ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 484
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
^ Газовий розряд, що продовжується після того, як припиняється дія зовнішнього іонізатора, називають самостійним газовим розрядом.
Яка ж причина появи носіїв заряду в цьому випадку?
Електромагнітні явища. Електричний струм
Електричне поле діє на заряджені частинки, що знаходяться в газі (електрони й іони). Якщо поле достатньо сильне, то електрони розганяються полем до такої швидкості, що внаслідок зіткнень з атомами чи молекулами, відбувається їхня іонізація.
Внаслідок іонізації з'являються нові заряджені частинки — іони й електрони Вони так само розганяються полем, електрони іонізують нові атоми чи молекули, що, у свою чергу, створює додаткове збільшення кількості заряджених частинок.
У результаті кількість заряджених частинок різко зростає — це явище одержало назву електронної лавини. Саме нею і пояснюється самостійний розряд у газах.
3. Іонізація електронним ударом
Отже, вільний електрон, що з'явився завдяки дії зовнішнього іонізатора, починає рухатися до анода, а позитивний йон — до катода. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергія електрона збільшується за рахунок роботи сил електричного поля.
Щоб електрон зміг під час зіткнення вибити електрон з нейтрального атома, він повинен набрати достатню швидкість. Досягти значної швидкості електрон може у двох випадках: якщо розганятися або довго, або сильно.
За атмосферного тиску електрон зазнає багатьох зіткнень, тому поле, у якому він рухається, має бути дуже сильним, щоб електрон устиг набути необхідної швидкості за короткий проміжок часу між зіткненнями. Наприклад, самостійний газовий розряд в атмосфері — блискавка — виникає за напруги в сотні тисяч вольт.
Якщо кінетична енергія електрона перевищує роботу, яку треба виконати, щоб іонізувати нейтральний атом, тобто
то під час зіткнення електрона з атомом відбувається йонізація. У результаті замість одного вільного електрона з'являються два. Ці електрони, у свою чергу, одержавши енергію в полі, іонізують зустрічні атоми тощо. Унаслідок цього число заряджених частинок різко зростає, виникає електронна лавина.
У газах за великих напруженостей електричних полів електрони досягають таких великих енергій, що починається йонізація
електронним ударом. Розряд стає самостійним і продовжується без зовнішнього іонізатора.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
? Яка природа струму в газах?
? Наведіть приклади, що ілюструють відсутність провідності газу за звичайних умов.
? У чому подібність і відмінність провідності газів й електролітів?
? Чим відрізняється йонізація газу від електролітичної дисоціації?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Якісні питання
-
Чому при менших густинах повітря електричний розряд відбувається за нижчих напруг? -
Якщо балон неонової лампи потерти, то можна помітити, що лампа певний час світиться. Як пояснити це явище? -
Від чого залежить сила струму насичення в газі — від прикладеної напруги чи від дії йонізатора? -
Чи виконується закон Ома для струму в газах?
Електромагнітні явища. Електричний струм
2. Навчаємося розв'язувати задачі
-
У чому відмінність провідності газів при самостійному та несамостійному розрядах? -
Які умови виконуються для того, щоб несамостійний розряд став самостійним? -
Іонізуюче випромінювання щосекунди створює в 1 см3 газу в трубці n = 5 109 пар однозарядних іонів. Яка сила струму насичення при несамостійному розряді, якщо об'єм трубки V = 600 см3?
Розв'язок. Сила струму
Слід звернути увагу нате, що пара однозарядних іонів переносить з катода на анод один електрон.
Підставивши числові дані, одержуємо: I = 480 нА. Що ми дізналися на уроці
-
Іонізація газів — відривання від їхніх атомів чи молекул електронів. -
Процес протікання електричного струму через газ називають газовим розрядом. -
Газовий розряд, який можна спостерігати тільки за наявності зовнішнього іонізатора, називають несамостійним газовим розрядом. -
Газовий розряд, що продовжується після того, як припиняється дія зовнішнього іонізатора, називають самостійним газовим розрядом.
Домашнє завдання
-
Підр.: § 21. -
Зб.: № 11.10; 11.11; 11.12; 11.29.
Урок 29/35
Тема. Різні види самостійного розряду
Мета уроку: ознайомити учнів із видами самостійного розряду та їх
технічним застосуванням. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
| Контроль знань | 5 хв | 1. Що таке газовий розряд? 2. Який розряд у газах називають несамостій- ним? 3. Який розряд у газах називають самостійним? 4. Поясніть іонізацію електронним ударом |
| Демонстрації | 8 хв | 1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Електрична дуга. 4. Тліючий розряд |
| Вивчення нового матеріалу | 25 хв | 1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Дуговий розряд. 4. Тліючий розряд |
| Закріплення вивченого матеріалу | 7 хв | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв'язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Іскровий розряд
При дуже сильному електричному полі в повітрі виникають зиґзаґоподібні лінії, що дуже яскраво світяться. Це іскровий розряд. Його характерною ознакою є переривчастість.
Іскровий розряд у невеликих масштабах виникає, наприклад, у звичайних вимикачах, коли ми вимикаємо світло. А в гігантських масштабах — це блискавка. Головний її канал має діаметр від 10 до 25 см, а його довжина може досягати кількох кілометрів, причому сила струму в блискавці досягає декількох сотень тисяч ампер.
Блискавка переважно влучає в місця, що мають гарну провідність. Так, ріка, сира глина, болотисті місця уражаються блискавкою частіше, ніж сухий пісок чи кам'янистий ґрунт. Тому під час грози небезпечно знаходитися у воді чи на березі.
Крім того, блискавка часто уражає відокремлений предмет, що стоїть на узвишші. Тому в грозу не можна підходити до високих предметів і блискавковідводів і тим більше тулитися до них.
На застосуванні іскрового розряду засновані методи електроіскрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у водні були першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.
2. Коронний розряд
За атмосферного тиску в газах, що знаходяться в сильно неоднорідному електричному полі (поблизу вістря, біля проводів ліній електропередачі високої напруги і т. ін.), спостерігається коронний розряд.
У часи середньовіччя коронний розряд, що виникає на верхівках корабельних щогл, копій, алебард, називали вогнями святого Ельма.
Яка ж їхня природа?
Справа в тому, що у досить сильному полі йонізація електронним ударом відбувається вже за атмосферного тиску. Саме така ситуація виникає перед грозою чи під час грози. Але в міру віддалення від вістря поле швидко зменшується, тому далі від вістря електронна лавина не виникає.
Коронний розряд застосовують в електрофільтрах для очищення повітря. Іони, зіштовхуючись з часточками диму, заряджають їх, після чого заряджені частинки притягуються до електродів й осідають на них.
3. Дуговий розряд
Якщо вугільними електродами, до яких прикладена напруга в кілька десятків вольтів, доторкнутися один до одного, то в колі виникне великий струм. При цьому в місці контакту електродів (де опір максимальний) електроди нагріваються настільки, що з катода починають вилітати електрони. Це явище називають термоелектронною емісією.
Завдяки термоелектронній емісії струм у повітрі не припиняється, і після роз'єднання електродів виникає самостійний розряд. Його називають дуговим розрядом.
Температура при дуговому розряді досягає 6000 °С (така температура на поверхні Сонця).
Дуговий розряд був відкритий 1802 р. російським фізиком В. В. Петровим.
Дуговий розряд використовують для електрозварювання металів. Значний внесок у розробку методів електрозварювання зробили українські вчені під керівництвом академіка А. Е. Патона — організатора й першого директора Інституту електрозварювання в Києві.
1876 р. російський інженер П. Н. Яблочков уперше застосував електричну дугу для освітлення. Дуговий розряд також використовують у прожекторах, проекційних апаратах і в маяках. У металургії широко застосовують дугові електропечі, джерелом теплоти в яких є дуговий розряд. У таких печах виплавляють сталь, чавун, бронзу й інші метали.