Реферат: Ток в различных средах

<img src="/cache/referats/4672/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

1. Введение

   Еслисоединить проволокой два проводника, между которыми была создана разностьпотенциалов, то потенциалы будут выравниваться, при этом заряды на проводникахперераспределяются, а в соединительной проволоке происходит направленноеперемещение зарядов, называемые током. Ток под действием приложений разностипотенциалов возникает в любой среде, где имеются свободные электроны.

   Взависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бывает электронной,ионной и дырочной.

  Электроннойпроводимостью обладают металлы. Существует такая проводимость и в верхних слояхатмосферы, где плотность вещества невелика, благодаря чему электроны могутсвободно перемещаться, не соединяясь с положительно заряженными ионами.

   Жидкиеэлектроны обладают ионной проводимостью. Ионы, являющиеся зарядоносителями, придвижении перемещают вещество, в результате чего происходит выделение его наэлектродах.

   Возможенмеханизм проводимости, обусловленный разрывом валентной связи, приводящим кпоявлению вакантного места с отсутствующей связью. Такое «пустые» место сотсутствующими электронами связи получило название — дырка. 

  Возникновение дырки в кристалле проводника создаёт дополнительнуювозможность для переноса заряда. Этот процесс, сопровождающийся перемещениемэлектронов, получил название дырочной проводимостью.

Плазма, под которой понимаетсягаз, имеющий концентрацию зарядоносителей, намного превышающую незаряженныхчастиц, обладает электронной и ионной проводимостью.

2.Ток в жидкостях.

  Происхождение электрического тока (движение электрических зарядов) черезраствор существенно отличается от движения электрических зарядов пометаллическому проводнику.

   Различие,прежде всего в том, что зарядоносителями в растворах являются не электроны, аионы, т.е. сами атомы или молекулы, потерявшие или захватившие один илинесколько электронов.

  Естественно, это движение, так или иначе, сопровождается изменениемсвойств самого вещества.

   Рассмотримэлектрическую цепь, элементом которой является сосуд с раствором повареннойсоли и с вставленными в него электродами любой формы из пластины. Приподключении к источнику питания в цепи появляется ток, представляющий собой врастворе движение тяжелых заряженных частиц – ионов. Появление ионов ужеозначает возможность химического разложения раствора на два основных элемента –Naи Cl. Натрий, потерявший электрон, представляет собойположительно заряженный ион, движущийся к электроду, который подключен котрицательному полюсу источника питания, электрической цепи. Хлор,«узурпировавший» электрон, представляет собой отрицательный ион.

Отрицательные ионы хлора движутся к электроду,который подключен к положительному полюсу источника питания эл. цепи.

Образование положительных и отрицательных ионовпроисходит вследствие самопроизвольного распада молекулы поваренной соли вводном растворе (электролитическая диссоциация). Движение ионов обусловленонапряжением, поданным на электроды, опущенные в раствор. Достигнув электродов,ионы забирают или отдают электроны, образуя соответственно молекулы Clи Na.Подобные явления наблюдаются в растворах многих других веществ. Молекулы этихвеществ, подобно молекулам поваренной соли, состоят из противоположнозаряженных ионов, на которые они и распадаются в растворах. Количествораспавшихся молекул, точнее, число ионов, характеризует электрическоесопротивление раствора.

   Ещё разподчеркнём, что происхождение электрического тока по цепи, элементом которойявляется раствор, вызывает перемещение вещества этого элемента электрическойцепи, и, следовательно, изменение его химический свойств, в то время,  как при прохождении электрического тока пометаллическому проводнику никаких изменений в проводнике не происходит.

   От чегозависит количество вещества, выделяющегося при электролизе на электродах?Впервые на этот вопрос ответил Фарадей. Фарадей показал экспериментально, чтомасса выделяемого вещества связана с силой тока и временем его протекания tсоотношением (закон Фарадея):

M= kq

   Массавыделяющегося вещества при электролизе вещества прямо пропорциональнаколичеству прошедшего через электролит электричества и не зависит от другихпричин, кроме рода вещества.

   Указаннуюзакономерность можно проверить на следующих опытах. Нальём в несколько ваннодин и тот же электролит, но разной концентрации. Опустим в ванны электроды,имеющие разную площадь, и расположим их в ванных на разных расстояниях.Соединим все ванны последовательно и пропустим через них ток. Тогда черезкаждую из ванн, очевидно, пройдёт одинаковое количество электричества. Взвесивкатоды до и после опыта, мы обнаружим, что на всех катодах выделилосьодинаковое количество вещества. Соединив все ванны параллельно и пропустивчерез них ток, можно убедиться, что количество вещества, выделившегося накатодах, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему черезкаждую из них. Наконец, соединив последовательно ванны с различнымиэлектролитами, легко установить, что количество выделившегося вещества зависитот рода этого вещества.

  Величина,характеризующая зависимость количества выделяющегося при электролизе веществаот его рода, называется электрохимическим эквивалентом и обозначается буквой к.

  Электрохимический эквивалент вещества измеряется массой вещества,выделяющегося на электроде при прохождении через электролит единицы количестваэлектричества,

Массавещества, выделяющегося при электролизе, представляет собой общую массу всехразрядившихся на электроде ионов. Подвергая электролизу разные соли, можно наопыте установить количество электричества, которое должно пройти черезэлектролит, чтобы выделился один килограмм – эквивалент данного вещества. Такиеопыты впервые проделал Фарадей. Он нашел, что для выделения одного килограмм –эквивалента любого вещества при электролизе требуется одинаковые количестваэлектричества, равные 9,65·107 к.

  Количество электричества, необходимое длявыделения при электролизе килограмм – эквивалента вещества, называется числомФарадея и обозначается буквой F:

F= 9,65·107 к.

   В электролите ионоказывается окруженным молекулами растворителя (воды), обладающимизначительными дипольными моментами. Взаимодействуя с ионом, дипольные молекулыповорачиваются к нему своими концами, имеющими заряд, знак которогопротивоположен заряду иона, поэтому упорядочное движение иона в электрическомполе затрудняется, и подвижность ионов значительно уступает подвижностиэлектронов проводимости в металле. Так как и концентрация ионов обычно невелика по сравнению с концентрацией электронов в металле, то электрическаяпроводимость у электролитов всегда существенно меньше электрическойпроводимости металлов.  

  Вследствие сильного нагревания током вэлектролитах достижимы лишь незначительные плотности тока, т.е. небольшиенапряженности электрического поля. При повышении  температуры электролита упорядоченнаяориентация диполей растворителя ухудшается под влиянием усилившегосябеспорядочного движения молекул, поэтому дипольная оболочка частичноразрушается, подвижность ионов и проводимость раствора увеличивается. Зависимостьудельной электрической проводимости от концентрации при неизменной температуресложна. Если растворение возможно в любых пропорциях, то при некоторойконцентрации электрическая проводимость имеет максимум. Причина этого такова:вероятность распада молекул на ионы пропорциональна числу молекул растворителяи числу молекул растворимого вещества в единице объёма. Но возможен и обратныйпроцесс: (рекомбинация ионов в молекулы), вероятность которого пропорциональнаквадрату числа пар ионов. Наконец, электрическая проводимость пропорциональначислу пар ионов в единице объёма. Поэтому, при малых концентрациях диссоциацияполная, но общее число ионов мало. При очень больших концентрациях диссоциацияслабая и число ионов также невелико. Если растворимость вещества ограничена, тообычно максимума электрической проводимости не наблюдается. При замораживаниивязкость водного раствора резко возрастает, подвижность ионов резкоуменьшается, и удельная электрическая проводимость падает в тысячу раз. Призатвердевании же жидких металлов подвижность электронов и удельнаяэлектрическая проводимость почти не изменяется.

  Электролиз широко применяется в различныхэлектрохимических производствах. Важнейшие из них: электролитическое получениеметаллов из водных растворов их солей и из их расплавленных солей; электролизхлористых солей; электролитическое окисление и восстановление; получениеводорода электролизом; гальваностегия; гальванопластика; электрополировка.Методом рафинирования получают чистый металл, очищенный от примесей.Гальваностегия – покрытие металлических предметов другим слоем металла.Гальванопластикой – получение металлических копий с рельефных изображенийкаких-либо поверхностей. Электрополировка – выравнивание металлическихповерхностей.

Литература:

Электричество С.Г. Калашников

Москва 1977г.

2.Лекции по эл. свойствамматериалов

издательство «Мир» 1991г.

Электричество и человек

В.Е.Манойлов. 1988г. стр.15   

3.Диэлектрики.

   Поляризация – важнейшая характеристикадиэлектрика. В зависимости от того, преобладает ли движение свободных зарядов,или происходит поляризация, вещества делятся на два класса – проводники идиэлектрики. В диэлектриках положительные и отрицательные заряды связаны друг сдругом и не могут смещаться только в пределах одной молекулы (по-другомусказать, у диэлектриков целиком заполнена энергетическая зона). При отсутствиивоздействия внешнего электрического поля заряды разных знаков распределены пообъёму  диэлектрика равномерно. Поддействием внешнего поля заряды, входящие в каждую молекулу, смещаются впротивоположных направлениях. Это смещение проявляется в виде появления зарядовна поверхности диэлектрика, помещенного в электрическое поле, — поляризация.Поляризация протекает по-разному, в зависимости от вида химической связи в веществедиэлектрика. Так, например, в алмазе химическая связь ковалентная, иполяризация происходит лишь благодаря деформации электронных атомных оболочек вэлектрическом поле. В ионных кристаллах, таких, как каменная соль, вэлектрическом поле сдвигаются относительно друг друга ионы. В них происходит идеформация электронных оболочек, но это явление вносит незначительный вклад вполную поляризацию ионного кристалла по сравнению с вкладом ионов. Удельноесопротивление выше удельного сопротивления проводников.       

  Использование.

  Используются дляизоляции элементов электротехнических устройств. В квантовой электронике издиэлектрических материалов изготавливают основные элементы квантовыхгенераторов; широко используются в оптике. Использование в конденсаторах.

Справочник для школьника. Физика.

Стр. 231-233

4.Токв металлах и проводниках. 

  Экспериментальнопоказано, что в металлах ионы не принимают участия в перенесении электрическихзарядов, так как в противном случае электрический ток обязательно сопровождалсябы переносом материала, что не наблюдалась. В опытах с инерцией электронов былоустановлено, что электрический ток в металлах обусловлен упорядоченнымдвижением свободных электронов.

  Если внутри металла нет электрического тока,то электроны проводимости совершают беспорядочное движение (тепловое): в каждыймомент времени они имеют неодинаковые скорости и различные направления.

    Суммарный заряд, проходящий через любуюплощадку внутри металла, в отсутствие внешнего поля равен нулю. Если к концампроводника присоединить разность потенциалов, т.е. создать внутри проводникаполе напряженностью Э, то на каждый электрон будет действовать сила,направленная противоположно полю. В результате возникает электрический ток. Наосновании представлений об электрическом газе легко объясняется большаятеплопроводимость металлов. В самом деле, свободные электроны, участвуя втепловом движении и обладая большой подвижностью, будут способствоватьвыравниванию различий в температуре тела.

  В металлах концентрация электроновпроводимости почти не зависит от температуры. Существует группа материалов, в которых электрический токтакже обусловлен перемещением свободных электронов, однако концентрация этихэлектронов зависит от температуры: удельное сопротивление таких материалов припонижении температуры сильно возрастает, а при повышении температуры –значительно уменьшается. Такие материалы являются электронными проводниками. Кполупроводником относятся: кремний, германий, селен и многие соединенияметаллов с серой, селеном, теллуром, а также некоторые органические соединения.В полупроводниках, как и  в металлах, припрохождении тока не происходит никаких химических изменений. Этосвидетельствует о том, что ионы не принимают участия в перенесении зарядов.

  Для того чтобы увеличить концентрациюсвободных электронов в полупроводниках, необходимо затратить некоторую энергиюдля отрыва связанных электронов. Её называют энергией ионизации. Приповышении температуры увеличивается количество электронов с тепловой энергией,превышающей, т.е. растёт доля свободных электронов.

Справочник для школьника. Физика.

Стр. 239

Словарь юного физика.

Стр. 241-242

5.Сверхпроводники.

  Нидерландский ученый Г.Камерлинг-Оннес в 1911 году, исследуя электропроводимость ртути при оченьнизких температурах, обнаружил явление сверхпроводимости. Оно состоит в том,что вблизи абсолютного нуля температура сопротивления ртути, свинца, цинка,алюминия и некоторых других чистых металлов и сплавов скачком уменьшается донуля. Ток, возникший в замкнутом сверхпроводящем кольце, не исчезает в течениемногих часов. Однако в сильных магнитных полях сверхпроводимость разрушается.При переходе в сверхпроводящее состояние основные механические и оптическиесвойства, а также коэффициент теплового расширения не изменяются.

   Словарь юного физика.

Стр. 241

6.Электрический разряд вгазах.

Все газы в естественномсостоянии не проводят электрического тока. В чем можно убедиться из следующегоопыта:

Возьмем электрометр сприсоединенными к нему дисками плоского конденсатора и зарядим его. Прикомнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно неразряжается – положение стрелки электрометра не изменяется. Чтобы заметитьуменьшение угла отклонения стрелки электрометра, требуется длительное время.Это показывает, что электрический ток в воздухе между дисками очень мал. Данныйопыт показывает, что воздух является плохим проводником электрического тока.

Видоизменим опыт: нагреемвоздух между дисками пламенем спиртовки. Тогда угол отклонения стрелкиэлектрометра быстро уменьшается, т.е. уменьшается разность потенциалов междудисками конденсатора – конденсатор разряжается. Следовательно, нагретый воздухмежду дисками стал проводником, и в нем устанавливается электрический ток.  

Изолирующие свойства газовобъясняются тем, что в них нет свободных электрических зарядов: атомы имолекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными.

Ионизация газов.

Вышеописанный опыт показывает,что в газах под влиянием высокой температуры появляются заряженные частицы. Онивозникают вследствие отщепления от атомов газа одного или несколькихэлектронов, в результате чего вместо нейтрального атома возникают положительныйион и электроны. Часть образовавшихся электронов может быть при этом захваченадругими нейтральными атомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распадмолекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газов.

Нагревание газа до высокойтемпературы не является единственным способом ионизации молекул или атомовгаза. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешнихвзаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновских лучей, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

-, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">b — и <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">g-лучей,возникающих при радиоактивном распаде, космических лучей, бомбардировки молекулгаза быстро движущимися электронами или ионами. Факторы, вызывающие ионизациюгаза называются ионизаторами.Количественной характеристикой процесса ионизации служит интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположных познаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени.

Ионизация атома требует затратыопределенной энергии – энергии ионизации. Для ионизации атома (или молекулы)необходимо совершить работу против сил взаимодействия между вырываемымэлектроном и остальными частицами атома (или молекулы). Эта работа называетсяработой ионизации Ai.Величина работы ионизации зависит от химической природы газа и энергетическогосостояния вырываемого электрона в атоме или молекуле.

После прекращения действияионизатора количество ионов в газе с течением времени уменьшается и в концеконцов ионы исчезают вовсе. Исчезновение ионов объясняется тем, что ионы иэлектроны участвуют в тепловом движении и поэтому соударяются друг с другом.При столкновении положительного иона и электрона они могут воссоединиться внейтральный атом. Точно также при столкновении положительного и отрицательногоионов отрицательный ион может отдать свой избыточный электрон положительномуиону и оба иона превратятся в нейтральные атомы. Этот процесс взаимнойнейтрализации ионов называется рекомбинациейионов. При рекомбинации положительного иона и электрона или двух ионовосвобождается определенная энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию.Частично она излучается в виде света, и поэтому рекомбинация ионовсопровождается свечением (свечение рекомбинации).  

В явлениях электрическогоразряда в газах большую роль играет ионизация атомов электронными ударами. Этотпроцесс заключается в том, что движущийся электрон, обладающий достаточнойкинетической энергией, при соударении с нейтральным атомом выбивает из негоодин или несколько атомных электронов, в результате чего нейтральный атомпревращается в положительный ион, а в газе появляются новые электроны (об этомбудет рассмотрено позднее).

    Механизм проводимости газов похож намеханизм проводимости растворов и расплавов электролитов. При отсутствиивнешнего поля заряженные частицы, как и нейтральные молекулы движутсяхаотически. Если ионы и свободные электроны оказываются во внешнемэлектрическом поле, то они приходят в направленное движение и создаютэлектрический ток в газах.

Таким образом, электрический ток в газе представляет собойнаправленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов иэлектронов к аноду. Полный ток в газе складывается из двух потоков

заряженных частиц: потока, идущего к аноду, и потока,направленного к катоду.

Несамостоятельный газовый разряд.

Процесс прохожденияэлектрического тока через газ называется газовым разрядом. Еслиэлектропроводность газа создается внешними ионизаторами, то электрический ток,возникающий в нем, называется несамостоятельнымгазовым разрядом. С прекращением действия внешних ионизаторов несамостоятельныйразряд прекращается. Несамостоятельный газовый разряд не сопровождаетсясвечением газа.

 

Самостоятельный газовый разряд.

Электрический разряд в газе,сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разрядом. Дляего осуществления необходимо, чтобы в результате самого разряда в газенепрерывно образовывались свободные заряды. Основным источником ихвозникновения является ударная ионизация молекул газа.

Если после достижения насыщенияпродолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока придостаточно большом напряжении станет резко возрастать.

Это означает, что в газепоявляются дополнительные ионы, которые образуются за счет действия ионизатора.Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число заряженных частиц,возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешнийионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда.

Положительные ионы, образовавшиеся при столкновенииэлектронов с нейтральными атомами, при своем движении к катоду приобретают поддействием поля большую кинетическую энергию. При ударах таких быстрых ионов о катодс поверхности катода выбиваются электроны.

Кроме того, катод можетиспускать электроны при нагревании до большой температуры. Этот процессназывается термоэлектронной эмиссией. Егоможно рассматривать как испарение электронов из металла. Во многих твердых веществахтермоэлектронная эмиссия происходит при температурах, при которых испарениесамого вещества еще мало. Такие вещества и используются для изготовлениякатодов.

При самостоятельном разряденагрев  катода может происходить за счетбомбардировки его положительными ионами. Если энергия ионов не слишком велика,то выбивания электронов с катода не происходит и электроны испускаютсявследствие термоэлектронной эмиссии.  

Различные типысамостоятельного разряда и их техническое применение.

В зависимости от свойств исостояния газа, характера и расположения электродов, а также от приложенного кэлектродам напряжения возникают различные виды самостоятельного разряда.Рассмотрим несколько из них.

Тлеющий разряд.

Тлеющий разряд наблюдается вгазах при низких давлениях порядка нескольких десятков миллиметров ртутногостолба и меньше. Если рассмотреть трубку с тлеющим разрядом, то можно увидеть,что основными частями тлеющего разряда являются катодное темное пространство, резко отдаленное от него отрицательное, или тлеющее свечение, которое постепенно переходит в область фарадеева темного пространства. Эти триобласти образуют катодную часть разряда, за которой следует основная светящаясячасть разряда, определяющая его оптические свойства и называемая положительным столбом.

Основную роль в поддержаниитлеющего разряда играют первые две области его катодной части. Характернойособенностью этого типа разряда является резкое падение потенциала вблизикатода, которое связано с большой концентрацией положительных ионов на границе I и II областей, обусловленной сравнительномалой скоростью движения ионов у катоду. В катодном темном пространствепроисходит сильное ускорение электронов и положительных ионов, выбивающихэлектроны из катода. В области тлеющего свечения электроны производятинтенсивную ударную ионизацию молекул газа и теряют свою энергию. Здесьобразуются положительные ионы, необходимые для поддержания разряда.Напряженность электрического поля в этой области мала. Тлеющее свечение восновном вызывается рекомбинацией ионов и электронов. Протяженность катодноготемного пространства определяется свойствами газа и материала катода.

В области положительного столбаконцентрация электронов и ионов приблизительно одинакова и очень велика, чтообуславливает большую электропроводность положительного столба и незначительноепадение в нем потенциала. Свечение положительного столба определяется свечениемвозбужденных молекул газа. Вблизи анода вновь наблюдается сравнительно резкоеизменение потенциала, связанное с процессом генерации положительных ионов. Вряде случаев положительный столб распадается на отдельные светящиеся участки – страты, разделенные темнымипромежутками.

Положительный столб не играетсущественной роли в поддержании тлеющего разряда, поэтому при уменьшениирасстояния между электродами трубки длина положительного столба сокращается ион может исчезнуть совсем. Иначе обстоит дело с длиной катодного темногопространства, которая при сближении электродов не изменяется. Если электродысблизились настолько, что расстояние между ними станет меньше длины катодноготемного пространства, то тлеющий разряд в газе прекратится. Опыты показывают,что при прочих равных условиях длина d катодного темного пространства обратно пропорциональна давлениюгаза. Следовательно, при достаточно низких давлениях электроны, выбиваемые изкатода положительными ионами, проходят через газ почти без столкновений с егомолекулами, образуя электронные, или катодные лучи.

Тлеющий разряд используется вгазосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, дляполучения электронных и ионных пучков. Если в катоде сделать щель, то сквозьнее в пространство за катодом проходят узкие ионные пучки, часто называемые каналовыми лучами. Широко используетсяявление катодного распыления, т.е.разрушение поверхности катода под действием ударяющихся о него положительныхионов. Ультрамикроскопические осколки материала катода летят во все стороны попрямым линиям и покрывают тонким слоем поверхность тел (особенно диэлектриков),помещенных в трубку. Таким способом изготовляют зеркала для ряда приборов,наносят тонкий слой металла на селеновые фотоэлементы.

Коронный разряд.

Коронный разряд возникает принормальном давлении в газе, находящемся в сильно неоднородном электрическомполе (например, около остриев или проводов линий высокого напряжения). Прикоронном разряде ионизация газа и его свечение происходят лишь вблизикоронирующих электродов. В случае коронирования катода (отрицательная корона)электроны, вызывающие ударную ионизацию молекул газа, выбиваются из катода прибомбардировке его положительными ионами. Если коронируют анод (положительнаякорона), то рождение электронов происходит вследствие фотоионизации газа вблизианода. Корона – вредное явление, сопровождающееся утечкой тока и потерейэлектрической энергии. Для уменьшения коронирования увеличивают радиус кривизныпроводников, а их поверхность делают возможно более гладкой. При достаточновысоком напряжении между электродами коронный разряд переходит в искровой.

При повышенном напряжениикоронный разряд на острие приобретает вид исходящих из острия и перемежающихсяво времени светлых линий. Эти линии, имеющие ряд изломов и изгибов, образуютподобие кисти, вследствие чего такой разряд называют кистевым.

Заряженное грозовое облакоиндуцирует на поверхности Земли под собой электрические заряды противоположногознака. Особенно большой заряд скапливается на остриях. Поэтому перед грозой иливо время грозы нередко на остриях и острых углах высоко поднятых предметоввспыхивают похожие на кисточки конусы света. С давних времен это свечениеназывают огнями святого Эльма.

Особенно часто свидетелямиэтого явления становятся альпинисты. Иногда даже не только металлическиепредметы, но и кончики волос на голове украшаются маленькими светящимися кисточками.

С коронным разрядом приходитсясчитаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей илиочень тонких проводов может начаться коронный разряд. Это приводит к утечкеэлектроэнергии. Чем выше напряжение высоковольтной линии, тем толще должны бытьпровода.

Искровой разряд.

Искровой разряд имеет вид яркихзигзагообразных разветвляющихся нитей-каналов, которые пронизывают разрядныйпромежуток и исчезают, сменяясь новыми. Исследования показали, что каналыискрового разряда начинают расти иногда от положительного электрода, иногда ототрицательного, а иногда и от какой-нибудь точки между электродами. Этообъясняется тем, что ионизация ударом в случае искрового разряда происходит непо всему объему газа, а по отдельным каналам, проходящим в тех местах, вкоторых концентрация ионов случайно оказалась наибольшей. Искровой разрядсопровождается выделением большого количества теплоты, ярким свечением газа,треском или громом. Все эти явления вызываются электронными и ионными лавинами,которые возникают в искровых каналах и приводят к огромному увеличениюдавления, достигающему 107<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¸

108 Па, иповышению температуры до 10000 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">°С.

Характерным примером искровогоразряда является молния. Главный канал молнии имеет диаметр от 10 до 25 см., адлина молнии может достигать нескольких километров. Максимальная сила токаимпульса молнии достигает десятков и сотен тысяч ампер.

При малой длине разрядногопромежутка искровой разряд вызывает специфическое разрушение анода, называемое эрозией. Это явление было использовано вэлектроискровом методе резки, сверления и других видах точной обработкиметалла.

Искровой промежуток применяетсяв качестве предохранителя от перенапряжения в электрических линиях передач(например, в телефонных линиях). Если вблизи линии проходит сильныйкратковременный ток, то в проводах этой линии индуцируются напряжении и токи,которые могут разрушить электрическую установку и опасны для жизни людей. Воизбежание этого используются специальные предохранители, состоящие из двухизогнутых электродов, один из которых присоединен к линии, а другой заземлен.Если потенциал линии относительно земли сильно возрастает, то между электродамивозникает искровой разряд, который вместе с нагретым им воздухом поднимаетсявверх, удлиняется и обрывается.

Наконец, электрическая искраприменяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника, электродамикоторого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шарыраздвигают, и на них подается измеряемая разность потенциалов. Затем шарысближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров,расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находятразность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерятьс точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысячвольт.

Дуговой разряд.

Дуговой разряд был открыт В. В.Петровым в 1802 году. Этот разряд представляет собой одну из форм газовогоразряда, осуществляющуюся при большой плотности тока и сравнительно небольшомнапряжении между электродами (порядка нескольких десятков вольт). Основнойпричиной дугового разряда является интенсивное испускание термоэлектроновраскаленным катодом. Эти электроны ускоряются электрическим полем и производятударную ионизацию молекул газа, благодаря чему электрическое сопротивлениегазового промежутка между электродами сравнительно мало. Если уменьшитьсопротивление внешней цепи, увеличить силу тока дугового разряда, топроводимость газового промежутка столь сильно возрастет, что напряжение междуэлектродами уменьшается. Поэтому говорят, что дуговой разряд имеет падающуювольт — амперную характеристику. При атмосферном давлении температура катода достигает3000 <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°

C. Электроны, бомбардируяанод, создают в нем углубление (кратер) и нагревают его. Температура кратераоколо 4000 <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°С, а при больших давлениях воздуха достигает 6000-7000 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°С. Температура газа вканале дугового разряда достигает 5000-6000 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°С, поэтому в немпроисходит интенсивная термоионизация.

В ряде случаев дуговой разряднаблюдается и при сравнительно низкой температуре катода (например, в ртутнойдуговой лампе).

В 1876 году П. Н. Яблочковвпервые использовал электрическую дугу как источник света. В «свече Яблочкова»угли были расположены параллельно и разделены изогнутой прослойкой, а их концысоединены проводящим «запальным мостиком». Когда ток включался, запальныймостик сгорал и между углями образовывалась электрическая дуга. По мересгорания углей изолирующая прослойка испарялась.

Дуговой разряд применяется какисточник света и в наши дни, например в прожекторах и проекционных аппаратах.

Высокая температура дуговогоразряда позволяет использовать его для устройства дуговой печи. В настоящеевремя дуговые печи, питаемые током очень большой силы, применяются в рядеобластей промышленности: для выплавки стали, чугуна, ферросплавов, бронзы,получения карбида кальция, окиси азота и т.д.

В 1882 году Н. Н. Бенардосомдуговой разряд впервые был использован для резки и сварки металла. Дуговойразряд нашел применение в ртутном выпрямителе, преобразующем переменныйэлектрический ток в ток постоянного направления.

Плазма.

Плазма – это частично илиполностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательныхзарядов практически одинаковы. Таким образом, плазма в целом являетсяэлектрически нейтральной системой.

Количественной характеристикойплазмы является степень ионизации. Степенью ионизации плазмы <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

называют отношение объемной концентрации заряженных частиц к общей объемнойконцентрации частиц. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяетсяна слабо ионизованную (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aсоставляет доли процентов), частично ионизованную (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a порядка несколькихпроцентов) и полностью ионизованную (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a близка к 100%). Слабоионизованной плазмой в природных условиях являются верхние слои атмосферы –ионосфера. Солнце, горячие звезды и некоторые межзвездные облака – этополностью ионизованная плазма, которая образуется при высокой температуре.

Средние энергии различных типовчастиц, составляющих плазму, могут значительно отличатьс

еще рефераты
Еще работы по физике