Электрический ток в газах. Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка.

34 №Сабақ / Урок № 34

Сабақ жоспары / План урока

Сабақтың тақырыбы / Тема урока

Электрический ток в газах. Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка.

Электрический ток в газах

При обычных условиях все газы являются диэлектриками, то есть не проводят электрического тока. Этим свойством объясняется, например, широкое использование воздуха в качестве изолирующего вещества. Принцип действия выключателей и рубильников как раз и основан на том, что, размыкая их металлические контакты, мы создаем между ними прослойку воздуха, не проводящую ток.

Однако при определенных условиях газы могут становиться проводниками. Например, пламя, внесенное в пространство между двумя металлическими дисками (Рисунок 1), приводит к тому, что гальванометр отмечает появление тока. Отсюда следует вывод: пламя, то есть газ, нагретый до высокой температуры, является проводником электрического тока.

Рисунок 1 - Газ, нагретый до высокой температуры, является проводником электрического тока

Нагревание – не единственный способ превращения газа в проводник. Вместо пламени можно использовать ультрафиолетовое или рентгеновское излучение, а также поток альфа-частиц или электронов. Опытами установлено, что действие любой из этих причин приводит к ионизации молекул газа.

При повышении температуры атомы ионизируются (распадаются на «+» и «-» ионы)

Процессы, влияющие на проводимость газов представлены в Таблице 1.

Таблица 1 - Процессы, влияющие на проводимость газов

Проводимость – ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ (ток – движение ионов и электронов)

                                                            е (электрон)          

ü   ультрафиолет

ü  рентгеновские лучи

ü радиоактивное излучение       

ü  повышение температуры        внешние ионизаторы

                                                                  ион

нейтральный атом

Энергия связи электронов в атомах и молекулах (энергия ионизации) обычно выражается в электронвольтах (эВ). Один электронвольт равен работе, которую совершает электрическое поле при перемещении электрона или другой частицы, обладающей элементарным зарядом, между точками поля, напряжение между которыми равно 1 В:

Энергия ионизации атома водорода, например, равна 13,6 эВ, молекулы кислорода – 12 эВ.

Прохождение тока через газы называют газовым разрядом. Только что мы рассмотрели пример так называемого несамостоятельного разряда (Рисунок 1). Он так называется потому, что для его поддержания требуется какой-либо ионизатор – пламя, излучение или поток заряженных частиц. Опыты показывают, что если ионизатор устранить, то ионы и электроны вскоре воссоединяются (говорят: рекомбинируют), вновь образуя электронейтральные молекулы. В результате газ перестает проводить ток, то есть становится диэлектриком.

Газовый разряд – прохождение электрического тока через газ (заполнение Таблицы 2)

Таблица 2 – Виды газового разряда

Типы самостоятельного разряда:

·        тлеющий (при низком давлении, лазеры, световые трубки);

·        искровой при давлении равном атмосферному и при больших Е электрического поля (молнии, наблюдаемые во время грозы, пробой диэлектрика);

·        дуговой (возникает между близко сдвинутыми электродами, (сварка, дуговые лампы);

·        коронный (возникает при высоком давлении в резко неоднородном поле с большой кривизной поверхности (острие), огни святого Эльма)

Понятие о плазме

Плазма — наиболее распространенное состояние вещества во Вселенной. Солнце и другие звезды состоят из полностью ионизованной высокотемпературной плазмы. Основной источник энергии излучения звезд — термодинамические реакции синтеза, протекающие в недрах звезд при огромных температурах. Холодные туманности и межзвездная среда также находятся в плазменном состоянии. Они представляют собой низкотемпературную плазму, ионизация которой происходит в основном за счет фотоионизации под действием ультрафиолетового излучения звезд. В околоземном пространстве слабоионизованная плазма находится в радиационных поясах и ионосфере Земли. С процессами, происходящими в этой плазме, связаны такие явления, как магнитные бури, нарушения дальней радиосвязи и полярные сияния.

В газовом разряде возникает большое количество положительных ионов вследствие высокой эффективности ударной ионизации, причем концентрация ионов и электронов одинакова. Такую систему из электронов и положительных ионов, распределенных с одинаковой концентрацией, называют плазмой. Термин «плазма» был введен в 1929 г. американскими физиками И. Ленгмюром и Л. Тонксом.

Плазма, возникающая в газовом разряде, носит название газоразрядной. К ней относят положительный столб тлеющего разряда, канал искрового и дугового разрядов.

Положительный столб представляет собой так называемую неизотермическую плазму. В такой плазме средние кинетические энергии электронов, ионов и нейтральных молекул (атомов) различны.

Вспомним связь между средней кинетической энергией молекул идеального газа (давление газа в тлеющем разряде невелико, поэтому его можно считать идеальным) и температурой:

Плазму, в которой выполняется равенство Тэ=Тп= Тя (где индексы «э», «и», «а» относятся к электронам, ионам, атомам), называют изотермической. Такая плазма имеет место при ионизации с помощью высокой температуры (дуга, горящая при атмосферном и выше давлении, искровой канал); например, в дуге сверхвысокого давления температура плазмы достигает 10 000 К, температура плазмы при термоядерном взрыве порядка нескольких десятков миллионов градусов, в установке «ТОКАМАК» для исследования термоядерных реакций — порядка 7*10⁶ К.

Низкотемпературную газоразрядную плазму, которая образуется при тлеющем, искровом и дуговом разрядах в газах, широко используют в различных источниках света, газовых лазерах, для сварки, резки, плавки и других видов обработки металлов.

Основной практический интерес к физике плазмы связан с решением проблемы управляемого термоядерного синтеза — процесса слияния легких атомных ядер при высоких температурах в управляемых условиях

Плазма может возникнуть не только при прохождении тока через газ. Перевести газ в плазменное состояние можно, нагревая его до высоких температур. Внутренние области звезд (в том числе и Солнце) находятся в плазменном состоянии, температуры которых достигают 10⁸ К.

Электрический ток в вакууме

А возможно ли распространение электрического тока в вакууме (от лат. vacuum - пустота)? Поскольку в вакууме нет свободных носителей зарядов, то он является идеальным диэлектриком. Появление ионов привело бы к исчезновению вакуума и получению ионизированного газа. Но вот появление свободных электронов обеспечит протекание тока через вакуум. Как получить в вакууме свободные электроны? С помощью явления термоэлектронной эмиссии - испускания веществом электронов при нагревании (Таблица 3).

Таблица 3 - Электрический ток в вакууме

Домашнее задание:

· Прочесть «Физика 10 класс. 2 часть» Б.Кронгарт, Д.Казахбаева, О.Иманбеков, Т.Қыстаубаев - Мектеп. 2019, с. 109-123.

· Составить опорный конспект (ОБЯЗАТЕЛЬНО определения, схемы и таблицы!!!).

· Создать презентацию на тему «Примеры использования электрического тока в газах и вакууме» презентация не должна содержать теоретический материал идентичный материалу урока, не менее 15 слайдов информации с иллюстрациями и краткими пояснениями к ним не включая слайд с темой и окончанием презентации!!!

· УБЕДИТЕЛЬНАЯ ПРОСЬБА НЕ БРАТЬ ГОТОВЫЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ ИЗ ИНТЕРНЕТА! Оцениваться они будут соответственно и попытки исправить больше не будет!!!

Скачано с www.znanio.ru