Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

напруженість електричного поля навколо кожного з них буде різною. На 

вістрі густина заряду максимальна, тому при підвищенні напруги напру-
женість поля досягає тут значення

 Е

І

 раніше, ніж біля плоского електрода. 

Тому поблизу вістря буде неповний пробій газу: утворюються електронні 
та іонні лавини і газовий проміжок починає світитись. Свічення газового 
проміжку поблизу вістря нагадує корону, тому цей тип газового розряду 

називають

 коронним. 

У природі коронний розряд може виникнути під впливом атмосферно-

го електричного поля на верхівках дерев, корабельних щогл та на інших 
вістрях. У далекі часи таке природне свічення називали

 вогнями святого 

Ельма;

 воно викликало забобонний жах у людей. 

Коронний розряд можна спостерігати навколо проводів високовольтної 

лінії передавання електроенергії. У техніці коронний розряд використовують 
в електрофільтрах, призначених для очищення промислових газів від твер-
дих і рідких домішок. 

КИТИЧНИЙ

 та іскровий

 розряди 

Якщо напруга збільшується, то на місці корони утворюються 

потужні електронні лавини, з'являються окремі світні вітки і коронний 
розряд переходить у

 китичний.

 Якщо напругу збільшувати й далі, то віт-

ки китичного розряду збільшуються, стають дедалі довшими і тоді, коли 
одна з них досягне другого електрода, відбудеться пробій газового про-
міжку, виникає

 іскра.

 Іскровий розряд має переривчастий характер, бо 

після пробою напруга на електродах значно спадає, через те що проміжок 
між електродами коротко замикається. Іскра зникає, напруга знову зрос-

тає, і процес пробою повторюється. 

Явище

 блискавки

, яку ми спостерігаємо в природі, - це величезна елект-

рична іскра природного іскрового розряду. Ще М. В, Ломоносов встано-

вив, що біля поверхні Землі існує електричне поле, яке дуже збільшується 
перед початком грози. Причиною збільшення електричного атмосферного 
поля під час грози є електричні заряди, розміщені на хмарах. Звичайно 
нижня частина хмари, повернуга до Землі, має негативні, а верхня частина -
позитивні заряди. Блискавка виникає або між двома хмарами, або між хма-

рою і Землею. Окремі розряди блискавок тривають кілька мікросекунд, при 
цьому сила струму в блискавці досягає 500 000 А, напруга перед виник-

8 9 

ненням блискавки становить 10°

 -10

у

 В. Блискавка супроводиться значним 

нагріванням повітря, виникає ударна звукова хвиля -

 грім. 

Для захисту різних будівель від блискавок застосовують

 громовідводи 

{блискавковідводи).

 Громовідводи - це загострені металеві спиці, закріплені 

на будівлях і з'єднані з землею. Дія громовідводів грунтується на стіканні 
зарядів з вістря. 

340 

Електрична дуга 

Якщо в колі є потужне джерело струму, то іскру можна, пере-

творити в електричну дугу. Вперше електричну дугу добув професор фізи-

ки Петербурзької медико-хірургічної академії В. В. Петров у 1802 р. Він 
узяв дві деревні вуглини, приєднав їх до потужної батареї гальванічних 

елементів, з'єднав їх між собою, а потім почав розсувати. У місці стикання 

вуї лин виникав великий опір, оскільки не було ідеального контакту. Під 
час проходження струму в місці контакту кінці вуг лин розжарюватись, тоді 
як самі вуглини не нагрівались, бо теплопровідність вугілля мала. Коли 
стрижні розсували, відбувалась термічна іонізація газового проміжку, яка 
супроводилась термодинамічною емісією з розігрітого катода. Найгарячі-
шим місцем дуги була заглибина (кратер дуги), яка утворюється на позитив-
ному електроді внаслідок бомбардування його електронами. Температура 
кратера при нормальному атмосферному тиску досягає 4000 °С. 

Дуговий розряд виникає тоді, коли внаслідок нагрівання катода основ-

ною причиною іонізації газу є

 термоелектронна емісія - випромінювання 

електронів дуже нагрітими тілами.

 Електроди при дуговому розряді 

можуть бути і металевими. Дугові розряди застосовують для зварювання і 
різання металів, в електропечах, у прожекторах, проекційних і кіноапара-

тах і як потужне джерело світла. 

Жевріючий розряд 

Якщо із скляної трубки викачати повітря і до розміщених усе-

редині неї електродів прикласти постійну напругу в кілька сотень вольт, то 
виникає газовий розряд при зниженому тиску, який назвали

 жевріючим. 

Якщо газ розріджувати, то відстань між сусідніми атомами збільшува-

тиметься, а отже, збільшуватиметься і довжина вільного пробігу електро-

на (та іона). Внаслідок цього електрони можуть набути енергії, потрібної 

для ударної іонізації при меншій напруженості поля між електродами. 

Якщо, не змінюючи напруги, поступово змінювати в трубці тиск, то спо-

чатку виникає китичний розряд, потім - тонкий звивистий світний канал, 
який з'єднує електроди, а при тиску порядку 1—15 Па розряд набуває вигляду, 

зображеного на рис, 14.3. До катода

 К

 прилягає тонкий світний шар

 1

 (його 

і іазивають

 катодною плівкою

), за яким розміщений катодний темний простір 

Л потім - світний шар

 3 (тліюче світіння)

 і другий темний простір

 4,

 який 

називають

 фарадеєвим темним простором.

 За другим темним простором 

розміщена світна область 5, яку називають

 позитивним стовпом. 

Таке характерне світіння газу при жевріючому __ 

розряді пов'язане з розподілом потенціалу в роз- "ч* 
рядній трубці. Світіння позитивного стовпа ви- РМС. 14.3 

341 

г 

колір. Це використовують у 

атомів, тому мш 

Якщо трубку ] 

режимі жевріючого розряду 

ловуюгь для металізації поверхонь, 

катода розпилю-

§ 132. Поняття про плазму 

Поняття про плазму 

XX ст. 

Під 

Властивостіі 

і магнітні поля діють на плазму, і 

утворюються об'ємні заряди і струми. 

електропровідності плазма наближається до металів 

об'ємний заряд також дорівнює нулю), тобто має дуже добру 

На відміну від металів провідність плазми зростає з 

[ає і добру теплопровідність. 

342 

І 

мок цього плазма легко віддає теплоту: електрони та іони швидко відда-
югь теплоту стінкам посудини, температура плазми знижується, відбу-
11асгься рекомбінація. 

Для свого існування плазма потребує безперервного підведення 

енергії ЗЗОВНІ 

І Цоб плазма не стикалась із стінками установки і не віддавала їм тегь 

непу, треба ізолювати її від стінок установки, 

Якщо плазму помістити в магнітне поле, то характер руху електронів 

і а іонів зміниться, воші почнуть рухатись по траєкторії, яка має вигляд 

і винтової лінії. Цю гвинтову лінію ніби нанизано на силову лінію магніт-
ного поля, при цьому електрони рухаються в одному, а позитивні іони - в 
протилежному напрямі. Якби можна було створити таке магнітне поле, 

плові лінії якого оточували б плазму з усіх боків (магнітна пастка), то 

було б розв'язане питання про термоізоляцію плазми. Насправді ця про-
блема значно складніша. З її розв'язанням пов'язане питання керування 

термоядерним синтезом (КТС). 

Практичне застосування плазми 

В інституті атомної енергії ім, і В. Курчатова було створено 

установки "Токамак", на яких у 1969 р, отримано перші ознаки термоядер-
ної реакції, Завдання керованого термоядерного синтезу не розв'язане й 

досі. Його завершення дасть людству практично невичерпне джерело 
енергії 

іншою перспективою використання плазми - до чого техніка підійшла 

ближче - є безпосереднє перетворення теплової енергії газу в електричну 
без проміжних машин і агрегатів за допомогою

 магнітогідродинамічного 

перетворювача енергії

 (скорочено МГД), Принцип дії МГД-неретво-

рювача такий: струмина високотемпературної шіазми, потрапляючи в по-

тужне магнітне поле, напрямлене перпендикулярно до площини рисунка 

(рис. 14.4), поділяється на два компоненти: 
позитивні та негативні частинки, які пряму-
ють до різних пластин, створюючи певну 
різницю потенціалів. 

Газорозрядну плазму використовують 

у лазерах - квантових джерелах світла» 

Плазмотрони (плазмові генератори) ши-

роко застосовують у різних галузях техні-
ки.. За їх допомогою ріжуть і зварюють 
метали, наносять покриття, 

343 

Мат інше поле 

«з 

I I 

II 

® Ф 

®  ® | 

® © 

®  ® к е „ 

Плазма - найбільш поширений у Всесвіті стан речовини. 
Усі зорі, у тому числі й Сонце, зоряні атмосфери, галактичні туманності і 

міжзоряне середовище - це четвертий стан речовини - плазма. З плазми 
складаються не тільки зорі, наша Земля оточена плазмовою оболонкою -
іоносферою, за межами якої є радіаційні пояси, що оперізують Землю, в яких 
також є плазма. Процесами в навколоземній плазмі зумовлені магнітні 
бурі та полярні сяйва. Відбивання радіохвиль від іоносферної плазми забез-
печує можливість далекого радіозв'язку на Землі. 

Фізика плазми важлива і для розуміння багатьох процесів, які відбу-

ваються в космосі, бо в усьому просторі нашої Сонячної системи існують 
"плазмові вітри", інтенсивність їх іноді така велика, що створює певну 

загрозу для космонавтів. 

Фізика плазми є тепер галуззю науки, результати дослідження якої 

мають велике технічне застосування. 

§ 133. Електричний струм у вакуумі 

Вакуум 

Під вакуумом розуміють такий ступінь розрідження газу в 

посудині, за якого довжина вільного пробігу молекули стає більшою за 

лінійні розміри посудини і співударами між молекулами газу можна зне-
хтувати

. При такому ступені розрідження самостійний газовий розряд 

відбуватися не може. Щоб у вакуумній трубці, яка має два електроди -
катод і анод, - проходив електричний струм, треба яким-небудь способом 
внести туди заряджені частинки. 

Термоелектронна емісія 

Є кілька способів надання електронам додаткової енергії, по-

трібної для видалення їх з металу: нагрівання, опромінення видимим або 
ультрафіолетовим світлом, дія потужного зовнішнього поля, бомбарду-
вання металів частинками. Дія цих факторів може спричинювати явище 
електронної емісії 

Термоелектронною емісією називають явище випромінювання елект-

ронів нагрітими металами. Електрони, які випромінюють нагріті мета-

ли, називають термоелектронами.

 У процесі нагрівання металу швид-

кість теплового руху вільних електронів зростає пропорційно  4 т . При 

такій високій температурі розжарення швидкість окремих електронів на-
стільки збільшується, одо вони вилітають за межі металу. Підтверджен-
ням цього може буги такий дослід. 

344