Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Мы с вами уже познакомились с электрическим током в металлах и жидкостях, а на этой лекции мы будем говорить об электрическом токе в газах. И так...электрический ток в газах...в этом есть что-то парадоксальное...когда мы с вами изучали электричество в самом начале мы говорили, что все вещества делятся на проводники и диэлектрики. Проводники - это, например, металлы, отличные проводники. Проводниками являются растворы солей, щелочей и кислот, т.е жидкости. Мы с вами тоже изучали электрический ток в жидкостях. А газы мы приводили в качестве диэлектриков. Если бы воздух не был диэлектриком, то у нас бы не получился вот такой опыт...
И так давайте подумаем чем отличается горячий воздух от холодного? Например, у горячего воздуха меньше плотность. А если "нырнуть" немного глубже и рассмотреть молекулярную структуру воздуха? Если температура воздуха выше, то изменяется скорость движения молекул. Молекулы движутся хаотически, сталкиваясь друг с другом. Если газ холодный, то столкновение двух молекул воздуха, ну конечно, имеются ввиду газы, входящие в состав воздуха, ни к чему интересному не приводит. Молекулы ударились и разлетелись в разные стороны. Но если температура воздуха очень горячая, то скорость молекул настолько большая, что в процессе соударения нарушается что-то в молекуле...внесем немного интриги... что именно? Оказывается, что при ударе молекул друг о друга может вылететь электрон. До соударения молекула раньше была электрически нейтральной, но когда из молекулы в результате удара вылетел электрон и скорее всего один, а может быть и оба участника соударения превратились или превратился в заряженную частицу, утратив при этом электрон. Давайте вспомним как называется частица утратившая или приобретшая лишний электрон...
Ионизация - это процесс образования положительных или отрицательных ионов и электронов из нейтральных молекул газа.
И вот в результате ионизации происходит следующее...давайте разберем на примере электрометра. Допустим, что у нас шар электрометра как-то заряжен, допустим, что он заряжен положительно. Благодаря пламени рядом с шаром образовались положительные и отрицательно заряженные ионы и отрицательно заряженные электроны. Еще раз повторим, что допустим, что шар заряжен положительно. Как поведут себя положительные ионы воздуха, которые расположены вблизи электрометра? Они будут отталкиваться. Отрицательные ионы будут притягиваться. Эти частицы движутся хаотически или нет? Нет, эти частицы уже движутся направленно, т.е протекает электрический ток в газе. В результате чего происходит разрядка электрометра. Между прочим поэтому, электрический ток в газе называется газовым разрядом. Что же представляет собой электрический ток в газе? Теперь мы понимаем, что он представляет собой направленное движение положительных и отрицательных частиц - ионов и электронов. Давайте запишем строгое определение.
Электрический ток в газе - представляет собой, направленное движение положительных и отрицательных ионов и электронов.
И давайте еще раз повторим, что электрический ток в газе называют газовым разрядом. Ну а теперь давайте посмотрим на процесс обратный ионизации...
Рекомбинация - это процесс образования нейтральных молекул из положительно или отрицательно заряженных ионов.
Рекомбинация и ионизация молекул - это два противоположных процесса.
И так мы с вами выяснили, что если температура газа очень высокая, по крайней мере, такая как в газовой горелке, то возможно образование ионов и если существует электрическое поле, то эти ионы будут направленно двигаться. В нашем случае это электрическое поле создавалось заряженным шаром электрометра. Оказывается, что можно превратить молекулы в ионы не только температуру газа. Вы знаете, что есть вещества, которые называются радиоактивными. Они испускают определенное излучение. Эти виды излучений мы будем подробно изучать в дальнейшем. Пока скажем, что таких излучений существует три вида - альфа, бета и гамма излучение. Все три излучения обладают ионизирующим свойством. Попадая в газ, такое излучение вызывает появление ионов. И вот как-то хотелось бы изучить процесс протекания электрического тока в газах на более "научном уровне", чем, просто, воспользовавшись электрометром...
Несамостоятельный разряд - это разряд, способный происходить, только при наличии внешнего ионизатора.
Самостоятельный газовый разряд - это разряд, происходящий при отсутствии внешнего ионизатора.
А теперь давайте зададим себе такой вопрос: почему же при напряжении в газоразрядной трубке, больше, чем напряжение зажигания возникает самостоятельный газовый разряд. Давайте попробуем разобраться...Мы уже говорили о том, что при увеличении напряжения увеличивается скорость электронов и ионов. Как вы думаете какие частицы будут быстрее разгонятся в электрическом поле? Электроны, потому что их масса очень маленькая. У ионов масса в тысячи раз больше, чем у электронов, поэтому они разгоняются медленнее, чем электроны. Поэтому при переходе из не самостоятельного разряда в самостоятельный разряд главную роль играют электроны. И так электроны под действием электрического поля, создаваемого источником тока разгоняются и в нейтральные молекулы. Если скорость этих электронов достаточно большая, то может произойти нечто похожее на то, что происходит в газе при высокой температуре. Но только при высокой температуре в газе две нейтральные молекулы сталкиваясь, порождают ионы, а здесь электрон, налетая на нейтральную молекулу, способен выбить из нее электрон. Электрон выбивает электрон. Был один электрон, а теперь их два...плюс положительный ион...
Ну а теперь давайте подумаем как достигнуть таких условий, чтобы возникла электронно-ионная лавина? Т.е от чего зависит напряжение зажигания? Как вы думаете? От того какой газ в газоразрядной трубке. Есть газ типа гелия, который трудно превратить в ион. У таких газов, как говорят, высокая энергия ионизации. Есть газы, которые легко ионизируются. А еще от чего зависит напряжение зажигания газа? Для того, чтобы начался самостоятельный разряд, т.е для того, чтобы пошла электронно-ионная лавина, энергия, которую электрон при этом будет приобретать должна быть достаточной для ионизации. А приобрести эту энергию можно, пройдя большое расстояние, либо под действием большой силы на маленьком расстоянии. Как можно сделать так, что бы электрон проходил большое расстояние, до столкновения со следующей молекулой? От чего зависит расстояние между молекулами в газе от какой характеристики газа? От температуры? Нет...От плотности...Отчасти...А как можно регулировать эту плотность? С помощью какого прибора? С помощью вакуумного насоса. Можно откачивать воздух, тогда его плотность будет уменьшаться, число молекул становится меньше, расстояние между молекулами при этом будет становится больше и поэтому, когда мы газ помещаем в электрическое поле электрон может пролететь большое расстояние, набрать при этом огромную скорость и энергию, достаточный для того, чтобы вызвать лавинный процесс ударной ионизации. Значит один из способов получить газовый разряд - это уменьшить давление. И, таким образом, напряжение зажигания зависит от давления газ в газоразрядной трубке. Чем меньше давление газа, при меньшем напряжении зажигания возникает газовый разряд. Правда, если давление слишком низкое, то электрон может долететь до электрода не встретив никого по дороге. Так что тут надо знать меру... и второе, можно при том же самом давлении, например, при атмосферном увеличивать электрическое поле. Тогда даже при атмосферном давлении на длине свободного пробега, как говорят, физики электрон может набрать скорость достаточную для того, что бы начать электроно-ионную лавину. Поэтому существует огромное количество, но на самом деле четыре, разновидности самостоятельных газовых разрядов. Они происходят в зависимости от того какое давление газа и какое электрическое поле вы создаете в этом газе. И на следующей лекции мы разберем все эти четыре вида самостоятельных газовых разрядов. Ну а на сегодня пока достаточно.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.