Электрический ток в газах (10 класс)

@ Краснополянская школа № 1 Домнин Константин Михайлович 2006 год
Электрический ток в различных средах
Электрический ток в газах

ВОПРОСЫ:
Электрические свойства газов. Ионизация и рекомбинация
Самостоятельный и несамостоятельный разряд
Типы разрядов в газах и их применение

Электрические свойства газов. Ионизация и рекомбинация
Вопрос 1

Электрические свойств газов
Газы при нормальных условиях являются диэлектриками, т.к. состоят из нейтральных атомов и не содержат свободных заряженных частиц
Для того, чтобы газ проводил электрический ток, атомы необходимо ионизировать – оторвать от них электроны, а значит сообщить атомам извне достаточное количество энергии
Энергия для ионизации может быть передана за счет:
сильного нагрева
внешнего излучения (рентгеновского, радиоактивного)
сильного электрического поля
Ионизация излучением
Положительный ион
Свободный электрон
+
-
Е
Электрический ток в газах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных ионов

Электрические свойств газов
Если прекратить действие ионизатора (нагрев, излучение …), то начинает преобладать обратный процесс объединения электронов и ионов в нейтральные атомы - рекомбинация
В процессе рекомбинации газ снова приобретает диэлектрические свойства
Таким образом электрические свойства газов сильно зависят от действия внешних ионизирующих факторов

Самостоятельный и несамостоятельный разряд
Вопрос 2

Самостоятельный и несамостоятельный разряд
Разряд в газе, который может происходить под действием внешних ионизирующих факторов, называется несамостоятельным разрядом ( ток прекращается после окончания действия ионизатора)
При увеличении напряжения между электродами трубки, заполненной газом, энергия движущихся ионов и электронов возрастает, возникает явление выбивания ионами из нейтральных молекул электронов – ударная ионизация, которая приводит к лавинному увеличению числа носителей заряда и резкому возрастанию тока
I
U
Такой разряд не нуждается в действии ионизатора, т.к. заряженные частицы образуются за счет ударной ионизации и называется самостоятельным
Ток при таком разряде необходимо ограничивать. Для этого в цепях переменного тока обычно применяется дроссель (индуктивное сопротивление)

Типы разрядов в газах и их применение
Вопрос 3

Типы газовых разрядов
1. Тлеющий разряд
При сильно пониженном давлении самостоятельный разряд сопровождается свечением. Положительные ионы, ударяясь о катод, вызывают вторичную электронную эмиссию.
Положительный столб содержит одинаковое число положительных и отрицательных носителей заряда и является квазинейтральным (плазма). В результате рекомбинации происходит излучение света (УФ – излучение в парах ртути)
Тлеющий разряд широко применяется в лампах дневного света, газосветных трубках (реклама), ртутных ультрафиолетовых лампах («горное солнце»), неоновых лампах (индикация и стабилизация напряжения), импульсных лампах (лампы – вспышки)

Типы газовых разрядов
Применение тлеющего разряда – лампа дневного света
~ 220 В
Др
Ст
Ст – стартер (неоновая лампочка с биметаллом)
Др – дроссель для ограничения тока при газовом разряде
- Капелька ртути, при испарении которой пары ртути излучают ультрафиолетовое излучение
- люминофор, преобразующий УФ – излучение паров ртути в видимое
Разберем принцип действия лампы …

Типы газовых разрядов
2. Искровой разряд
При высоком напряжении между электродами (напряженность электрического поля увеличивается до миллиона вольт на метр и выше) в газе происходит искровой разряд в виде кратковременной искры (пробой газа, обусловленный ионизацией молекул сильным электрическим полем)
Гигантский искровой разряд представляет собой природная молния, приносит искра и пользу человеку – зажигает топливо в камере сгорания двигателей внутреннего сгорания, зажигает газ в газовой плите …

Типы газовых разрядов
Искровой разряд применяется в двигателях внутреннего сгорания для воспламенения горючей смеси
Для образования мощной искры на свечу зажигания подается напряжение 20 – 30 кВ
Образование искрового разряда в камере сгорания ДВС
Как получают такое высокое напряжение в двигателе ?
Искра в ДВС

Типы газовых разрядов
Веками бушующая стихия пугала человека. Молнии, бьющие с неба, несущие смерть и пожары, казались стрелами богов. Их боялись, заклинали, пытались обуздать…
Загадки молнии
Удивительное о молниях
Один случай удивительней другого: молния сжигает белье, оставляя верхнее платье. Или сбривает с человека все волосы до последнего. Вырывает из рук человека металлические предметы, отбрасывая на большое расстояние и не причиняя вреда державшему их. Молния сплавляет в общий слиток все монеты, бывшие в кошельке, или серебрит золотые и золотит серебряные, не сжигая лежавших вместе с ними бумажных денег. Молния бесследно уничтожает надетый на шею медальон на цепочке, оставляя на память ограбленной ею девушке отпечаток цепочки и медальона, не сходящий с кожи в течение нескольких лет...

Типы газовых разрядов
Что такое молния с точки зрения науки
Молния - разряд тока мощностью до 3 млрд кВт, движущийся из облака вниз со скоростью 160-1600 км/с (и 140000 км/с - с половинной скоростью света движется иногда обратно с земли в облака) по ионизированному каналу воздуха с температурой плазмы до 30 000 градусов (в 5 раз выше, чем на Солнце), с диаметром канала 1,27 см, окруженной 3-6-метровой короной, длиной от 90 м до 32 км и сопровождающийся звуковой ударной волной (громом), слышимой иногда на расстоянии до 30 км
Напряжение между облаком и Землей достигает миллиарда вольт, сила тока – до миллиона ампер

Типы газовых разрядов
3. Дуговой разряд
В месте контакта двух проводников (например угольных электродов) при низких напряжениях (десятки вольт) выделяется большое количество тепла
При раздвигании проводников на расстояние несколько миллиметров в газе возникает разряд – электрическая дуга, которая является мощным источником тепла, света, ультрафиолетового излучения
- выделяемое при этом тепло используется для расплавления и сварки деталей
- выделяемый свет используется в качестве мощных источников света в дуговых осветительных лампах

Типы газовых разрядов
Электрическая сварка металлов
Сварочный трансформатор
Держатель
Масса
Объясните устройство сварочного аппарата и принцип его работы

Типы газовых разрядов
4. Коронный разряд
При атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводников, имеющих большой электрический заряд, наблюдается в виде светящегося ореола – коронный разряд
На заостренных участках проводников с напряжением в десятки и сотни кВ возникает огромная напряженность электрического поля – свыше миллиона вольт на метр, вследствие чего прилежащий воздух ионизируется и происходит стекание заряда в виде маленьких искр, образующих корону
Особенно проявляется коронный разряд в линиях электропередачи (свыше 100 кВ)
Как борются с потерями энергии в ЛЭП, происходящими за счет коронного разряда?

Типы газовых разрядов
В приложении к презентации – материал «Загадки молнии» о том, что такое молния, удивительные случаи, происходящие при ударах молнии (материал взят с сайта gadaem.com)