1. Введення
Якщо з'єднати дротом двох провідників, між якими була створенарізниця потенціалів, то потенціали будуть вирівнюватися, при цьому заряди напровідниках перерозподіляються, а в сполучної дроті відбуваєтьсяспрямоване переміщення зарядів, звані струмом. Ток під дієюдодатків різниці потенціалів виникає в будь-якому середовищі, де євільні електрони.
Залежно від виду та природи зарядоносітелей провідність буваєелектронної, іонної і доречний.
Електронної провідністю володіють метали. Існує така провідністьі у верхніх шарах атмосфери, де щільність речовини невелика, завдякичому електрони можуть вільно переміщатися, не поєднуючись з позитивнозарядженими іонами.
Рідкі електрони володіють іонною провідністю. Іони, що єзарядоносітелямі, при русі переміщують речовина, в результаті чоговідбувається виділення його на електродах.
Можливий механізм провідності, обумовлений розривом валентної зв'язку,що приводить до появи вакантного місця з відсутньою зв'язком. Таке
«Порожні» місце з відсутніми електронами зв'язку отримало назву --дірка.
Виникнення дірки в кристалі провідника створює додатковуможливість для переносу заряду. Цей процес, що супроводжуєтьсяпереміщенням електронів, отримав назву доречний провідністю.
Плазма, під якою розуміється газ, що має концентрацію зарядоносітелей,набагато перевищує незаряджених частинок, має електронної та іонноїпровідністю.
2.Ток в рідинах.
Походження електричного струму (рух електричних зарядів) черезрозчин істотно відрізняється від руху електричних зарядів пометалевому провіднику.
Різниця, перш за все в тому, що зарядоносітелямі в розчинах єне електрони, а іони, тобто самі атоми або молекули, що втратили абозахопили один або декілька електронів.
Природно, це рух, так чи інакше, супроводжується зміноювластивостей самої речовини.
Розглянемо електричний ланцюг, елементом якої є посудина зрозчином кухонної солі і з вставленими в нього електродами будь-якої формиз пластини. При підключенні до джерела живлення в ланцюзі з'являється струм,що є в розчині рух важких заряджених частинок - іонів.
Поява іонів вже означає можливість розкладання хімічного розчину надва основні елементи - Na і Cl. Натрій, що втратив електрон, представляєсобою позитивно заряджений іон, який рухається до електрода, якийпідключений до негативного полюса джерела живлення, електричного кола.
Хлор, «узурпувати» електрон, являє собою негативний іон.
Негативні іони хлору рухаються до електрода, що підключений допозитивного полюса джерела живлення ел. ланцюга.
Освіта позитивних і негативних іонів відбувається внаслідокмимовільного розпаду молекули кухонної солі у водному розчині
(електролітична дисоціація). Рух іонів зумовлене напругою,поданим на електроди, опущені у розчин. Досягнувши електродів, іонизабирають або віддають електрони, утворюючи відповідно молекули Cl і Na.
Подібні явища спостерігаються в розчинах багатьох інших речовин. Молекулицих речовин, подібно до молекул кухонної солі, складаються з протилежнозаряджених іонів, на які вони і розпадаються в розчинах. Кількістьрозпалися молекул, точніше, кількість іонів, характеризує електричнеопір розчину.
Ще раз підкреслимо, що походження електричного струму по ланцюгу,елементом якої є розчин, викликає переміщення речовини цьогоелемента електричного кола, і, отже, зміна його хімічнийвластивостей, в той час, як при проходженні електричного струму пометалевому провіднику ніяких змін у провіднику не відбувається.
Від чого залежить кількість речовини, що виділяється при електролізі наелектродах? Вперше на це питання відповів Фарадей. Фарадей показавекспериментально, що маса виділяється речовини пов'язана з силою струму іЗгодом його протікання t співвідношенням (закон Фарадея):
| M = kq |
Маса виділяється речовини при електролізі речовини прямопропорційна кількості що пройшов через електроліт електрики і незалежить від інших причин, окрім роду речовини.
Вказану закономірність можна перевірити на наступних дослідах. Наллємо вкілька ванн один і той же електроліт, але різної концентрації. Опустимо вванни електроди, що мають різну площу, і розташуємо їх у ванних на різнихвідстанях. З'єднаємо всі ванни послідовно і пропустимо через них струм.
Тоді через кожну з ванн, очевидно, пройде однакову кількістьелектрики. Зваживши катоди до і після досвіду, ми виявимо, що на всіхкатодах виділилося однакову кількість речовини. Поєднавши всі ваннипаралельно і пропустивши через них струм, можна переконатися, що кількістьречовини, що виділилося на катодах, прямо пропорційно кількостіелектрики, який пройшов через кожну з них. Нарешті, з'єднавшипослідовно ванни з різними електролітами, легко встановити, щокількість виділився речовини залежить від роду цієї речовини.
Величина, що характеризує залежність кількості що виділяється приелектролізі речовини від його роду, називається електрохімічним еквівалентомі позначається літерою к.
Електрохімічний еквівалент речовини вимірюється масою речовини,виділяється на електроді під час проходження через електроліт одиницікількості електрики,
| |
Маса речовини, що виділяється при електролізі, являє собою загальнумасу всіх розряду на електроді іонів. Піддаючи електролізу різнісолі, можна на досвіді встановити кількість електрики, яка маєпройти через електроліт, щоб виділився один кілограм - еквівалентданої речовини. Такі досліди вперше виконав Фарадей. Він знайшов, що длявиділення одного кілограм - еквівалент будь-якої речовини при електролізіпотрібно однакові кількості електрики, рівні 9,65 · 107 к.
Кількість електрики, необхідний для виділення при електролізікілограм - еквівалента речовини, називається числом Фарадея і позначаєтьсябуквою F:
F = 9,65 · 107 к.
У електроліті іон виявляється оточеним молекулами розчинника (води),володіють значними дипольний момент. Взаємодіючи з іоном,дипольні молекули повертаються до нього своїми кінцями, що мають заряд,знак якої протилежний заряду іона, тому упорядочное рух іонав електричному полі утруднюється, і рухливість іонів значно поступаєтьсярухливості електронів провідності в металі. Так як і концентрація іонівзвичайно не велика в порівнянні з концентрацією електронів в металі, тоелектрична провідність у електролітів завжди істотно меншеелектричної провідності металів.
Внаслідок сильного нагрівання струмом в електролітах досяжні лишенезначні щільності струму, тобто невеликі напруженості електричногополя. При підвищенні температури електроліту впорядкована орієнтаціядиполів розчинника погіршується під впливом посилився безладногоруху молекул, тому дипольна оболонка частково руйнується,рухливість іонів і провідність розчину збільшується. Залежністьпитомої електричної провідності від концентрації при незміннійтемпературі складна. Якщо розчинення можливо в будь-яких пропорціях, то придеякої концентрації електрична провідність має максимум. Причинацього така: ймовірність розпаду молекул на іони пропорційна числумолекул розчинника і кількістю молекул розчинної речовини в одиниціобсягу. Але можливий і зворотний процес: (рекомбінація іонів в молекули),вірогідність якого пропорційна квадрату числа пар іонів. Нарешті,електрична провідність пропорційна числу пар іонів в одиниціобсягу. Тому, при малих концентраціях дисоціація повна, але загальне числоіонів мало. При дуже великих концентраціях дисоціація слабка і числоіонів також невелика. Якщо розчинність речовини обмежена, то зазвичаймаксимуму електричної провідності не спостерігається. При заморожуванняв'язкість водного розчину різко зростає, рухливість іонів різкозменшується, і питома електрична провідність падає в тисячі разів. Призатвердінні ж рідких металів рухливість електронів і питомаелектрична провідність майже не змінюється.
Електроліз широко застосовується в різних електрохімічнихвиробництвах. Найважливіші з них: електролітичне отримання металів зводних розчинів їх солей і з їх розплавлених солей; електроліз хлористихсолей; електролітичне окислення і відновлення; одержання воднюелектролізом; гальваностегія; гальванопластика; електрополіровка. Методомрафінування отримують чистий метал, очищений від домішок. Гальваностегія
- Покриття металевих предметів іншим шаром металу. Гальванопластика
- Отримання металевих копій з рельєфних зображень будь-якихповерхонь. Електрополіровка - вирівнювання металевих поверхонь.
Література:
1. Електрика С.Г. Калашников
Москва 1977р.
2.Лекціі ел. властивостями матеріалів видавництво «Світ» 1991р.
2. Електрика і людина
В. Е. Манойлов. 1988р. стор 15
3.Діелектрікі.
Поляризація - найважливіша характеристика діелектрика. Залежно відтого, переважає чи рух вільних зарядів, або відбуваєтьсяполяризація, речовини діляться на два класи - провідники та діелектрики. Удіелектриках позитивні і негативні заряди пов'язані один з одним іне можуть зміщуватися тільки в межах однієї молекули (по-іншому сказати, удіелектриків цілком заповнена енергетична зона). За відсутностівпливу зовнішнього електричного поля заряди різних знаків розподіленіза обсягом діелектрика рівномірно. Під дією зовнішнього поля заряди,що входять в кожну молекулу, зміщуються в протилежних напрямках. Цезсув проявляється у вигляді появи зарядів на поверхні діелектрика,розміщеного в електричне поле, - поляризація. Поляризація протікає по -різному, залежно від виду хімічного зв'язку в речовині діелектрика.
Так, наприклад, в алмазі хімічний зв'язок ковалентна, і поляризаціявідбувається лише завдяки деформації електронних атомних оболонок велектричному полі. У іонних кристалах, таких, як кам'яна сіль, велектричному полі зсуваються відносно один одного іони. У нихвідбувається і деформація електронних оболонок, але це явище вноситьнезначний внесок у повну поляризацію іонного кристала в порівнянні звнеском іонів. Питомий опір вище питомого опорупровідників.
Використання.
Використовуються для ізоляції елементів електротехнічних пристроїв. Уквантової електроніки з діелектричних матеріалів виготовляють основніелементи квантових генераторів; широко використовуються в оптиці. Використанняв конденсаторах.
Довідник для школяра. Фізика.
Стор. 231-233
4.Ток в металах і провідниках.
Експериментально показано, що в металах іони не беруть участі вперенесення електричних зарядів, тому що в противному випадку електричнийструм обов'язково супроводжувався б перенесенням матеріалу, що не спостерігалася. Удослідах з інерцією електронів було встановлено, що електричний струм вметалах зумовлений впорядкованим рухом вільних електронів.
Якщо всередині металу немає електричного струму, то електрони провідностіздійснюють безладний рух (теплове): у кожен момент часу вонимають неоднакові швидкості і різні напрямки.
Сумарний заряд, що проходить через будь-яку майданчик всередині металу, ввідсутність зовнішнього поля дорівнює нулю. Якщо до кінців провідника приєднатирізниця потенціалів, тобто створити всередині провідника поле напруженістю Е,то на кожен електрон буде діяти сила, спрямована протилежнополю. В результаті виникає електричний струм. На підставі поданьпро електричному газі легко пояснюється велика Теплопровідність металів.
Справді, вільні електрони, беручи участь в тепловому русі і володіючивеликою рухливістю, будуть сприяти вирівнюванню розходжень утемпературі тіла.
У металах концентрація електронів провідності майже не залежить відтемператури. Існує група матеріалів, у яких електричний струмтакож зумовлений переміщенням вільних електронів, однак концентраціяцих електронів залежить від температури: питомий опір такихматеріалів при зниженні температури сильно зростає, а при підвищеннітемператури - значно зменшується. Такі матеріали єелектронними провідниками. До напівпровідником відносяться: кремній, германій,селен і багато сполук металів із сіркою, селеном, телуром, а такождеякі органічні сполуки. У напівпровідниках, як і в металах,при проходженні струму не відбувається ніяких хімічних змін. Цесвідчить про те, що іони не беруть участі у перенесенні зарядів.
Для того щоб збільшити концентрацію вільних електронів внапівпровідниках, необхідно затратити певну енергію для відривупов'язаних електронів. Її називають енергією іонізації. При підвищеннітемператури збільшується кількість електронів з тепловою енергією,перевищує, тобто зростає частка вільних електронів.
Довідник для школяра. Фізика.
Стор. 239
Словник юного фізика.
Стор. 241-242
5.Сверхпроводнікі.
Нідерландський вчений Г. Камерлінг-Оннес в 1911 році, досліджуючи електропровідність ртуті при дуже низьких температурах, виявив явище надпровідності. Воно полягає в тому, що поблизу абсолютного нуля температура опору ртуті, свинцю, цинку, алюмінію і деяких інших чистих металів і сплавів стрибком зменшується до нуля. Струм, що виник в замкнутому надпровідний кільці, не зникає протягом багатьох годин. Однак у сильних магнітних полях надпровідність руйнується. При переході в надпровідний стан основні механічні та оптичні властивості, а також коефіцієнт теплового розширення не змінюються.
Словник юного фізика.
Стор. 241
6.Електріческій розряд в газах.
Всі гази в природному стані не проводять електричного струму. У чомуможна переконатися з такого досвіду:
Візьмемо електрометрії з приєднаними до нього дисками плоскогоконденсатора і зарядити його. При кімнатній температурі, якщо повітрядосить сухий, конденсатор помітно не розрядиться - положення стрілкиелектрометрії не змінюється. Щоб відмітити зменшення кута відхиленнястрілки електрометрії, потрібен тривалий час. Це показує, щоелектричний струм у повітрі між дисками дуже малий. Даний досвідпоказує, що повітря є поганим провідником електричного струму.
видозмінимо досвід: нагріємо повітря між дисками полум'ям спиртівки. Тодікут відхилення стрілки електрометрії швидко зменшується, тобто зменшуєтьсярізниця потенціалів між дисками конденсатора - конденсатор розрядиться.
Отже, нагріте повітря між дисками став провідником, і в ньомувстановлюється електричний струм.
Ізолюючі властивості газів пояснюються тим, що в них немає вільнихелектричних зарядів: атоми і молекули газів в природному станіє нейтральними.
Іонізація газів.
Вищеописаний досвід показує, що в газах під впливом високоїтемператури з'являються заряджені частинки. Вони виникають внаслідоквідщеплення від атомів газу одного або декількох електронів, у результатічого замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрони.
Частина утворилися електронів може бути при цьому захоплена іншиминейтральними атомами, і тоді з'являться ще негативні іони. Розпадмолекул газу на електрони і позитивні іони називається іонізацією газів.
Нагрівання газу до високої температури не є єдиним способоміонізації молекул атомів газу. Іонізація газу може відбуватися підвпливом різних зовнішніх взаємодій: сильного нагріву газу,рентгенівських променів, (-, (- і (-променів, що виникають при радіоактивномурозпад, космічних променів, бомбардування молекул газу швидко рухаютьсяелектронами або іонами. Чинники, що викликають іонізацію газу називаютьсяіонізаторами. Кількісною характеристикою процесу іонізації служитьінтенсивність іонізації, яка вимірюється числом пар протилежних за знакомзаряджених часток, що виникають в одиниці об'єму газу заодиницю часу.
Іонізація атома вимагає витрати певної енергії - енергіїіонізації. Для іонізації атома (або молекули) необхідно зробити роботупроти сил взаємодії між вириті електроном і рештоючастинками атома (або молекули). Ця робота називається роботою іонізації Ai.
Величина роботи іонізації залежить від хімічної природи газу іенергетичного стану вириті електрона в атомі або молекулі.
Після припинення дії іонізатора кількість іонів у газі з плиномчасом зменшується і врешті-решт іони зникають зовсім. Зникненняіонів пояснюється тим, що іони й електрони беруть участь в тепловому русі ітому соударяются одна з одною. При зіткненні позитивного іона іелектрона вони можуть возз'єднатися у нейтральний атом. Точно також призіткненні позитивного і негативного іонів негативний іон можевіддати свій надлишковий електрон позитивного іону і обидва іона перетворятьсяв нейтральні атоми. Цей процес взаємної нейтралізації іонів називаєтьсярекомбінацією іонів. При рекомбінації позитивного іона і електрона абодвох іонів звільняється певна енергія, що дорівнює енергії, витраченоїна іонізацію. Частково вона випромінюється у вигляді світла, і тому рекомбінаціяіонів супроводжується світінням (свічення рекомбінації).
У явищах електричного розряду в газах велику роль грає іонізаціяатомів електронними ударами. Цей процес полягає в тому, що рухаєтьсяелектрон, що володіє достатньою кінетичної енергією, при зіткненні знейтральним атомом вибиває з нього один або кілька атомних електронів,в результаті чого нейтральний атом перетворюється в позитивний іон, а вгазі з'являються нові електрони (про це буде розглянуто пізніше).
Механізм провідності газів схожий на механізм провідності розчинів ірозплавів електролітів. При відсутності зовнішнього поля заряджені частинки,як і нейтральні молекули рухаються хаотично. Якщо іони і вільніелектрони виявляються в зовнішньому електричному полі, то вони приходять успрямований рух і створюють електричний струм в газах.
Таким чином, електричний струм в газі являє собою спрямованурух позитивних іонів до катода, а негативних іонів і електронів доанода. Повний струм в газі складається з двох потоківзаряджених частинок: потоку, що йде до анода, і потоку, спрямованого докатода.
Несамостійний газовий розряд.
Процес проходження електричного струму через газ називається газовимрозрядом. Якщо електропровідність газу створюється зовнішніми іонізаторами, тоелектричний струм, що виникає в ньому, називається несамостійним газовимрозрядом. З припиненням дії зовнішніх іонізаторів несамостійнийрозряд припиняється. Несамостійний газовий розряд не супроводжуєтьсясвітінням газу.
Самостійний газовий розряд.
Електричний розряд в газі, що зберігається після припинення діїзовнішнього іонізатора, називається самостійним газовим розрядом. Для йогоздійснення необхідно, щоб в результаті самого розряду в газібезперервно утворювалися вільні заряди. Основним джерелом їхвиникнення є ударна іонізація молекул газу.
Якщо після досягнення насичення продовжувати збільшувати різницюпотенціалів між електродами, то сила струму при достатньо великомунапрузі стане різко зростати.
Це означає, що в газі з'являються додаткові іони, якіутворюються за рахунок дії іонізатора. Сила струму може зрости в сотні ітисячі разів, а кількість заряджених часток, що виникають в процесі розряду,може стати таким великим, що зовнішній іонізатор буде вже не потрібен дляпідтримки розряду.
Позитивні іони, що утворилися при зіткненні електронів знейтральними атомами, при своєму русі до катода набувають під дієюполя велику кінетичну енергію. При ударах таких швидких іонів про катод зповерхні катода вибиваються електрони.
Крім того, катод може випускати електрони при нагріванні до великоїтемператури. Цей процес називається термоелектронної емісією. Його можнарозглядати як випаровування електронів з металу. У багатьох твердихречовинах термоелектронна емісія відбувається при температурах, при якихвипаровування самої речовини ще мало. Такі речовини і використовуються длявиготовлення катодів.
При самостійному розряді нагрівання катода може відбуватися за рахунокбомбардування його позитивними іонами. Якщо енергія іонів не дужевелика, то вибивання електронів з катода не відбувається і електронивипускаються внаслідок термоелектронної емісії.
Різні типи самостійного розряду та їх технічне застосування.
Залежно від властивостей і стану газу, характеру і розташуванняелектродів, а також від прикладеної до електродів напруги виникаютьрізні види самостійного розряду. Розглянемо кілька з них.
Тліючий розряд.
Тліючий розряд спостерігається в газах при низькому тиску порядкудекількох десятків міліметрів ртутного стовпа і менше. Якщо розглянутитрубку з тліючим розрядом, то можна побачити, що основними частинами тліючогорозряду є катодного темний простір, різко віддалений від ньогонегативне, або тліючі світіння, що поступово переходить в областьфарадеева темного простору. Ці три області утворюють катодну частинарозряду, за якою йде основна частина світиться розряду, яка визначаєйого оптичні властивості і звана позитивним стовпом.
Основну роль у підтримці тліючого розряду грають перші дві областійого катодного частини. Характерною особливістю цього типу розряду єрізке падіння потенціалу поблизу катода, яке пов'язане з великоюконцентрацією позитивних іонів на межі I і II областей, обумовленоїпорівняно малою швидкістю руху іонів у катода. У катодного темномупросторі відбувається сильне прискорення електронів і позитивних іонів,вибиває електрони з катода. В області тліючого світіння електронипроводять інтенсивну ударну іонізацію молекул газу і втрачають своюенергію. Тут утворюються позитивні іони, необхідні для підтримкирозряду. Напруженість електричного поля в цій області мала. Тліючісвітіння в основному викликається рекомбінацією іонів та електронів.
Протяжність катодного темного простору визначається властивостями газу іматеріалу катода.
В області позитивного стовпа концентрація електронів та іонівприблизно однакова і дуже велика, що обумовлює великуелектропровідність позитивного стовпа і незначне падіння в ньомупотенціалу. Савчин позитивного стовпа визначається світіннямзбуджених молекул газу. Поблизу анода знову спостерігається порівнянорізка зміна потенціалу, пов'язане з процесом створення позитивнихіонів. У ряді випадків позитивний стовп розпадається на окремісвітяться ділянки - страти, розділені темними проміжками.
Позитивний стовп не відіграє суттєвої ролі в підтримці тліючогорозряду, тому при зменшенні відстані між електродами трубки довжинапозитивного стовпа скорочується і він може зникнути зовсім. Інакшейде справа з довжиною катодного темного простору, яка при зближенніелектродів не змінюється. Якщо електроди зблизилися настільки, щовідстань між ними стане менше довжини катодного темного простору,то тліючий розряд в газі припиниться. Досліди показують, що за іншихрівних умовах довжина d катодного темного простору назадпропорційна тиску газу. Отже, при досить низькихтиску електрони, вибивані з катода позитивними іонами, проходятьчерез газ майже без сутичок з його молекулами, утворюючи електронні, абокатодні промені.
Тліючий розряд використовується в газосветних трубках, лампах денногосвітла, стабілізатори напруги, для отримання електронних і іоннихпучків. Якщо в катоді зробити щілину, то крізь неї в простір за катодомпроходять вузькі іонні пучки, часто звані каналовимі променями. Широковикористовується явище катодного розпилення, тобто руйнування поверхнікатода під дією вдаряється в нього позитивних іонів.
Ультрамікроскопічні оскільки матеріалу катода летять в усі сторони попрямих ліній і покривають тонким шаром поверхню тіл (особливодіелектриків), поміщених в трубку. Таким способом виготовляють дзеркала дляряду приладів, наносять тонкий шар металу на селенові фотоелементи.
Коронний розряд.
Коронний розряд виникає при нормальному тиску в газі, що знаходиться всильно неоднорідному електричному полі (наприклад, близько гострі абопроводів ліній високої напруги). При коронному розряді іонізація газу ійого світіння відбуваються лише поблизу коронирующий електродів. У разікоронірованія катода (негативна корона) електрони, що викликають ударнуіонізацію молекул газу, вибиваються з катода при бомбардуванні йогопозитивними іонами. Якщо коронирующий анод (позитивна корона), тонародження електронів відбувається внаслідок фотоіонізації газу поблизу анода.
Корона - шкідливе явище, що супроводжується витоком струму і втратоюелектричної енергії. Для зменшення коронірованія збільшують радіускривизни провідників, а їх поверхня роблять можливо більш гладкою. Придосить високій напрузі між електродами коронний розряд переходить уіскровий.
При підвищеній напрузі коронний розряд на вістрі набуває виглядувихідних з вістря і переміжних в часі світлих ліній. Ці лінії,мають ряд зламів і вигинів, утворюють подобу кисті, внаслідок чоготакий розряд називають кистьовим.
Заряджена грозове хмара індукує на поверхні Землі під собоюелектричні заряди протилежного знака. Особливо великий заряднакопичується на вістрях. Тому перед грозою або під час грози нерідко навістрях і гострих кутах високо піднятих предметів спалахують схожі напензлики конуси світла. З давніх часів це світіння називають вогнями святого
Ельма.
Особливо часто свідками цього явища стають альпіністи. Інодінавіть не тільки металеві предмети, а й кінчики волосся на головіприкрашаються маленькими світяться китицями.
З коронним розрядом доводиться рахуватися, маючи справу з високимнапругою. При наявності виступаючих частин або дуже тонких проводів можепочатися коронний розряд. Це призводить до витоку електроенергії. Чим вищенапруга високовольтної лінії, тим товщі повинні бути дроти.
іскровий розряд.
іскровий розряд має вигляд яскравих зигзагоподібних розгалужуються ниток -каналів, які пронизують розрядний проміжок і зникають, змінюючисьновими. Дослідження показали, що канали іскрового розряду починають ростиіноді від позитивного електрода, іноді від негативного, а іноді і відякий-небудь точки між електродами. Це пояснюється тим, що іонізаціяударом у разі іскрового розряду відбувається не за всім обсягом газу, а поокремих каналах, що проходять у тих місцях, в яких концентрація іоніввипадково виявилася найбільшою. Іскровий розряд супроводжується виділеннямвеликої кількості теплоти, яскравим світлом газу, тріском або громом. Всіці явища викликаються електронними і іонними лавинами, які виникають уіскрових каналах і призводять до величезного збільшення тиску, що досягає
107 (108 Па, і підвищення температури до 10000 (С.
Характерним прикладом іскрового розряду є блискавка. Головний каналблискавки має діаметр від 10 до 25 см., а довжина блискавки може сягатидекількох кілометрів. Максимальна сила струму імпульсу блискавки досягаєдесятків і сотень тисяч ампер.
При малій довжині розрядного проміжку іскровий розряд викликаєспецифічне руйнування анода, зване ерозією. Це явище буловикористано в електроіскровий методі різання, свердління та інших видахточної обробки металу.
іскровий проміжок застосовується в якості запобіжника відперенапруги в електричних лініях передач (наприклад, у телефоннихлініях). Якщо поблизу лінії проходить сильний короткочасний струм, то впроводах цієї лінії індукуються напрузі і струми, які можуть зруйнуватиелектричну установку і небезпечні для життя людей. Щоб уникнути цьоговикористовуються спеціальні запобіжники, які складаються з двох вигнутихелектродів, один з яких приєднаний до лінії, а інший заземлений. Якщопотенціал лінії щодо землі сильно зростає, то між електродамивиникає іскровий розряд, який разом з нагрітим їм повітрямпіднімається вгору, подовжується і обривається.
Нарешті, електрична іскра застосовується для вимірювання великих різницьпотенціалів за допомогою шарового розрядника, електродами якого служать дваметалевих кулі з полірованої поверхнею. Кулі розсовують, і на нихподається вимірюється різниця потенціалів. Потім кулі зближують до тих пір,поки між ними не проскочить іскра. Знаючи діаметр куль, відстань міжними, тиск, температуру і вологість повітря, знаходять різницюпотенціалів між шарами за спеціальними таблицями. Цим методом можнавимірювати з точністю до декількох відсотків різниці потенціалів порядкудесятків тисяч вольт.
дугового розряду.
дугового розряду був відкритий В. В. Петров у 1802 році. Цей розрядявляє собою одну з форм газового розряду, здійснюються завеликої щільності струму і порівняно невеликій напрузі міжелектродами (порядку кількох десятків вольт). Основною причиною дуговогорозряду є інтенсивне випускання термоелектронів розпеченимкатодом. Ці електрони прискорюються електричним полем і виробляють ударнуіонізацію молекул газу, завдяки чому електричний опір газовогопроміжку між електродами порівняно мало. Якщо зменшитиопір зовнішнього ланцюга, збільшити силу струму дугового розряду, топровідність газового проміжку настільки сильно зросте, що напругаміж електродами зменшується. Тому кажуть, що дугового розряд маєпадаючу вольт - амперна характеристику. При атмосферному тискутемпература катода досягає 3000 (C. Електрони, бомбардуючи анод, створюютьв ньому поглиблення (кратер) і нагрівають його. Температура кратера близько 4000
(С, а при великих тисках повітря досягає 6000-7000 (С. Температурагазу в каналі дугового розряду досягає 5000-6000 (С, тому в ньомувідбувається інтенсивна термоіонізація.
У ряді випадків дугового розряд спостерігається і при порівняно низькійтемпературі катода (наприклад, в ртутної дугового лампі).
У 1876 році П. Н. Яблочков вперше використав електричну дугу якджерело світла. У «свічки Яблочкова» вугілля були розташовані паралельно ірозділені зігнутої прошарком, а їх кінці з'єднані який проводить «запальниммістком ». Коли струм включався, запальний місток було спалене і між вугіллямутворювалася електрична дуга. По мірі згорання вугілля ізолюючапрошарок випаровувалася.
дугового розряду застосовується як джерело світла і в наші дні, наприклад впрожекторах та проекційних апаратах.
Висока температура дугового розряду дозволяє використовувати його дляпристрої дугової печі. В даний час дугові печі, що живляться струмомдуже великої сили, застосовуються в багатьох галузях промисловості: длявиплавки сталі, чавуну, феросплавів, бронзи, одержання карбіду кальцію,окису азоту і т.д.
У 1882 році М. Н. Бенардосом дугового розряд вперше був використаний длярізання і зварювання металу. Дугового розряду знайшов застосування в ртутномувипрямлячі, що перетворює змінний електричний струм у ток постійногонапряму.
Плазма.
Плазма - це частково або повністю ионизованный газ, в якомугустини позитивних і негативних зарядів практично однакові.
Таким чином, плазма в цілому є електрично нейтральною системою.
Кількісною характеристикою плазми є ступінь іонізації.
Ступенем іонізації плазми (називають відношення об'ємної концентраціїзаряджених частинок до загальної об'ємної концентрації частинок. Залежно відступеня іонізації плазма поділяється на слабо ионизованного ((становитьчастки відсотків), частково ионизованного ((порядку декількох відсотків) іповністю ионизованного ((близька до 100%). Слабо ионизованного плазмою вприродних умовах є верхні шари атмосфери - іоносфера. Сонце,гарячі зірки і деякі міжзоряні хмари - це повністю ионизованногоплазма, яка утворюється при високій температурі.
Середнійе енергії різних типів частинок, що складають плазму, можутьзначно відрізнятися одна від одної. Тому плазму не можнаохарактеризувати одним значенням температури Т; розрізняють електроннутемпературу Ті, іонну температуру Тi (або іонні температури, якщо вплазмі є іони декількох сортів) і температуру нейтральних атомів Т (
(нейтральної компоненти). Подібна плазма називається неізотерміческой, ввідміну від ізотермічної плазми, в якій температури всіх компонентіводнакові.
Плазма також поділяється на високотемпературну і низькотемпературну!
Це умовний поділ пов'язано з особливою вологістю високотемпературноїплазми у зв'язку з проблемою здійснення керованого термоядерногосинтезу.
Плазма має ряд специфічних властивостей, що дозволяє розглядатиїї як особливу четвертий стан речовини.
Через велику рухливості заряджений частинки плазми легко переміщуютьсяпід дією електричних і магнітних полів. Тому будь-яке порушенняелектричної нейтральності окремих областей плазми, викликане скупченнямчастинок одного знака заряду, швидко ліквідується. Що виникають електричніполя переміщують заряджені частинки до тих пір, поки електричнанейтральність не відновиться і електричне поле не стане рівним нулю.
На відміну від нейтрального газу, між молекулами якого існуютькороткодіючі сили, між зарядженими частинками плазми діютькулонівських сили, порівняно повільні убуваючі з відстанню. Кожначастинка взаємодіє відразу з великою кількістю навколишніх частинок.
Завдяки цьому поряд з хаотичним тепловим рухом частинки плазмиможуть брати участь у різноманітних впорядкованих рухах. У плазмі легкопорушуються різного роду коливання і хвилі.
Провідність плазми збільшується в міру зростання ступеня іонізації. Привисокій температурі повністю ионизованного плазма за своєю провідностінаближається до надпровідників.
Низькотемпературна плазма застосовується в газорозрядних джерелах світла --в світяться трубках рекламних написів, в лампах денного світла.
Газорозрядні використовують у багатьох приладах, наприклад, у газовихлазерах - квантових джерелах світла.
Високотемпературна плазма застосовується в магнітогідродинамічнігенераторах.
Нещодавно був створений новий прилад - плазмотрон. У плазмотрона створюютьсяпотужні струмені щільної низькотемпературної плазми, що широко застосовуються врізних областях техніки: для різання і зварювання металів, буріння свердловин втвердих породах і т.д.
Курс фізики «електрика і магнетизм»
Стор. 264-285
Метод. посібник з фізики.
7.Література:
а) Курс фізики. Л. С. Жданов, В. А. Маранджян б) Електрика і Людина. В. Е. Манойлов 1988 р. в) Методичний посібник з фізики. г) Курс фізики «електрика і магнетизм» д) Словник юного фізика. 1994 е) Електрика С. Г. Калашников. 1977 ж) Лекції з ел. властивостями матеріалів. 1991 з) Довідник для школяра. Фізика. и) Енциклопедія для дітей. Фізика.
