Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Электрический ток в газах




В нормальных условиях газы практически не проводят электрический ток (т.е. являются диэлектриками), так как все молекулы газа являются электрически нейтральными. При нагревании или воздействии различных излучений происходит ионизация газа – потеря молекулами или атомами электронов. В результате появляются три типа носителей тока – положительные ионы, свободные электроны и отрицательные ионы. Электрический ток через газы называется газовым разрядом. Электрический ток имеет достаточно сложную зависимость от напряжения на электродах. Зависимость тока от напряжения I=I(U) называется вольт – амперной характеристикой. Вольт - амперная характеристика газового разряда показана на рис. 9.6.

 

 

Рис. 9.6. Вольт-амперная характеристика газового разряда

 

Выделяют четыре области нарастания тока в газовой среде: в области I выполняется закон Ома. Сила тока растет пропорционально напряжению на участке, где напряжение меньше некоторого граничного: U<U1. Во второй (II) области на участке (U1 – U2) напряжение не пропорционально току. В третьей (III) области на участке (U2 – U3) происходит насыщение тока. На этом участке повышение напряжения не изменяет величину тока. Это происходит потому, что все свободные заряды участвуют в создании тока. В следующей (IV) области (участок выше U3) происходит резкое, лавинообразное возрастание силы тока (в сотни и тысячи раз). Ее называют областью самостоятельного разряда.

Самостоятельный разряд возникает в результате увеличения числа свободных зарядов и в зависимости от условий, в которых находится газ. Если устранить источник ионизации, то в этом случае ток не прекратится. Причина этого явления – высокая кинетическая энергия электронов, которые ионизируют газ, образуя свободные электроны и ионы. Для поддержания постоянного разряда необходимо поддерживать постоянную разность потенциалов на электродах. Это происходит в результате вторичной электронной эмиссии - столкновения ионов с катодом, когда из него вылетают электроны. К этому приводит и термоэлектронная эмиссия – испускание электронов нагретым до высокой температуры катодом. Существует несколько видов самостоятельного разряда: тлеющий, коронный, дуговой, искровой.

Тлеющий разряд возникает при токе малой плотности, при низком давлении газа p ~ 0,01 ¸ 5 мм рт. ст. и напряжении U ~ 100 ¸ 1000 В. Сопровождается свечением газа, вызванным рекомбинацией молекул в объеме. Примером тлеющего разряда являются лампы дневного освещения или вывески над магазинами, как видно на рис.9.7а.

Коронный разряд (рис.9.7б) возникает под действием неоднородного электрического поля высокой напряженности вблизи заостренных частей проводников. Чем меньше радиус поверхности, имеющей форму острия, тем больше на нее стекается электронов, и, как следствие, выше напряженность электрического поля. Хорошо известно, что при определенных условиях светятся концы корабельных матч. Это сильно в древние времена пугало мореплавателей.

 

а) б)

Рис. 9.7. Пример тлеющего (а) и коронного (б) газовых разрядов.

 

Пример. 9.3. В медицине электрические разряды в газах используются широко. В воздухе содержится некоторое количество ионов и свободных электронов и ионов. В воздухе в 1 см3 в среднем находится около 450 ионов. Такой способ воздействия на организм называют аэроионотерапией. Кратковременное увеличение числа ионов до 1-5 тысяч оказывает благоприятное действие на организм. Для увеличения числа ионов в окружающем нас воздухе используют различные виды электрических разрядов. Приборы, осуществляющие этот процесс, называют ионизаторами. Например, коронный разряд используется, например, для воздействия на нервные окончания волос с целью их укрепления. Кроме того, этот вид разряда используется для создания различных приборов – ионизаторов воздуха. Примером ионизатора воздуха является люстра Чижевского. Из большого числа длинных и тонких элементов создается конструкция, напоминающая елку. На острия подается напряжение, под действием которого производится ионизация воздуха, что приводит к увеличению в нем озона (О3). На рис.9.8 приведена люстра Чижевского[7].

 

Рис.9.8. Схема люстры Чижевского: на проводниках, имеющих форму сетки (1), располагаются иголки (2), имеющие высокую напряженность электрического поля на остриях.

Принцип действия люстры Чижевского заключается в том, что чем больше кривизна острия, тем сильнее вокруг него электрическое поле. Поскольку на острие подается высокое напряжение, то вокруг острия проскакивают искры. Концы иголок люстры начинают светиться, а окружающие острие молекулы воздуха ионизируются и превращаются в молекулы озона. Хорошо известна, основанная на этой же физической идее, физиотерапевтическая процедура - «горный воздух».

Дуговой разряд [8] возникает, когда ток высокой плотности при небольшом напряжении (I~и U ~ 10В), сопровождается сильным свечением и высокой температурой, которая может достигать от 5000 до 50000 градусов. Дуговой разряд (рис.9.9а) происходит при разрыве проводов и часто является причиной пожара. Его используют для сварки металлов.

Примером искрового разряда (иными словами пробоя газа при кратковременном лавинообразном увеличении числа ионов) является молния (рис.9.9б). Для него характерными являются свечение и звуковые эффекты, а также излучение электромагнитных волн. В момент образования молнии каналы, по которым проходит искра быстро расширяются. На их границе возникает сильное давление, которое и приводит к возникновению ударной волны и соответственно удара грома.

Молния возникает между облаками, которые, сталкиваясь между собой, приобретают электрический заряд, то есть электризуются. Искровой разряд возникает между высокими предметами (крышами зданий, заводскими трубами, деревьями) и облаками. Это связано с тем, что величина электрического поля между облаками и высокими предметами больше, чем между облаками и низкими объектами. В этом случае вероятность пробоя воздуха, когда он из изолятора превращается в проводник выше. Для защиты от искрового разряда или молнии создаются громоотводы. Это металлические штыри или провода, располагающиеся выше зданий. Штыри углубляются в землю – заземляются. Когда молния попадает в штырь, то по нему проходит очень большой заряд, который уходит в землю. Если заземление отсутствует, то попадание молнии может привести к пожару и разрушению здания.

 

Рис.9.9. Примеры дугового (а) и искрового (б) разрядов.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1511; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.015 сек.