се менува, бидејќи масата на електронот е многу помала од масата на атом на жива. Во овие услови, бројот на електрони кои стигнуваат до анодата монотоно се зголемува со зголемување на напонот. Кога напонот за забрзување ќе достигне 4,9 V, судирите на електроните со атомите стануваат нееластични. Внатрешната енергија на атомите нагло се зголемува, а електронот ја губи речиси целата своја кинетичка енергија како резултат на судирот.

Полето за забавување исто така не дозволува бавните електрони да стигнат до анодата, а струјата нагло се намалува. Не исчезнува само затоа што некои од електроните стигнуваат до мрежата без да доживеат нееластични судири. Вториот и последователниот максимум на јачината на струјата се добиваат затоа што при напони кои се множители од 4,9 V, електроните на нивниот пат до мрежата можат да доживеат неколку нееластични судири со атоми на жива.

Значи, електронот ја добива енергијата неопходна за нееластичен судир само откако ќе помине низ потенцијална разлика од 4,9 V. Тоа значи дека внатрешната енергија на атомите на жива не може да се промени за количина помала од eV, што ја докажува дискретноста на енергетскиот спектар на атом. Валидноста на овој заклучок се потврдува и со фактот дека при напон од 4,9 V празнењето почнува да свети: возбудени атоми за време на спонтан

транзициите кон основната состојба емитуваат видлива светлина, чија фреквенција се совпаѓа со онаа пресметана со формулата

Во класичните експерименти на Френк и Херц, методот на влијание на електрони ги одредуваше не само потенцијалите на возбудување, туку и потенцијалите на јонизација на одреден број атоми.

Наведете пример за електростатички експеримент кој покажува дека сувиот воздух е добар изолатор.

Каде се користат изолационите својства на воздухот во инженерството?

Што е несамоодржливо испуштање гас? Под кои услови работи?

Објаснете зошто брзината на намалување на концентрацијата поради рекомбинација е пропорционална на квадратот на концентрацијата на електрони и јони. Зошто овие концентрации може да се сметаат за исти?

Зошто нема смисла законот за намалување на концентрацијата изразен со формулата (3) да го воведе концептот на карактеристично време, кој е широко користен за процеси кои експоненцијално се распаѓаат, иако и во двата случаи процесите продолжуваат, општо земено, бесконечно долго време?

Зошто мислите дека се избрани спротивни знаци во дефинициите за мобилност во формулите (4) за електрони и јони?

Како јачината на струјата во несамоодржливиот гасен празнење зависи од применетиот напон? Зошто преминот од законот на Ом до струја на заситеност се случува со зголемување на напонот?

Електрична енергијаво гасот се врши и од електрони и од јони. Сепак, обвиненијата од само еден знак доаѓаат до секоја од електродите. Како ова се согласува со фактот дека во сите делови од сериското коло јачината на струјата е иста?

Зошто електроните наместо позитивните јони играат најголема улога во јонизацијата на гасот при празнење поради судири?

Опишете карактеристики разни видовинезависно празнење на гас.

Зошто резултатите од експериментите на Френк и Херц сведочат за дискретноста на енергетските нивоа на атомите?

Опишете ги физичките процеси што се случуваат во цевката за празнење гас во експериментите на Френк и Херц кога напонот за забрзување е зголемен.

Ова е кратко резиме.

Работата на целосната верзија продолжува

Предавање2 1

Струја во гасови

1. Општи одредби

Дефиниција: Феноменот на поминување на електрична струја во гасовите се нарекува празнење на гас.

Однесувањето на гасовите е многу зависно од неговите параметри, како што се температурата и притисокот, и овие параметри се менуваат прилично лесно. Затоа, протокот на електрична струја во гасовите е покомплексен отколку кај металите или во вакуум.

Гасовите не го почитуваат законот на Ом.

2. Јонизација и рекомбинација

Гасот во нормални услови се состои од практично неутрални молекули, затоа е екстремно слаб спроводник на електрична струја. Меѓутоа, под надворешни влијанија, електрон може да се откачи од атомот и да се појави позитивно наелектризиран јон. Покрај тоа, електрон може да се приклучи на неутрален атом и да формира негативно наелектризиран јон. Така, можно е да се добие јонизиран гас, т.е. плазма.

Надворешните влијанија вклучуваат загревање, зрачење со енергетски фотони, бомбардирање од други честички и силни полиња, т.е. истите услови кои се неопходни за елементарна емисија.

Електронот во атомот се наоѓа во потенцијален бунар, а за да избега од таму, потребно е да му се даде дополнителна енергија на атомот, што се нарекува енергија на јонизација.

Супстанција	Енергија на јонизација, eV
атом на водород	13,59
Молекула на водород	15,43
Хелиум	24,58
атом на кислород	13,614
молекула на кислород	12,06

Заедно со феноменот на јонизација се забележува и феноменот на рекомбинација, т.е. соединувањето на електрон и позитивен јон за да се формира неутрален атом. Овој процес се случува со ослободување на енергија еднаква на енергијата на јонизација. Оваа енергија може да се користи за зрачење или греење. Локалното загревање на гасот доведува до локална промена на притисокот. Што пак доведува до појава на звучни бранови. Така, испуштањето гас е придружено со светлосни, термички и бучава ефекти.

3. CVC на испуштање гас.

На почетни фазипотребно е дејство на надворешен јонизатор.

Во делот BAW, струјата постои под дејство на надворешен јонизатор и брзо достигнува заситеност кога сите јонизирани честички учествуваат во тековната генерација. Ако го отстраните надворешниот јонизатор, струјата престанува.

Овој тип на испуштање се нарекува несамоодржливо испуштање гас. Кога се обидувате да го зголемите напонот во гасот, се појавуваат електронски лавини, а струјата се зголемува речиси на постојан напон, кој се нарекува напон на палење (BC).

Од овој момент, испуштањето станува независно и нема потреба од надворешен јонизатор. Бројот на јони може да стане толку голем што отпорот на јазот меѓу електродата се намалува и, соодветно, напонот (SD) паѓа.

Потоа, во јазот меѓу електродата, областа на тековниот премин почнува да се стеснува, а отпорот се зголемува и, следствено, напонот (DE) се зголемува.

Кога се обидувате да го зголемите напонот, гасот целосно се јонизира. Отпорот и напонот паѓаат на нула, а струјата се зголемува многукратно. Излегува празнење на лак (ЕФ).

CVC покажува дека гасот воопшто не го почитува законот на Ом.

4. Процеси во гас

процеси кои можат доведуваат до формирање на електронски лавинина сликата.

Тоа се елементи на квалитативната теорија на Таунсенд.

5. Сјај празнење.

При низок притисок и низок напон, ова празнење може да се забележи.

К - 1 (темен простор на Астон).

1 - 2 (прозрачна катодна фолија).

2 – 3 (темен Крукс простор).

3 - 4 (прв катоден сјај).

4 – 5 (темен простор на Фарадеј)

5 - 6 (позитивна анодна колона).

6 – 7 (аноден темен простор).

7 - А (аноден сјај).

Ако анодата е подвижна, тогаш должината на позитивната колона може да се прилагоди, практично без промена на големината на регионот К-5.

Во темните региони, честичките се забрзуваат и се акумулира енергија, а во светлите региони се случуваат процеси на јонизација и рекомбинација.

Теми на кодификаторот USE: носители на слободни електрични полнежи во гасови.

Во обични услови, гасовите се состојат од електрично неутрални атоми или молекули; Кај гасовите речиси и да нема бесплатни трошоци. Затоа гасовите се диелектрици- низ нив не поминува електрична струја.

Рековме „речиси ниту еден“, бидејќи всушност, во гасовите и особено во воздухот, секогаш има одредена количина на слободни наелектризирани честички. Тие се појавуваат како резултат на јонизирачкиот ефект на зрачењето на радиоактивните материи што го сочинуваат земјината кора, ултравиолетово и рендгенско зрачење на Сонцето, како и космички зраци - струи на високоенергетски честички кои продираат во атмосферата на Земјата од вселената. Подоцна ќе се вратиме на овој факт и ќе разговараме за неговата важност, но засега само ќе забележиме дека во нормални услови спроводливоста на гасовите, предизвикана од „природната“ количина на бесплатни полнења, е занемарлива и може да се игнорира.

Дејството на прекинувачите во електричните кола се заснова на изолационите својства на воздушниот јаз (слика 1). На пример, мал воздушен јаз во прекинувачот за светло е доволен за да се отвори електрично коло во вашата соба.

Ориз. 1 клуч

Сепак, можно е да се создадат такви услови под кои ќе се појави електрична струја во гасната празнина. Да го разгледаме следното искуство.

Ги полниме плочите на воздушниот кондензатор и ги поврзуваме со чувствителен галванометар (слика 2, лево). На собна температура и не премногу влажен воздух, галванометарот нема да покаже забележлива струја: нашиот воздушен јаз, како што рековме, не е спроводник на струја.

Ориз. 2. Појавата на струја во воздухот

Сега да го внесеме пламенот на горилникот или свеќата во јазот помеѓу плочите на кондензаторот (слика 2, десно). Се појавува струја! Зошто?

Бесплатни трошоци во плин

Појавата на електрична струја помеѓу плочите на кондензаторот значи дека во воздухот под влијание на пламенот се појави бесплатни трошоци. Што точно?

Искуството покажува дека електричната струја во гасовите е нарачано движење на наелектризираните честички. три вида . тоа електрони, позитивни јонии негативни јони.

Ајде да видиме како овие полнежи може да се појават во гас.

Како што се зголемува температурата на гасот, термичките вибрации на неговите честички - молекули или атоми - стануваат поинтензивни. Влијанијата на честичките едни против други достигнуваат таква сила што јонизација- распаѓање на неутралните честички во електрони и позитивни јони (сл. 3).

Ориз. 3. Јонизација

Степен на јонизацијае односот на бројот на распаднати гасни честички со вкупниот почетен број на честички. На пример, ако степенот на јонизација е , тогаш тоа значи дека оригиналните гасни честички се распаднале во позитивни јони и електрони.

Степенот на јонизација на гас зависи од температурата и нагло се зголемува со неговото зголемување. За водородот, на пример, на температура под степенот на јонизација не надминува , а на температура над степенот на јонизација е блиску до (односно, водородот е речиси целосно јонизиран (делумно или целосно јонизиран гас се нарекува плазма)).

Покрај високата температура, постојат и други фактори кои предизвикуваат јонизација на гасот.

Веќе ги спомнавме попатно: тоа се радиоактивно зрачење, ултравиолетови, Х-зраци и гама зраци, космички честички. Секој таков фактор што предизвикува јонизација на гас се нарекува јонизатор.

Така, јонизацијата не се случува сама по себе, туку под влијание на јонизатор.

Во исто време, обратен процес рекомбинација, односно повторно соединување на електрон и позитивен јон во неутрална честичка (сл. 4).

Ориз. 4. Рекомбинација

Причината за рекомбинација е едноставна: тоа е Кулоновото привлекување на спротивно наелектризираните електрони и јони. Брзајќи еден кон друг под дејство на електрични сили, тие се среќаваат и добиваат можност да формираат неутрален атом (или молекула - во зависност од видот на гасот).

При константен интензитет на дејството на јонизаторот, се воспоставува динамична рамнотежа: просечниот број на честички што се распаѓаат по единица време е еднаков на просечниот број на рекомбинирани честички (со други зборови, стапката на јонизација е еднаква на стапката на рекомбинација). дејството на јонизаторот се засилува (на пример, температурата е зголемена), тогаш динамичката рамнотежа ќе се префрли во насока на јонизација, а концентрацијата на наелектризираните честички во гасот ќе се зголеми. Напротив, ако го исклучите јонизаторот, тогаш рекомбинацијата ќе почне да преовладува, а бесплатните трошоци постепено целосно ќе исчезнат.

Значи, позитивните јони и електрони се појавуваат во гасот како резултат на јонизација. Од каде доаѓа третиот вид полнежи - негативните јони? Многу едноставно: електрон може да лета во неутрален атом и да му се придружи! Овој процес е прикажан на сл. 5 .

Ориз. 5. Појавата на негативен јон

Негативните јони формирани на овој начин ќе учествуваат во создавањето на струјата заедно со позитивните јони и електрони.

Не-само празнење

Ако нема надворешно електрично поле, тогаш слободните полнежи вршат хаотично термичко движење заедно со честичките од неутрален гас. Но, кога ќе се примени електрично поле, започнува нарачаното движење на наелектризираните честички - електрична струја во гас.

Ориз. 6. Несамоодржлив исцедок

На сл. 6 гледаме три типа наелектризирани честички кои се појавуваат во гасната празнина под дејство на јонизатор: позитивни јони, негативни јони и електрони. Електричната струја во гасот се формира како резултат на претстојното движење на наелектризираните честички: позитивни јони - до негативната електрода (катода), електрони и негативни јони - до позитивната електрода (анода).

Електроните, кои паѓаат на позитивната анода, се испраќаат долж колото до "плус" на тековниот извор. Негативните јони донираат дополнителен електрон на анодата и, откако станаа неутрални честички, се враќаат во гасот; електронот даден на анодата исто така ита кон „плусот“ на изворот. Позитивните јони, кои доаѓаат до катодата, земаат електрони од таму; резултирачкиот недостиг на електрони на катодата веднаш се компензира со нивното доставување таму од „минусот“ на изворот. Како резултат на овие процеси, се случува наредено движење на електрони во надворешното коло. Ова е електричната струја снимена од галванометарот.

Процесот опишан на сл. 6 се нарекува несамоодржлив исцедокво гас. Зошто зависна? Затоа за негово одржување потребно е постојаното дејство на јонизаторот. Ајде да го отстраниме јонизаторот - и струјата ќе престане, бидејќи механизмот што обезбедува појава на бесплатни трошоци во јазот за гас ќе исчезне. Просторот помеѓу анодата и катодата повторно ќе стане изолатор.

Волт-ампер карактеристика на празнење гас

Зависноста на јачината на струјата низ гасната празнина од напонот помеѓу анодата и катодата (т.н. струјно-напонска карактеристика на празнење на гас) е прикажано на сл. 7.

Ориз. 7. Волт-ампер карактеристика на празнење гас

При нула напон, јачината на струјата, се разбира, е еднаква на нула: наелектризираните честички вршат само термичко движење, нема наредено движење помеѓу електродите.

Со мал напон, јачината на струјата е исто така мала. Факт е дека не сите наелектризирани честички се предодредени да стигнат до електродите: некои од позитивните јони и електрони во процесот на нивното движење се пронаоѓаат едни со други и се рекомбинираат.

Како што се зголемува напонот, слободните полнежи развиваат сè поголема брзина и се помали шансите позитивниот јон и електронот да се сретнат и да се рекомбинираат. Затоа, сè поголем дел од наелектризираните честички стигнуваат до електродите, а јачината на струјата се зголемува (дел ).

При одредена вредност на напонот (точка), брзината на полнење станува толку висока што рекомбинацијата воопшто нема време да се случи. Од сега натаму ситенаелектризираните честички формирани под дејство на јонизаторот стигнуваат до електродите и струјата достигнува сатурација- Имено, јачината на струјата престанува да се менува со зголемување на напонот. Ова ќе продолжи до одреден момент.

само-празнење

По поминување на точката, моменталната јачина нагло се зголемува со зголемување на напонот - започнува независно празнење. Сега ќе откриеме што е тоа.

Наелектризираните честички на гас се движат од судир до судир; во интервалите помеѓу судирите, тие се забрзуваат со електрично поле, зголемувајќи ја нивната кинетичка енергија. И сега, кога напонот станува доволно голем (тоа истата точка), електроните за време на нивниот слободен пат достигнуваат такви енергии што кога ќе се судрат со неутрални атоми, ги јонизираат! (Користејќи ги законите за зачувување на импулсот и енергијата, може да се покаже дека се работи за електрони (а не јони) забрзани од електрично поле кои имаат максимална способност да ги јонизираат атомите.)

Т.н јонизација на влијанието на електрони. Електроните исфрлени од јонизираните атоми, исто така, се забрзуваат од електричното поле и удираат во нови атоми, јонизирајќи ги сега и генерирајќи нови електрони. Како резултат на појавната електронска лавина, бројот на јонизирани атоми брзо се зголемува, како резултат на што брзо се зголемува и сегашната јачина.

Бројот на бесплатни полнења станува толку голем што потребата од надворешен јонизатор е елиминирана. Може едноставно да се отстрани. Слободните наелектризирани честички сега се создаваат како резултат на домашнипроцеси кои се случуваат во гасот - затоа празнењето се нарекува независно.

Ако јазот за гас е под висок напон, тогаш не е потребен јонизатор за само-празнење. Доволно е да се најде само еден слободен електрон во гасот и ќе започне гореопишаната електронска лавина. И секогаш ќе има барем еден слободен електрон!

Да потсетиме уште еднаш дека во гас, дури и во нормални услови, постои одредена „природна“ количина на слободни полнежи, поради јонизирачкото радиоактивно зрачење на земјината кора, високофреквентното зрачење од Сонцето и космичките зраци. Видовме дека при ниски напони спроводливоста на гасот предизвикана од овие бесплатни полнежи е занемарлива, но сега - при висок напон - тие ќе доведат до лавина од нови честички, што ќе доведе до независно празнење. Ќе се случи како што велат се расипагас празнина.

Јачината на полето потребна за разградување на сувиот воздух е приближно kV/cm. Со други зборови, за да скокне искра помеѓу електродите разделени со сантиметар воздух, на нив мора да се примени киловолтен напон. Замислете каков напон е потребен за да се пробие неколку километри воздух! Но, токму такви дефекти се случуваат за време на бура со грмотевици - ова се добро познати молњи.

Електрична струја е проток што е предизвикан од нарачаното движење на електрично наелектризираните честички. Движењето на полнежите се зема како насока на електричната струја. Електричната струја може да биде краткорочна и долгорочна.

Концептот на електрична струја

За време на празнење на гром може да дојде до електрична струја, која се нарекува краткорочна. И за да се одржи струјата подолго време, неопходно е да се има електрично поле и слободни носачи на електричен полнеж.

Електрично поле се создава од тела наполнети различно. Тековната јачина е односот на полнежот пренесен низ пресекот на проводникот во временски интервал до овој временски интервал. Се мери во ампери.

Ориз. 1. Тековна формула

Електрична струја во гасови

Молекулите на гасот не спроведуваат струја во нормални услови. Тие се изолатори (диелектрици). Меѓутоа, ако ги промените условите животната средина, тогаш гасовите можат да станат спроводници на електрична енергија. Како резултат на јонизација (кога се загрева или под дејство на радиоактивно зрачење) во гасовите се јавува електрична струја, која често се заменува со терминот „електрично празнење“.

Самоодржливи и несамоодржливи испуштања на гасови

Испуштањата во гасот можат да бидат самоодржливи и неодржливи. Струјата почнува да постои кога ќе се појават бесплатни трошоци. Несамоодржливи празнења постојат се додека на него дејствува надворешна сила, односно надворешен јонизатор. Тоа е, ако надворешниот јонизатор престане да работи, тогаш струјата престанува.

Независно празнење на електрична струја во гасовите постои дури и по завршувањето на надворешниот јонизатор. Независните празнења во физиката се поделени на тивки, тлеења, лак, искра, корона.

• Тивко - најслабо од самостојните испуштања. Тековната јачина во неа е многу мала (не повеќе од 1 mA). Тоа не е придружено со звучни или светлосни феномени.
• Тлеење - ако го зголемите напонот при тивко празнење, тој оди на следното ниво - до празнење на сјај. Во овој случај, се појавува сјај, кој е придружен со рекомбинација. Рекомбинација - обратен процес на јонизација, средба на електрон и позитивен јон. Се користи во бактерицидни и светилки за осветлување.

Ориз. 2. Сјај празнење

• Лак - сегашната јачина се движи од 10 А до 100 А. Во овој случај, јонизацијата е речиси 100%. Овој тип на празнење се јавува, на пример, за време на работата на машината за заварување.

Ориз. 3. Лачно празнење

• пенливи - може да се смета за еден од видовите на лак празнење. За време на таквото празнење за многу кратко времетече одредена количина електрична енергија.
• исцедок од корона – јонизација на молекулите се јавува во близина на електроди со мали радиуси на закривеност. Овој тип на полнење се јавува кога јачината на електричното поле драматично се менува.

Што научивме?

Сами по себе, атомите и молекулите на гасот се неутрални. Тие се полнат кога се изложени нанадвор. Зборувајќи накратко за електричната струја во гасовите, тоа е насочено движење на честички (позитивни јони кон катодата и негативни јони кон анодата). Исто така, важно е кога гасот се јонизира, неговите спроводливи својства да се подобрат.

ЕЛЕКТРИЧНА СТРУА ВО ГАСОВИ

Независна и неодржлива спроводливост на гасовите. AT природна состојбагасовите не спроведуваат електрична струја, т.е. се диелектрици. Ова може лесно да се потврди со едноставна струја, ако колото е прекинато со воздушен јаз.

Изолационите својства на гасовите се објаснуваат со фактот дека атомите и молекулите на гасовите во нивната природна состојба се неутрални ненаелектризирани честички. Од ова е јасно дека за да се направи спроводлив гас, неопходно е на еден или друг начин да се воведат во него или да се создадат во него бесплатни носители на полнење - наелектризирани честички. Во овој случај, можни се два случаи: или овие наелектризирани честички се создаваат со дејство на некој надворешен фактор или се внесуваат во гасот однадвор - неодржлива спроводливост, или тие се создаваат во гасот со дејство на самото електрично поле кое постои помеѓу електродите - самоспроводливост.

На сликата прикажана, галванометарот во колото не покажува струја и покрај применетиот напон. Ова укажува на отсуство на спроводливост на гасови во нормални услови.

Ајде сега да го загрееме гасот во интервалот 1-2 на многу висока температура со воведување на запален горилник во него. Галванометарот ќе укаже на појава на струја, затоа, на висока температура, процентот на молекули на неутрален гас се распаѓа на позитивни и негативни јони. Таков феномен се нарекува јонизацијагас.

Ако млаз воздух од мал вентилатор се насочи во гасната празнина, а на патеката на млазот, надвор од јазот се постави јонизирачки пламен, тогаш галванометарот ќе покаже одредена струја.

Тоа значи дека јоните не исчезнуваат веднаш, туку се движат заедно со гасот. Меѓутоа, како што се зголемува растојанието помеѓу пламенот и јазот 1-2, струјата постепено слабее, а потоа исчезнува. Во овој случај, спротивно наелектризираните јони имаат тенденција да се приближуваат еден кон друг под влијание на силата на електричната привлечност и, кога ќе се сретнат, повторно се соединуваат во неутрална молекула. Таквиот процес се нарекува рекомбинацијајони.

Загревањето на гас на висока температура не е единствениот начин да се јонизираат молекулите или атомите на гасот. Неутралните атоми или молекули на гас исто така може да се јонизираат под влијание на други фактори.

Јонската спроводливост има голем број карактеристики. Така, често позитивните и негативните јони не се единечни јонизирани молекули, туку групи на молекули прикачени на негативен или позитивен електрон. Поради ова, иако полнењето на секој јон е еднакво на еден или два, ретко повеќе од бројот на елементарни полнежи, нивните маси може значително да се разликуваат од масите на поединечни атоми и молекули. Во ова, гасните јони значително се разликуваат од јоните на електролитот, кои секогаш претставуваат одредени групи на атоми. Поради оваа разлика, законите на Фарадеј, кои се толку карактеристични за спроводливоста на електролитите, не важат за јонската спроводливост на гасовите.

Втората, исто така многу важна, разлика помеѓу јонската спроводливост на гасовите и јонската спроводливост на електролитите е дека Омовиот закон не се почитува за гасовите: карактеристиката на струја-напон е посложена. Струјно-напонската карактеристика на проводниците (вклучувајќи електролити) има форма на наклонета права линија (пропорционалност на I и U), за гасови има различни форми.

Особено, во случај на неодржлива спроводливост, за мали вредности на U, графикот има форма на права линија, т.е. Омовиот закон приближно останува валиден; како што се зголемува U, кривата се наведнува од одредено напрегање и преминува во хоризонтална права линија.

Тоа значи дека почнувајќи од одреден напон струјата останува константна и покрај зголемувањето на напонот. Оваа константна вредност на струјата независна од напон се нарекува струја на заситеност.

Не е тешко да се разбере значењето на добиените резултати. Првично, како што се зголемува напонот, бројот на јони што минуваат низ пресекот на празнење се зголемува; струјата I се зголемува, бидејќи јоните во повеќе силно полесе движи со поголема брзина. Меѓутоа, без разлика колку брзо се движат јоните, бројот на нив што минуваат низ овој дел по единица време не може да биде поголем од вкупниот број на јони создадени во празнењето во празнењето по единица време од надворешниот јонизирачки фактор.

Меѓутоа, експериментите покажуваат дека ако, по достигнувањето на струјата на заситеност во гасот, продолжиме значително да го зголемуваме напонот, тогаш текот на карактеристиката струја-напон одеднаш се нарушува. При доволно висок напон, струјата нагло се зголемува.

Тековниот скок покажува дека бројот на јони веднаш нагло се зголемил. Причината за тоа е самото електрично поле: тоа им дава толку големи брзини на некои јони, т.е. толку голема енергија што кога таквите јони ќе се судрат со неутралните молекули, тие се распаѓаат на јони. Вкупен бројјоните сега не се одредуваат од јонизирачкиот фактор, туку од дејството на самото поле, кое самото може да ја поддржи потребната јонизација: спроводливоста од несамоодржливата станува независна. Опишаниот феномен на ненадеен почеток на независна спроводливост, кој има карактер на распаѓање на гасна празнина, не е единствениот, иако многу важен, облик на појава на независна спроводливост.

Испуштање на искра.При доволно висока јачина на полето (околу 3 MV / m), помеѓу електродите се појавува електрична искра, која има форма на светло блескав извртен канал што ги поврзува двете електроди. Гасот во близина на искрата се загрева на висока температура и наеднаш се шири, предизвикувајќи звучни бранови, и слушаме карактеристична пукнатина.

Опишаната форма на испуштање гас се нарекува искра празнењеили гасна искра. Кога ќе се појави празнење на искра, гасот наеднаш ги губи своите диелектрични својства и станува добар проводник. Јачината на полето при која се јавува распаѓање на гасот има различна вредност за различни гасови и зависи од нивната состојба (притисок, температура). Колку е поголемо растојанието помеѓу електродите, толку е поголем напонот меѓу нив неопходен за појава на распаѓање на гасот. Оваа тензија се нарекува пробивен напон.

Знаејќи како пробивниот напон зависи од растојанието помеѓу електродите од која било одредена форма, можно е да се измери непознатиот напон долж максималната должина на искрата. Ова е основа за уредот на волтметар за искра за груби високи напони.

Се состои од две метални топчиња фиксирани на столбовите 1 и 2, вториот столб со топката може да се приближи или да се оддалечи од првиот со завртка. Топчињата се поврзани со извор на струја, чиј напон треба да се мери и се спојуваат додека не се појави искра. Со мерење на растојанието со помош на скала на држачот, може да се даде груба проценка на напонот долж должината на искрата (пример: со дијаметар на топката од 5 cm и растојание од 0,5 cm, пробивниот напон е 17,5 kV, а на растојание од 5 cm - 100 kV).

Појавата на распаѓање се објаснува на следниов начин: во гасот секогаш има одреден број на јони и електрони кои произлегуваат од случајни причини. Сепак, нивниот број е толку мал што гасот практично не спроведува електрична енергија. При доволно висока јачина на полето, кинетичката енергија акумулирана од јонот во интервалот помеѓу два судири може да стане доволна за јонизирање на неутрална молекула за време на судирот. Како резултат на тоа, се формира нов негативен електрон и позитивно наелектризиран остаток, јон.

Слободен електрон 1, при судир со неутрална молекула, го дели на електрон 2 и слободен позитивен јон. Електроните 1 и 2, при понатамошен судир со неутрални молекули, повторно ги делат на електрони 3 и 4 и слободни позитивни јони итн.

Овој процес на јонизација се нарекува ударна јонизацијаи работата што треба да се потроши за да се произведе одвојување на електрон од атом - јонизирачка работа. Работата на јонизација зависи од структурата на атомот и затоа е различна за различни гасови.

Електроните и јоните формирани под влијание на ударната јонизација го зголемуваат бројот на полнежи во гасот, а за возврат тие се во движење под дејство на електрично поле и можат да произведат ударна јонизација на нови атоми. Така, процесот се засилува, а јонизацијата во гасот брзо достигнува многу висока вредност. Феноменот е сличен на лавина, така што овој процес беше наречен јонска лавина.

Формирањето на јонска лавина е процес на распаѓање на искра, а минималниот напон при кој се јавува јонска лавина е пробивниот напон.

Така, во случај на распаѓање на искра, причината за јонизација на гасот е уништување на атомите и молекулите при судири со јони (ионизација на удар).

Молња.Прекрасен и небезбеден природен феномен - молња - е искра во атмосферата.

Веќе во средината на 18 век, вниманието беше посветено на надворешната сличност на молњата со електрична искра. Се претпоставува дека громовите облаци носат големи електрични полнежи и дека молњата е огромна искра, која не се разликува од искрата помеѓу топчињата на електричната машина, освен по големина. Тоа го истакнал, на пример, рускиот физичар и хемичар Михаил Василиевич Ломоносов (1711-65), кој заедно со други научни прашања се занимавал со атмосферскиот електрицитет.

Тоа го докажа искуството од 1752-53 година. Ломоносов и американскиот научник Бенџамин Френклин (1706-90), кои работеле истовремено и независно еден од друг.

Ломоносов изградил „машина за гром“ - кондензатор што се наоѓал во неговата лабораторија и се полнел со атмосферски електрицитет преку жица, чиј крај бил изваден од просторијата и подигнат на висок столб. За време на бура со грмотевици, искри може да се отстранат од кондензаторот со рака.

Френклин, за време на грмотевици, лансираше змеј на конец, кој беше опремен со железна точка; на крајот од конецот бил врзан клуч од вратата. Кога жицата се навлажни и стана спроводник на електрична струја, Френклин успеа да извлече електрични искри од клучот, да ги наполни теглите на Лајден и да направи други експерименти направени со електрична машина (Треба да се забележи дека таквите експерименти се крајно опасни, бидејќи молњата може да удри змии, а во исто време големи полнења ќе поминат низ телото на експериментаторот до Земјата.Во историјата на физиката имало такви тажни случаи: Г.В.Ричман, кој работел заедно со Ломоносов, починал во 1753 година во Св. Петербург).

Така, се покажа дека громовите облаци се навистина многу наполнети со електрична енергија.

Различни делови од облакот со грмотевици носат полнежи од различни знаци. Најчесто, долниот дел од облакот (одразен кон Земјата) е негативно наелектризиран, а горниот е позитивно наелектризиран. Затоа, ако два облаци се приближат еден кон друг со спротивно наелектризирани делови, тогаш молњите скокаат меѓу нив. Сепак, празнењето на гром може да се појави на други начини. Минувајќи над Земјата, громовиот облак создава големи индуцирани полнежи на неговата површина, и затоа облакот и површината на Земјата формираат две плочи од голем кондензатор. Потенцијалната разлика помеѓу облакот и Земјата достигнува огромни вредности, измерени во стотици милиони волти, а во воздухот се појавува силно електрично поле. Ако интензитетот на ова поле се направи доволно голем, тогаш може да дојде до дефект, т.е. гром удира во земјата. Во исто време, гром понекогаш ги погодува луѓето и предизвикува пожари.

Според бројни студии направени за молњите, полнењето на искрата се карактеризира со следните приближни бројки: напонот (U) помеѓу облакот и Земјата е 0,1 GV (гигаволт);

јачина на струја (I) во молња 0,1 MA (мегаампери);

времетраење на молња (t) 1 µs (микросекунда);

дијаметарот на прозрачниот канал е 10-20 см.

Громот што се јавува по молњите има исто потекло како и крцкањето кога лабораториска искра скока. Имено, воздухот во внатрешноста на каналот на молња силно се загрева и се шири, поради што се појавуваат звучни бранови. Овие бранови, рефлектирани од облаци, планини итн., често создаваат долго ехо - громови.

Исцедок од корона.Појавата на јонска лавина не секогаш доведува до искра, туку може да предизвика и различен тип на испуштање - исцедок од корона.

Дозволете ни да се истегнеме на две високи изолациски потпори метална жица ab, со дијаметар од неколку десетини од милиметар и да ја поврземе со негативниот пол на генераторот, кој дава напон од неколку илјади волти. Ќе го однесеме вториот пол на генераторот на Земјата. Добивате еден вид кондензатор, чии плочи се жицата и ѕидовите на просторијата, кои, се разбира, комуницираат со Земјата.

Полето во овој кондензатор е многу нерамномерно, а неговиот интензитет во близина на тенка жица е многу висок. Со постепено зголемување на напонот и набљудување на жицата во темница, може да се забележи дека при познат напон, во близина на жицата се појавува слаб сјај (круна), покривајќи ја жицата од сите страни; тоа е придружено со звук на шушкање и мало крцкање. Ако чувствителен галванометар е поврзан помеѓу жицата и изворот, тогаш со појава на сјај, галванометарот покажува забележлива струја што тече од генераторот по жиците до жицата и од него низ воздухот од просторијата до ѕидовите, помеѓу жицата и ѕидовите се пренесува со јони формирани во просторијата поради ударна јонизација. Така, сјајот на воздухот и појавата на струја укажуваат на силна јонизација на воздухот под дејство на електрично поле. Испуштањето на корона може да се случи не само во близина на жицата, туку и во близина на врвот и воопшто во близина на која било електрода, во близина на која се формира многу силно нехомогено поле.

Примена на исцедок од корона. Чистење на електричен гас (електрични филтри). Садот исполнет со чад наеднаш станува потполно проѕирен ако во него се внесат остри метални електроди поврзани со електрична машина и сите цврсти и течни честички ќе се наталожат на електродите. Објаснувањето на искуството е следново: штом короната се запали, воздухот во цевката е силно јонизиран. Гасните јони се лепат на честичките од прашина и ги полнат. Бидејќи внатре во цевката дејствува силно електрично поле, наелектризираните честички прашина се движат под дејство на полето до електродите, каде што се таложат.

Бројачи елементарни честички . Бројачот на елементарни честички Гајгер-Милер се состои од мал метален цилиндар опремен со прозорец покриен со фолија и тенка метална жица испружена по оската на цилиндерот и изолирана од неа. Бројачот е поврзан со коло што содржи извор на струја, чиј напон е еднаков на неколку илјади волти. Напонот е избран неопходен за појава на празнење корона во внатрешноста на бројачот.

Кога брзо се движи електрон влегува во бројачот, вториот ги јонизира молекулите на гасот внатре во бројачот, предизвикувајќи малку да се намали напонот потребен за запалување на короната. Во бројачот се јавува празнење, а во колото се појавува слаба краткорочна струја. За да се открие, во колото се внесува многу голем отпор (неколку мегаоми) и паралелно со него се поврзува чувствителен електрометар. Секој пат кога брз електрон ќе ја погоди внатрешноста на бројачот, листовите на електрометарот ќе се наведнуваат.

Ваквите бројачи овозможуваат да се регистрираат не само брзи електрони, туку генерално сите наелектризирани, брзо движечки честички способни да произведат јонизација со помош на судири. Современите бројачи лесно можат да откријат дури и една честичка како ги погодува и затоа овозможуваат со целосна сигурност и многу голема јасност да се потврди дека елементарните наелектризирани честички навистина постојат во природата.

громобран. Се проценува дека околу 1800 грмотевици се случуваат истовремено во атмосферата на целата земјина топка, кои во просек даваат околу 100 молњи во секунда. И иако веројатноста да биде погоден од гром на која било личност е занемарлива, сепак, гром предизвикува многу штета. Доволно е да се истакне дека во моментов околу половина од сите несреќи во големите далноводи се предизвикани од гром. Затоа, заштитата од гром е важна задача.

Ломоносов и Френклин не само што ја објаснија електричната природа на громот, туку посочија и како да се изгради громобран што штити од удар на гром. Громобранот е долга жица, чиј горен крај е изострен и зајакнат над највисоката точка на заштитената зграда. Долниот крај на жицата е поврзан со метален лим, а листот е закопан во земја на ниво на почвена вода. За време на бура со грмотевици, на Земјата се појавуваат големи индуцирани полнежи и се појавува големо електрично поле во близина на површината на Земјата. Неговиот интензитет е многу висок во близина на острите проводници, и затоа се запали корона празнење на крајот од громобран. Како резултат на тоа, индуцираните полнежи не можат да се акумулираат на зградата и не се појавуваат молњи. Во оние случаи кога сè уште се појавува гром (а таквите случаи се многу ретки), тој удира во громобран и полнежите одат на Земјата без да и наштетат на зградата.

Во некои случаи, испуштањето на короната од громобран е толку силно што јасно видлив сјај се појавува на врвот. Таквиот сјај понекогаш се појавува во близина на други зашилени предмети, на пример, на краевите на бродските јарболи, остри врвови на дрвја итн. Овој феномен бил забележан пред неколку векови и предизвикал суеверен ужас кај навигаторите кои не ја разбирале неговата вистинска суштина.

Електричен лак.Во 1802 година, рускиот физичар В.В. Петров (1761-1834) открил дека ако прикачите две парчиња електрична енергија на столбовите на голема електрична батерија јаглени, доведувајќи ги јаглените во контакт, малку раздвижете ги, потоа меѓу краевите на јагленот ќе се формира силен пламен, а самите краеви на јагленот ќе светат бели, испуштајќи блескава светлина.

Наједноставниот уред за производство на електричен лак се состои од две електроди, за кои е подобро да се земе не јаглен, туку специјално направени прачки добиени со притискање на мешавина од графит, саѓи и врзива. Мрежата за осветлување може да послужи како тековен извор, во кој е вклучен реостат за безбедност.

Со принудување на лакот да гори со постојана струја во компримиран гас (20 атм), беше можно температурата на крајот на позитивната електрода да се доведе до 5900 ° C, т.е. до температурата на површината на сонцето. Уште повисока температура поседува колона од гасови и пареи, која има добра електрична спроводливост, низ која поминува електричен полнеж. Енергетското бомбардирање на овие гасови и пареи од електрони и јони, управувано од електричното поле на лакот, ја доведува температурата на гасовите во колоната на 6000-7000°C. Таква силна јонизација на гасот е можна само поради фактот што катодата на лакот испушта многу електрони, кои со своите удари го јонизираат гасот во просторот за празнење. Силната емисија на електрони од катодата е обезбедена со фактот што самата лачна катода се загрева до многу висока температура (од 2200 до 3500 ° C). Кога јаглените се доведуваат во контакт за да се запали лакот, речиси целата џулска топлина на струјата што минува низ јагленот се ослободува на допирната точка, која имала многу висока отпорност. Затоа, краевите на јагленот се многу жешки и тоа е доволно за да избие лак меѓу нив кога ќе се раздвојат. Во иднина, катодата на лакот се одржува во загреана состојба со самата струја што минува низ лакот. Главната улога во ова ја игра бомбардирањето на катодата со позитивни јони што паѓаат врз неа.

Струјно-напонската карактеристика на лакот има сосема необичен карактер. Во празнење на лак, како што се зголемува струјата, напонот на терминалите на лакот се намалува, т.е. лакот има карактеристика на струја-напон што паѓа.

Примена на лак празнење. Осветлување. Поради високата температура, лачните електроди испуштаат блескава светлина (сјајот на столбот на лакот е послаб, бидејќи емисивноста на гасот е мала), и затоа електричниот лак е еден од најдобрите извориСвета. Тој троши само околу 3 вати по кандела и е значително поекономичен од најдобрите лампи со вжарено. Електричниот лак првпат бил употребен за осветлување во 1875 година од страна на рускиот инженер-пронаоѓач П.Н. Јаблочкин (1847-1894) и беше наречен „Руска светлина“ или „Северна светлина“. Заварување. За заварување на метални делови се користи електричен лак. Деловите што треба да се заварат служат како позитивна електрода; допирајќи ги со јаглен поврзан со негативниот пол на тековниот извор, се добива лак помеѓу телата и јагленот, топејќи го металот. живин лак. Од голем интерес е живиот лак кој гори во кварцна цевка, т.н кварцна светилка. Во оваа светилка, празнењето на лакот не се јавува во воздух, туку во атмосфера на пареа на жива, за што се внесува мала количина жива во светилката, а воздухот се испумпува. Светлината на живиот лак е исклучително богата со ултравиолетови зраци, кои имаат силна хемикалија и физиолошко дејство. За да може да се користи ова зрачење, светилката не е направена од стакло, кое силно го апсорбира УВ зрачењето, туку од фузиран кварц. Живите светилки се широко користени во лекувањето на разни болести, како и во научно истражувањекако силен извор на ултравиолетово зрачење.

Како извор на информации се користеше основниот учебник по физика под

уредено од академик Г.С. Ландсберг (том 2). Москва, издавачка куќа Наука, 1985 година.

Направено од МАРКИДОНОВ ТИМУР, Иркутск.