На відміну від розчинів електроліту газ за нормальних умов складається з нейтральних молекул (або атомів) і тому є ізолятором. Провідником електричного струму газ стає тільки у тому випадку, коли хоча б частина його молекул іонізується (перетворюється на іони) під впливом зовнішнього впливу (іонізатора). При іонізації з молекули газу зазвичай виривається один електрон, внаслідок чого молекула стає позитивним іоном. Електрон, що вирвався, або залишається деякий час вільним, або відразу ж приєднується («прилипає») до однієї з нейтральних молекул газу, перетворюючи її на негативний іон. Таким чином, в іонізованому газі є позитивні та негативні іони та вільні електрони.

Щоб вибити з молекули (атома) один електрон, іонізатор повинен здійснити певну роботу, звану роботою іонізації; для більшості газів вона має значення, що лежать у межах від 5 до 25 еВ. Іонізаторами газу можуть бути рентгенівські промені (див. § 125), радіоактивні випромінювання (див. § 139), космічні промені (див. § 145), інтенсивне нагрівання, ультрафіолетові промені (див. § 120) та деякі інші фактори.

Поряд з іонізацією в газі триває процес рекомбінації іонів. Внаслідок цього встановлюється рівноважний стан, що характеризується певною концентрацією іонів, величина якої залежить від потужності іонізатора.

За наявності зовнішнього електричного поляв іонізованому газі виникає струм, зумовлений рухом різноїменних іонів у взаємно протилежних напрямках та рухом електронів.

Завдяки малій в'язкості газу рухливість газових іонів у тисячі разів більша, ніж іонів електроліту, і становить приблизно

При припиненні дії іонізатора концентрація іонів у газі швидко падає до нуля (у зв'язку з рекомбінацією та винесенням іонів до електродів джерела струму) та струм припиняється. Струм, існування якого необхідний зовнішній іонізатор, називається несамостійним газовим розрядом.

При досить сильному електричному полі в газі починаються процеси самоіонізації, завдяки яким струм може існувати і без зовнішнього іонізатора. Такі струм називається самостійним газовим розрядом.

Процеси самоіонізації в загальних рисахполягають у наступному. У природних умовах у газі завжди є невелика кількість вільних електронів та іонів, створюваних такими природними іонізаторами, як космічні промені та випромінювання радіоактивних речовин, що містяться в атмосфері, ґрунті та воді. Досить сильне електричне поле може розігнати ці частинки до таких швидкостей, за яких їхня кінетична енергія перевищить роботу іонізації. Тоді електрони та іони, зіштовхуючись (на шляху до електродів) з нейтральними молекулами, іонізуватимуть їх. Нові (вторинні) електрони та іони, що утворюються при зіткненнях, також розганяються полем і в свою чергу іонізують нові нейтральні молекули і т. д. Описана самоіонізація газу називається ударною іонізацією.

Вільні електрони викликають ударну іонізацію вже за напруженості поля порядку Що стосується іонів, всі вони можуть викликати ударну іонізацію лише за напруженості поля порядку Ця різниця зумовлено низкою причин, зокрема тим, що з електронів довжина вільного пробігу у газі значно більше, ніж іонів. Тому електрони набувають необхідної для ударної іонізації. кінетичну енергіюпри менших напруженнях поля, ніж іони. Однак і при не надто сильних полях позитивні іони грають дуже важливу рольу самоіонізації газу. Справа в тому, що енергія цих іонів виявляється достатньою для вибивання електронів із металу. Тому розігнані полем позитивні іони, ударяючись об металевий катод джерела поля, вибивають із нього електрони, які у свою чергу розганяються полем і виробляють ударну іонізацію нейтральних молекул.

Іони та електрони, енергія яких недостатня для ударної іонізації, можуть, тим не менш, при зіткненні з молекулами приводити їх до збудженого стану, тобто викликати деякі енергетичні зміни в їх електронних оболонках. Збуджена молекула (або атом) переходить потім у нормальний стан, випромінюючи при цьому порцію електромагнітної енергії - фотон (процеси

порушення атомів і випромінювання та поглинання ними фотонів будуть розглянуті в § 132-136). Випускання фотонів проявляється у світінні газу. Крім того, фотон, що поглинається якийсь із молекул газу, може іонізувати її; такого роду іонізація називається фотонною. Нарешті фотон, що потрапляє на катод, може вибивати електрон (зовнішній фотоефект), який потім викличе ударну іонізацію нейтральної молекули.

В результаті ударної та фотонної іонізацій та вибивання електронів з катода позитивними іонами та фотонами кількість іонів та електронів у всьому обсязі газу різко (лавиноподібно) зростає. Для існування струму в газі тепер не потрібен зовнішній іонізатор. Газовий розряд стає самостійним. Описаний процес самоіонізації газу схематично показано на рис. 208 де нейтральні молекули зображені білими кружками, позитивні іони - кружками зі знаком плюс, електрони - чорними кружками, фотони - хвилястими лініями.

На рис. 209 представлений експериментальний графік залежності сили струму в газі від напруженості поля або від напруги між катодом та анодом джерела поля, оскільки

де відстань між електродами. На ділянці кривий струм зростає приблизно пропорційно до напруженості поля за законом Ома). Це пояснюється тим, що зі збільшенням напруженості зростає швидкість упорядкованого руху іонів та електронів, а отже, і кількість електрики, що проходить за 1 с до електродів (струм). Очевидно, що зростання струму припиниться тоді, коли напруженість поля досягне величини, при якій усі іони та електрони, створювані зовнішнім іонізатором за 1 с, будуть за цей час підходити до електродів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2.5

«Вивчення газового розряду за допомогою тиратрону»

Мета роботи: вивчити процеси, що протікають у газах при несамостійному та самостійному розряді в газах, вивчити принцип роботи тиратрону, побудувати вольт-амперну та пускову характеристики тиратрону.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Іонізація газів. Несамостійний та самостійний газовий розряд

Атоми і молекули газів у повсякденних умовах електронейтральні, тобто. не містять вільних носіїв заряду, а отже, подібно до вакуумного проміжку не повинні проводити електрику. Насправді гази завжди містять кілька вільних електронів, позитивних і негативних іоніві тому, хоч і погано, але проводять ел. Струм.

Вільні носії заряду газі зазвичай утворюються внаслідок виривання електронів з електронної оболонки атомів газу, тобто. в результаті іонізаціїгазу. Іонізація газу є результатом зовнішнього енергетичного впливу: нагрівання, бомбардування частинками (електронами, іонами тощо), електромагнітного опромінення (ультрафіолетового, рентгенівського, радіоактивного тощо). При цьому газ, що знаходиться між електродами, проводить електричний струм, що називається газовим розрядом. Потужністюіонізуючого фактора ( іонізатора) називається число пар протилежно заряджених носіїв заряду, що виникають в результаті іонізації в одиниці обсягу газу в одиницю часу. Поряд із процесом іонізації йде і зворотний процес – рекомбінація: взаємодія протилежно заряджених частинок, в результаті якого з'являються електронейтральні атоми або молекули та випромінюються. електромагнітні хвилі. Якщо для електропровідності газу необхідна наявність зовнішнього іонізатора, такий розряд називається несамостійним. Якщо ж прикладене електричне поле (ЕП) досить велике, то кількість вільних носіїв заряду, що утворюються в результаті ударної іонізації за рахунок зовнішнього поля, виявляється достатнім підтримки електричного розряду. Такий розряд не потребує зовнішнього іонізатора і називається самостійним.

Розглянемо вольт-амперну характеристику (ВАХ) газового розряду в газі між електродами (рис. 1).

При несамостійному газовому розряді в області слабких ЕП (I) кількість зарядів, що утворюються в результаті іонізації, дорівнює кількості зарядів, що рекомбінують між собою. Завдяки цій динамічній рівновазі концентрація вільних носіїв заряду в газі залишається практично постійною і, як наслідок, виконується закон Ома (1):

де Е- Напруженість електричного поля; n- Концентрація; j- Щільність струму.

і ( ) – відповідно рухливості позитивних та негативних носіїв заряду;<υ > - Дрейфова швидкість спрямованого руху заряду.

В області високих ЕП (II) спостерігається насичення струму в газі (I), тому що всі носії, створювані іонізатором, беруть участь у спрямованому дрейфі, створенні струму.

При подальшому зростанні поля (III) носії заряду (електрони та іони), рухаючись прискорено, іонізують нейтральні атоми та молекули газу ( ударна іонізація), внаслідок чого утворюються додаткові носії заряду та формується електронна лавина(Електрони легше іонів і значно прискорюються в ЕП) - щільність струму зростає ( газове посилення). При вимиканні зовнішнього іонізатора внаслідок рекомбінаційних процесів газовий розряд припиниться.

В результаті цих процесів утворюються потоки електронів, іонів і фотонів, кількість частинок наростає лавиноподібно, різке зростання струму практично без посилення ЕП між електродами. Виникає самостійний газовий розряд. Перехід від неспроможного газового розряду до самостійного називається ел. пробоєма величина напруги між електродами , де d- Відстань між електродами, називається напругою пробою.

Для ел. Пробою необхідно, щоб електрони на довжині свого пробігу встигали набрати кінетичну енергію, що перевищує потенціал іонізації молекул газу, а з іншого боку, щоб позитивні іони на довжині свого пробігу встигали придбати кінетичну енергію більше роботи виходу з матеріалу катода. Так як довжина вільного пробігу залежить від конфігурації електродів, відстані між ними d і кількості частинок в одиниці об'єму (а, отже, від тиску), то керувати запаленням самостійного розряду можна змінюючи відстань між електродами dпри їхній незмінній конфігурації, так і змінюючи тиск P. Якщо твір Pdвиявиться однаковим за інших рівних умов, те й характер пробою, що спостерігається, повинен бути один і той же. Зазначений висновок знайшов відображення в експериментальному законе (1889р.) нім. фізика Ф. Пашена(1865–1947):

Напруга запалювання газового розряду для даного значеннятвору тиску газу на відстань між електродами Pd є постійна величина, характерна для даного газу .

Розрізняють кілька видів самостійного розряду.

Тліючий розрядвиникає за низьких тисків. Якщо до електродів, впаяним у скляну трубку довжиною 30-50см, прикласти постійну напругу в кілька сотень вольт, поступово відкачуючи повітря з трубки, то при тиску 5,3-6,7 кПа виникає розряд у вигляді звивистого шнура червоного кольору, що світиться, що йде від катода до аноду. При подальшому зниженні тиску шнур потовщується, і при тиску 13 Па розряд має вигляд, схематично зображений на рис. 2.

Безпосередньо до катода додається тонкий шар, що світиться 1 – катодна плівка , потім слідує 2 – катодний темний простір , що переходить надалі в шар 3, що світиться тліюче свічення , Що має різку межу з боку катода, що поступово зникає з боку анода. Шари 1-3 утворюють катодну частину тліючого розряду. За тліючим свіченням йде фарадєєво темний простір – 4. Вся решта трубки заповнена газом, що світиться. позитивний стовп - 5.

Потенціал змінюється вздовж трубки нерівномірно (див. рис. 2). Майже все падіння напруги посідає перші ділянки розряду, включаючи темне катодне простір.

Основні процеси, необхідні підтримки розряду відбуваються у його катодної частини:

1) позитивні іони, прискорені падінням катодним потенціалу бомбардують катод і вибивають з нього електрони;

2) електрони прискорюються в катодній частині та набирають достатню енергію та іонізують молекули газу. Утворюється багато електронів та позитивних іонів. В області тліючого світіння йде інтенсивна рекомбінація електронів та іонів, виділяється енергія, частина якої йде на додаткову іонізацію. Електрони, що проникли у фарадєєво темний простір, поступово накопичують енергію, так що виникають умови необхідні для існування плазми (високий ступінь іонізації газу). Позитивний стовп є газорозрядною плазмою. Він виконує роль провідника, що з'єднує анод із катодними частинами. Світіння позитивного стовпа викликане переважно переходами збуджених молекул в основний стан. Молекули різних газіввипромінюють при таких переходах випромінювання різної довжини хвилі. Тому свічення стовпа має характерний для кожного газу колір. Це використовується для виготовлення трубок, що світяться. Неонові трубки дають червоне свічення, аргонові – синювато-зелене.

Дуговий розрядспостерігається при нормальному та підвищеному тиску. При цьому струм досягає десятків та сотень ампер, а напруга на газовому проміжку падає до кількох десятків вольт. Такий розряд можна отримати від джерела низької напруги, якщо попередньо зблизити електроди до їхнього дотику. У місці контакту електроди сильно розігріваються за рахунок джоулева тепла і після видалення їх один від одного катод стає джерелом електронів за рахунок термоелектронної емісії. Основними процесами, що підтримують розряд, є термоелектронна емісія з катода та термічна іонізація молекул, обумовлена ​​високою температурою газу міжелектродному проміжку. Майже весь міжелектродний простір заповнений високотемпературною плазмою. Вона служить провідником, яким електрони, випущені катодом, досягають анода. Температура плазми становить ~6000 К. Висока температура катода підтримується з допомогою його бомбардування позитивними іонами. У свою чергу, анод під дією швидких електронів, що налітають на нього з газового проміжку, розігрівається сильніше і може навіть плавитися і на його поверхні утворюється поглиблення - кратер - найяскравіша дуга. Електрична дугавперше було отримано 1802г. російським фізиком В. Петровим (1761-1834), який як електроди використовував два шматки вугілля. Розпечені вугільні електроди давали сліпуче свічення, а між ними виникав яскравий стовп газу, що світився - електрична дуга. Дуговий розряд використовується як джерело яскравого світла в прожекторах проекційних установках, а також для різання та зварювання металів. Існує дуговий розряд із холодним катодом. Електрони з'являються завдяки автоелектронній емісії з катода, температура газу невелика. Іонізація молекул відбувається за рахунок електронних ударів. Між катодом та анодом виникає газорозрядна плазма.

Іскровий розрядвиникає між двома електродами при великій напруженості ЕП між ними . Між електродами проскакує іскра, що має вигляд каналу, що яскраво світиться, що з'єднує обидва електроди. Газ поблизу іскри нагрівається до високої температури, виникає перепад тиску, що призводить до виникнення звукових хвиль, характерний тріск.

Виникненню іскри передує утворення у газі електронних лавин. Родоначальником кожної лавини служить електрон, що розганяється в сильному ЕП і виробляє іонізацію молекул. Електрони, що утворилися, у свою чергу розганяються і виробляють наступну іонізацію, відбувається лавинне наростання кількості електронів – лавини.

Позитивні іони, що утворюються, не відіграють істотної ролі, т.к. вони малорухливі. Електронні лавини перетинаються і утворюються провідний канал стример, яким від катода до анода спрямовуються електрони – відбувається пробою.

Прикладом могутнього іскрового розряду може бути блискавка. Різні частини грозової хмари несуть заряди різних знаків ("-" звернений до Землі). Тому якщо хмари зближуються різноіменно зарядженими частинами, з-поміж них виникає іскровою пробою. Різниця потенціалів між зарядженою хмарою та Землею ~10 8 B.

Іскровий розряд застосовується для ініціювання вибухів та процесів горіння (свічки у двигунах внутрішнього згоряння), для реєстрації заряджених частинок у іскрових лічильниках, для обробки поверхні металів тощо.

Коронний (коронарний) розрядвиникає між електродами, що є різною кривизною (один з електродів тонкий дріт або вістря). При коронному розряді іонізація та збудження молекул відбувається не у всьому міжелектродному просторі, а поблизу вістря, де напруженість велика і перевищує Епробою. У цій частині газ світиться, світіння має вигляд корони, що оточує електрод.

Плазма та її властивості

Плазмоюназивається сильно іонізований газ, в якому концентрація позитивних і негативних зарядівпрактично однакова. Розрізняють високотемпературну плазму , що виникає при надвисоких температурах; газорозрядну плазму , що виникає при газовому розряді

Плазма має наступні властивості:

Високим ступенеміонізації, межі – повної іонізацією (всі електрони відокремлені від ядер);

Концентрація позитивних та негативних частинок у плазмі практично однаково;

великою електропровідністю;

Свіченням;

Сильною взаємодією з електричними та магнітними полями;

Коливаннями електронів у плазмі з великою частотою (10 8 Гц), що викликають загальну вібрацію плазми;

Одночасним взаємодією великої кількості частинок.

Електричний самостійний і несамостійний розряд виникає у різних газових середовищах за наявності певних умов. Людиною використовується, зазвичай, самостійний розряд. У статті дається характеристика зазначених явищ.

Що таке у газах?

Перш ніж розглядати газовий розряд самостійний та несамостійний, дамо визначення цього явища. Під розрядом розуміють виникнення електричного струму у газі. Оскільки газові середовища за своєю природою є ізоляторами, це означає, що струм обумовлений наявністю в них вільних носіїв електричного заряду. Крім них також має існувати електричне поле, щоб заряди набували спрямованого руху.

Електричне поле може бути створене шляхом докладання обсягу газу зовнішньої різниці потенціалів (наявність електродів: негативний катод і позитивний анод).

Джерелами носіїв заряду можуть бути такі процеси:

• Термоіонізація. Вона виникає за рахунок механічного зіткнення газових частинок (атомів, молекул) високих енергій та вибивання з них електронів. Цей процес активується зі збільшенням температури.
• Фотоіонізація. Її суть полягає в поглинанні електроном високоенергетичного фотона та його відрив від атома.
• Холодна емісія електронів. Виникає з допомогою бомбардування іонами поверхні катода.
• Термоелектронна емісія. Цей процес зумовлений випаровуванням електронів високих енергій з катода та їх участю у подальшій іонізації плазми.

Названі процеси лежать в основі класифікації типів розрядів (самостійний та несамостійний).

Поняття про самостійність розряду

Розглянемо випадок із катодною трубкою. Вона є запаяною ємністю, в якій є деякий газ під певним тиском. На кінцях цієї трубки знаходяться електроди. Якщо до них прикласти невелику різницю потенціалів, то ніякого струму не виникне. Це пов'язано з відсутністю достатньої кількості носіїв заряду.

Якщо ж нагріти газ або піддати його опроміненню ультрафіолетом, то вольтметр одразу зафіксує появу струму. Це яскравий прикладнесамостійного розряду. Він так називається, тому що для його існування необхідним є зовнішнє джерело іонізації (випромінювання, температура). Варто забрати це джерело, як показання вольтметра знову стануть рівними нулю.

Якщо ж за відсутності зовнішніх джерел іонізації збільшувати напругу між електродами трубки, почне з'являтися струм, який пройде кілька стадій (насичення, зростання, спадання). У цьому випадку говорять про самостійний електричний розряд. Він не вимагає зовнішніх джерел, необхідні носії заряду породжуються всередині самої системи. Процеси їхньої освіти залишаються тими самими, як і для несамостійного розряду. При високих напругах та великих щільностях струму додається ще й термоемісія електронів катода.

Вольтамперна характеристика розряду

Газовий самостійний і несамостійний розряд зручно вивчати, якщо використовувати залежність напруги від сили струму (або навпаки), яку називають вольтамперною характеристикою. Вона дозволяє судити не тільки про величину напруги і струму в системі, але і про електричні процеси, що відбуваються в ній.

Нижче наведено вольтамперну характеристику, на якій відображені всі основні фази розвитку розряду.

Як видно їх три: темний, тліючий і дуговий. Далі у статті опишемо докладніше ці фази.

Темний розряд

Він описується проміжком AC. При збільшенні напруги U струм I зростає за рахунок збільшення швидкості руху іонів. Однак ці швидкості невеликі, тому має місце несамостійний розряд. В області BC він виходить на насичення і стає самостійним, оскільки швидкість іонів стає достатньою, щоб бомбардувати катод вибивати з нього електрони. Ці електрони призводять до додаткової іонізації газу.

Темний заряд отримав таку назву тому, що його свічення практично дорівнює нулю: низька концентрація плазми, малі струми (10 -8 А), відсутність рекомбінації іонів та електронів.

Тліючий розряд

На вольтамперній характеристиці йому відповідає зона між точками C і F. З малюнка видно, що напруга змінюється (падає і зростає), струм постійно збільшується. Інтерес становлять дві підзони:

1. Точки OE - нормальний розряд, що тліє. Причина зростання струму пов'язана зі збільшенням площі плазми в газі. Тобто спочатку це невеликі вузькі канали, потім за рахунок холодної емісії електронів вони розширюються, поки не досягнуть всього об'єму трубки. З цього моменту настає перехід у наступну підзону.
2. Точки EF – аномальний розряд. Струм цього самостійного розряду в газі починає зростати за рахунок гарячої електронної емісії. Температура катода поступово підвищується, і він починає випромінювати негативно заряджені частинки.

У нормальній області тліючого розряду працюють усі неонові та люмінесцентні лампи.

Іскровий та дуговий розряди

Ці види самостійних розрядів охоплюють зону FG малюнку. Тут відбуваються найскладніші процеси.

Коли напруга між електродами зросте на максимальну величину (точка F), і станеться активація термоемісії електронів з катода, тоді створяться сприятливі умовина формування нестабільного іскрового розряду. Він являє собою короткочасні пробої (мікросекунди), які мають характерну зигзагоподібну форму. Яскравий приклад у природі – блискавка в атмосфері.

Розряд відбувається вузькими каналами, які називають стрімерами. Вони є вузькими ламані лінії високоіонізованої плазми, які з'єднують катодну поверхню з анодною. Сила струму сягає десятків тисяч ампер.

Стабілізація іскрового заряду веде формування стійкої дуги (область точки G). У цьому випадку весь об'єм газу в трубці – це високоіонізована плазма. Поверхня катода розігрівається до 5000-6000 К, а анода - до 3000 К. Таке сильне нагрівання катода призводить до утворення на ньому так званих "гарячих плям", які стають потужним джерелом термоелектронів і є причиною ерозійного зносу цього електрода. Напруга при дуговому розряді не є високою (кілька десятків вольт), а сила струму може досягати 100 А і більше. Зварювальна дуга – яскравий приклад цього типу розряду.

Таким чином, існування самостійного та несамостійного розрядів у газах обумовлено механізмами його іонізації та формування плазми при збільшенні напруги та сили струму в системі.

Тема 7. Електропровідність рідин та газів.

§1. Електричний струм у газах.

§2. Несамостійний та самостійний газові розряди.

§3. Види несамостійного розряду та їхнє технічне використання.

§4. Поняття про плазму.

§5. Електричний струм у рідинах.

§6. Закони електролізу.

§7. Технічні застосування електролізу (самостійно).

Електричний струм у газах.

У звичайних умовахгази є діелектриками та стають провідниками лише тоді, коли вони якимось чином іонізовані. Іонізаторами можуть бути рентгенівські промені, космічні промені, ультрафіолетові промені, радіоактивне випромінювання, інтенсивне нагрівання та ін.

Процес іонізаціїгазів полягає в тому, що під дією іонізатора від атомів відщеплюється один або декілька електронів. В результаті замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрон.

Електрони та позитивні іони, що виникли під час дії іонізатора, не можуть довго існувати окремо і, з'єднуючись, знову утворюють атоми чи молекули. Це явище називається рекомбінацією.

При поміщенні іонізованого газу в електричне поле на вільні заряди діють електричні сили і вони дрейфують паралельно лініям напруженості – електрони та негативні іони аноду(електрод деякого приладу, приєднаний до позитивного полюса джерела живлення), позитивні іони – до катоду(Електрод деякого приладу, приєднаний до негативного полюса джерела струму). На електродах іони перетворюються на нейтральні атоми, віддаючи або приймаючи електрони, тим самим замикаючи ланцюг. У газі з'являється електричний струм. Електричний струм у газах називається газовим розрядом. Таким чином, провідність газів має електронно-іонний характер.

Несамостійний та самостійний газові розряди.

Зберемо електричний ланцюгмістить джерело струму, вольтметр , амперметр і дві металеві пластини, розділені повітряним проміжком.

Якщо помістити поблизу повітряного проміжку іонізатор, то в ланцюзі виникне електричний струм, що зникає з дією іонізатора.

Електричний струм у газі з несамостійною провідністю називається несамостійним газовим розрядом. Графік залежності розрядного струму від різниці потенціалів між електродами – вольтамперна характеристика газового розряду:

ОА – ділянку у якому дотримується закон Ома. Тільки частина заряджених частинок сягає електродів, частина рекомбінує;

АВ - пропорційність закону Ома порушується і, починаючи з струму не змінюється. Найбільшу силуструму, можливу при даному іонізаторі називають струмом насичення ;

НД – самостійний газовий розряд, у цьому випадку газовий розряд продовжується і після припинення дії зовнішнього іонізатора за рахунок іонів та електронів, що виникли в результаті ударної іонізації(іонізації ел. удару); виникає при збільшенні різниці потенціалів між електродами (виникає електронна лавина).

Електричним струмом називають потік, який обумовлений упорядкованим рухом електрично заряджених частинок. Рух зарядів прийнято за напрямок електричного струму. Електричний струм може бути короткочасним та довготривалим.

Концепція електричного струму

При грозовому розряді може виникнути електричний струм, який називають короткочасним. А для підтримки струму протягом тривалого часу потрібна наявність електричного поля та вільних носіїв електричного заряду.

Електричне поле утворюють тіла, заряджені різноіменно. Силою струму називають відношення заряду, що переноситься через поперечний перерізпровідника за інтервал часу до цього інтервалу часу. Вимірюється вона у Амперах.

Мал. 1. Формула сили струму

Електричний струм у газах

Молекули газу у звичайних умовах не проводять електричного струму. Вони є ізоляторами (діелектриками). Однак, якщо змінити умови навколишнього середовища, то гази можуть стати провідниками електрики. Внаслідок іонізації (при нагріванні або під дією радіоактивного випромінювання) виникає електричний струм у газах, який часто замінюють терміном «електричний розряд».

Самостійні та несамостійні газові розряди

Розряди в газі можуть бути самостійними та несамостійними. Струм починає існувати, коли з'являються вільні заряди. Несамостійні розряди існують поки що на нього діє сила ззовні, тобто зовнішній іонізатор. Тобто, якщо зовнішній іонізатор перестав діяти, то струм припиняється.

Самостійний розряд електричного струму у газах існує навіть після припинення дії зовнішнього іонізатора. Самостійні розряди у фізиці поділяються на тихий, тліючий, дуговий, іскровий, коронний.

• Тихий - Найслабший із самостійних розрядів. Сила струму в ньому дуже мала (трохи більше 1 мА). Він супроводжується звуковими чи світловими явищами.
• Тліючий - якщо збільшити напругу в тихому розряді, він переходить на наступний рівень - в розряд, що тліє. У цьому випадку з'являється свічення, яке супроводжується рекомбінацією. Рекомбінація - Зворотний процес іонізації, зустріч електрона і позитивного іона. Застосовується в бактерицидних та освітлювальних лампах.

Мал. 2. Тліючий розряд

• Дуговий – сила струму коливається від 10 до 100 А. Іонізація при цьому дорівнює майже 100%. Цей тип розряду виникає, наприклад, під час роботи зварювального апарату.

Мал. 3. Дуговий розряд

• Іскровий - Можна вважати одним із видів дугового розряду. Під час такого розряду за дуже короткий часпротікає певну кількість електрики.
• Коронний розряд - Іонізація молекул відбувається поблизу електродів з малими радіусами кривизни. Цей вид заряду відбувається тоді, коли напруженість електричного поля різко змінюється.

Що ми дізналися?

Самі собою атоми і молекули газу нейтральні. Вони заряджаються при дії ззовні. Якщо говорити коротко про електричний струм у газах, то він є спрямованим рухом частинок (позитивних іонів до катода і негативних іонів до анода). Також важливим є, що при іонізації газу його провідні властивості покращуються.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.1. Усього отримано оцінок: 436.