Практическая работа. Самостоятельный разряд в газах.
Цель. Изучение условия возникновения самостоятельного разряда в газах. Теория. Газы в обычных условиях – диэлектрики. Воздух используют в технике как изолятор: в линии электропередач; между обкладками конденсатора; в контактах выключателей. При высокой температуре и под действием ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения (внешних ионизаторов) газы становятся проводниками. При столкновении электрона с атомом (или молекулой) происходит его (её) ионизация , то есть образуется электрон и положительный ион. Этот процесс называется ионизацией электронным ударом. Ионизация электронным ударом. В чём состоит причина резкого увеличения числа заряженных частиц при больших напряжениях? Электрон, ускоряясь электрическим полем, на своём пути к аноду сталкивается с ионами и нейтральными молекулами. В промежутках между двумя последовательными столкновениями энергия электрона увеличивается за счёт работы сил электрического поля. Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряжённость электрического поля. Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением пропорциональна напряжённости поля и длине свободного пробега электрона (пути между двумя последовательными столкновениями):
Если кинетическая энергия электрона превосходит работу ионизации Ai, которую нужно совершить, чтобы ионизировать нейтральный атом (или молекулу), т. е.
то при столкновении электрона с атомом (или молекулой) происходит его (её) ионизация, называемая ионизацией электронным ударом. Процесс ионизации газа сопровождается и противоположным ему процессом восстановления нейтральных молекул из разноимённо заряженных ионов (или из положительных ионов и электронов) вследствие их электрического (кулоновского) притяжения (рис. 2.15).
Рис. 2.15
Такой процесс называют рекомбинацией заряженных частиц. Механизм электропроводности газов: Электрический ток в газе представляет собой направленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов — к аноду. На электродах происходит нейтрализация заряженных частиц. Протекание тока через газ называется газовым разрядом. Газовый разряд, протекающий в отсутствии ионизатора, называется самостоятельным.
Вольтамперная характеристика газового разряда.
ОА – только часть заряженных частиц доходит до электродов, часть их рекомбинирует; АВ – ток почти не увеличивается (ток насыщения); ВС – самостоятельный разряд. Виды самостоятельных газовых разрядов: искровой , дуговой , коронный , тлеющий. Рассмотрим дуговой разряд.Дуговой разряд впервые был получен в 1802 году российским академиком В. В. Петровым. При соприкосновении электродов в цепи возникает сильный ток короткого замыкания, что приводит к сильному нагреванию электродов. Затем электроды постепенно раздвигаются. Ток продолжает идти через межэлектродное пространство, заполненное высокотемпературной плазмой. Концы электродов раскаляются до 3000-4000 градусов и начинают испаряться. Дуговой разряд является самостоятельным разрядом в газе и происходит за счет энергии термоэлектронной эмиссии с катода. Термоэлектронная эмиссия -это вырывание электронов с поверхности вещества под действием высокой температуры. Дуговой разряд является источником сильного светового и ультрафиолетового излучений. Дуговой разряд
Дуговой разряд применяется в качестве мощных источников света (прожекторов), в электроплавильных печах, для электросварки, для ультрафиолетовых излучателей. Ответить письменно на вопросы: 1. Какой процесс называется ионизацией электронным ударом? 2. Что такое электрический ток в газах? 4.Что такое самостоятельный разряд? 5. Назовите виды самостоятельных разрядов. 6. Что означает на графике вольтамперной характеристики газового разряда участок ВС? 7.Что такое термоэлектронная эмиссия? 8.Где применяется дуговой разряд? 9.Записать условие возникновения ионизации электронным ударом. 10. Найдите напряжение при котором будет осуществляться ионизации электронным ударом, если частицы газа имеют среднюю кинетическую энергию 6,21*10^-21Дж.
Литература. Физика: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотцкий. - М.: Просвещение , 2017 .
.png)
