Конспект урока на тему Электрический ток в газах

Конспект урока на тему «Электрический ток в газах»

Носители заряда (проводимость)

Газ в нормальных условиях является диэлектриком, то есть он практически не проводит электричество. Однако при определенных условиях, таких как нагревание или воздействие сильного электрического поля, газ может стать проводником электричества. Это происходит благодаря образованию свободных заряженных частиц – электронов и ионов.

Основные носители заряда в газе:

o    Электроны, выбитые из атомов под действием внешних факторов (например, ультрафиолетового излучения).

o    Положительные ионы, образованные при потере электрона атомами газа.

o    Отрицательные ионы, возникающие при присоединении электрона к нейтральному атому.

Природа появления заряда

Заряд в газе появляется за счет процесса ионизации. Ионизация – это процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Она может происходить различными способами:

o    Тепловая ионизация: при высоких температурах молекулы газа сталкиваются друг с другом с большой энергией, что приводит к отрыву электронов от атомов.

o    Фотоионизация: когда газ подвергается воздействию света высокой энергии (ультрафиолетового или рентгеновского), фотоны могут выбивать электроны из атомов.

o    Электронная ионизация: быстрые электроны, ускоренные внешним полем, сталкиваются с атомами и выбивают из них другие электроны.

o    Химическая ионизация: некоторые химические реакции приводят к образованию ионов.

Зависимость от температуры

Проводимость газов сильно зависит от температуры. При повышении температуры увеличивается количество столкновений между молекулами газа, что ведет к увеличению числа ионизированных частиц. Таким образом, с ростом температуры проводимость газа возрастает.

ВАХ (вольт-амперная характеристика)

Вольт-амперная характеристика описывает зависимость силы тока через газ от приложенного напряжения. Для различных видов газового разряда ВАХ имеет свои особенности.

Основные этапы ВАХ:

1.       Ток насыщения: На начальном этапе при малых напряжениях сила тока растет пропорционально напряжению. Это связано с тем, что все свободные заряды, появляющиеся в результате ионизации, участвуют в создании тока.

2.       Ионный ток: С увеличением напряжения ток начинает расти медленнее, так как часть зарядов рекомбинирует (встречается с противоположными зарядами). Этот участок называется областью ионной проводимости.

3.       Таунсендовский разряд: При дальнейшем увеличении напряжения начинается лавинообразный рост тока. Это явление называется таунсендовским разрядом. Он характеризуется образованием большого количества новых ионов и электронов в результате вторичной ионизации.

4.       Самостоятельный разряд: Когда напряжение достигает определенного значения, ток становится стабильным и независимым от внешнего источника. Такой режим называется самостоятельным разрядом. Примером самостоятельного разряда является дуговой разряд.

Виды и особенности всех газовых разрядов

Существует несколько основных типов газовых разрядов:

1.       Тлеющий разряд: Происходит при низких давлениях и средних напряжениях. Характеризуется слабым свечением газа и низкой плотностью тока. Используется в лампах дневного света и неоновых вывесках.

2.       Коронный разряд: Возникает вокруг острия или тонкой проволоки при высоком напряжении. Свечение газа неравномерное, наиболее яркое вблизи электрода. Применяется для очистки воздуха, ионизации газов и в некоторых научных экспериментах.

3.       Дуговой разряд: Образуются при высоких напряжениях и больших токах. Газ ярко светится, температура плазмы высокая. Используются в сварке, освещении и металлургии.

4.       Искровой разряд: Кратковременный высоковольтный разряд, сопровождающийся яркой вспышкой и громким звуком. Пример – молния. Применяется в искровых разрядниках и некоторых лабораторных установках.

5.       Разряд в вакууме: Происходит при очень низком давлении газа. Ток создается преимущественно за счет эмиссии электронов с катода. Используется в электронных лампах и вакуумных трубках.

Применение

Газовые разряды находят широкое применение в различных областях:

o    Освещение: лампы дневного света, неоновые вывески, дуговые лампы.

o    Сварка: использование дугового разряда для соединения металлов.

o    Металлургия: плавление и обработка металлов с помощью электрической дуги.

o    Научные исследования: изучение свойств плазмы, проведение экспериментов с высоким напряжением.

o    Очистка воздуха: коронные разряды используются для удаления загрязняющих веществ из атмосферы.

Таким образом, электрические процессы в газах имеют большое значение как в природе, так и в технических применениях.