10.4.3.7 доп для учителя

Записываем тему урока в тетради "Электрический ток в газах. Электрический ток в вакууме.".

Электрический ток в газах

В обычных условиях газ - это диэлектрик (R), т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей электрического тока.

Газ-проводник - это ионизированный газ, он обладает электронно-ионной проводимостью.

Ионизация газа -  это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны под действием ионизатора (ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоактивное излучения; нагрев)

и объясняется распадом атомов и молекул при столкновениях на высоких скоростях.

Газовый разряд – прохождение электрического тока через газ. Газовый разряд наблюдается в газоразрядных трубках (лампах) при воздействии электрического или магнитного поля.

Рекомбинация заряженных частиц

Газ перестает быть проводником, если ионизация прекращается, это происходит вследствие рекомбинации (воссоединения противоположно

заряженных частиц). Виды газовых разрядов: самостоятельный и несамостоятельный.

Несамостоятельный газовый разряд — это разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов   

Газ в трубке ионизирован, на электроды подается

напряже­ние (U) и в трубке возникает электрический ток(I).

При увеличении U возрастает сила тока I

Когда все заряженные частицы, образующиеся за секунду, достигают за это время электро­дов (при некотором напряжении (U*), ток достигает насыщения (I_н). Если действие иони­затора прекращается, то прекращается и разряд (I= 0).

Самостоятельный газовый разряд — разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора за счет ионов и электронов, возникших в результате ударной ионизации (= ионизации электрического  удара); возникает при увеличении разности потенциалов между электродами (возникает электронная лавина).

При некотором значении напряжения (U_пробоя) сила тока снова

возрастает. Ионизатор уже не нужен для поддер­жания разряда.

Происходит ионизация электронным ударом.

Несамостоятельный газовый разряд может переходить в самостоятельный газовый разряд при U_а= U _{зажигания}.

Электрический пробой газа - переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный.

Типы  самостоятельного газового разряда:

1. тлеющий - при низких давлениях (до нескольких мм рт.ст.) - наблюдается в газосветных трубках и газовых лазерах. (лампы дневного света)

2. искровой - при нормальном давлении (P =P _атм)и высокой напряженности электрического поля Е (молния - сила тока до сотен тысяч ампер).

3. коронный - при нормальном давлении в неоднородном электрическом поле (на острие, огни святого Эльма).

4. дуговой - возникает между близко сдвинутыми электродами - большая плотность тока, малое напряжение между электродами, (в прожекторах, проекционной киноаппаратуре, сварка, ртутные лампы)

Плазма - это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера – слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма – в газоразрядных лампах.

Плазма бывает: 1. - низкотемпературная Т < 10⁵ К;  2. - высокотемпературная» Т > 10⁵ К.

Основные свойства плазмы:

- высокая электропроводность;

- сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.

При Т = 20∙ 10³ ÷ 30∙ 10³ К любое вещество - плазма.   99% вещества во Вселенной - плазма.

Электрический ток в вакууме.

                              Вакуум

1. Газ, давление которого ниже атмосферного, называется вакуумом. (атм. давл. 760 ммртст, 10⁵ Па)

Различают низкий, средний и высокий вакуум, по отношению размеров сосуда к длине свободного пробега.

Низкий вакуум (l<<L) ; Средний вакуум (l==L); Высокий вакуум (l>>L).

Вакуум, также как и газы, плохой проводник. В нем отсутствуют свободные носители зарядов.

Как получить электрический ток в вакууме?

                  необходимы свободные носители зарядов

Где их взять?

                  из электродов, создающих электрическое поле

Как получить свободный носитель заряда из металла?

                  провести эмиссию

Какие способы эмиссии вы знаете?

                  фотоэмиссию, с помощью света

Что бы освободить электрон, что нужно ему передать?

                  энергию, работу выхода.

Электрон так же можно выбить с помощью термического воздействия.

                              Термоэлектронная эмиссия

2. Явление выхода электронов из металла – эмиссия электронов.

Что бы электрон мог покинуть металл, ему необходимо совершить работу, работу выхода. Работа выхода для каждого металла различна. (Платина>>Калий)

Работа выхода измеряется в электрон-вольтах.

                              1 эВ=1,6×10^-19 Дж

энергия, которую приобретает электрон под действием электрического поля, пройдя в вакууме расстояние между двумя точками с разностью потенциалов 1 В.

Явление выхода электронов из металла под действием температуры – термоэлектронная эмиссия.

                              E=A_вых+E_к

Энергия передаваемая нагревателем тратится на выполнение электроном работы выхода и на изменение кинетической энергии электрона.

Электрод, с которого происходит эмиссия электронов, называется катодом.

Электрод, куда электрончики прилетают, называется анодом.

Рассмотрим применение термоэлектронной эмиссии.

                              Вакуумный диод

3. Диод состоит из стеклянного баллона, в котором создан вакуум, в который помещены: накаливаемый катод и холодный анод. Чаще всего туда добавляется нить накаливания, которая разогревает катод.

Если катод соединить с "–", а анод с "+", будет происходить эмиссия электронов, которые направятся в сторону анода – возникнет электрический ток.

Если катод соединить с "+", а анод с "–", то при эмиссии электронов, не возникнет электрического поля, вызывающего движение электронов.

Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью: ток через диод может проходить только от анода к катоду.

Применение: использовались для односторонней проводимости до появления полупроводниковых диодов.