Все гази в природному стані не проводять електричного струму. У чому можна переконатися з наступного досвіду:
Візьмемо електрометр з приєднаними до нього дисками плоского конденсатора і зарядимо його. При кімнатній температурі, якщо повітря досить сухий, конденсатор помітно не розряджається — положення стрілки електрометра не змінюється. Щоб помітити зменшення кута відхилення стрілки електрометра, потрібен тривалий час. Це показує, що електричний струм в повітрі між дисками дуже малий. Даний досвід показує, що повітря є поганим провідником електричного струму.
Видозмінив досвід: нагріємо повітря між дисками полум’ям спиртівки. Тоді кут відхилення стрілки електрометра швидко зменшується, тобто зменшується різниця потенціалів між дисками конденсатора — конденсатор розряджається.
Отже, нагріте повітря між дисками став провідником, і в ньому встановлюється електричний струм.
Изолирующие властивості газів пояснюються тим, що в них немає вільних електричних зарядів: атоми і молекули газів в природному стані є нейтральними.
2. Іонізація газів.
Вищеописаний досвід показує, що в газах під впливом високої температури з’являються заряджені частинки. Вони виникають внаслідок відщеплення від атомів газу одного або декількох електронів, в результаті чого замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрони.
Частина утворилися електронів може бути при цьому захоплена іншими нейтральними атомами, і тоді з’являться ще негативні іони. Розпад молекул газу на електрони і позитивні іони називається іонізацією газів.
Нагрівання газу до високої температури не є єдиним способом іонізації молекул або атомів газу. Іонізація газу може відбуватися під впливом різних зовнішніх взаємодій: сильного нагріву газу, рентгенівських променів, (-, (- і (-променів, що виникають при радіоактивному розпаді, космічних променів, бомбардування молекул газу швидко рухомими електронами або іонами. Чинники, що викликають іонізацію газу називаються ионизаторами. Кількісною характеристикою процесу іонізації служить інтенсивність іонізації, яка вимірюється числом пар протилежних за знаком заряджених частинок, що виникають в одиниці об’єму газу за одиницю часу.
Реферат обережно газ
... щодня добували нафту суму 25 тис. $, та заодно щодня у повітря витікало на 75 тис. $ газу! Природний газ-это чисте та зручне паливо. Нею можна готувати, їм можна ... станом початок 1975 р. Укладання. Боротьба із втратами нафти, нафтопродуктів і природних газів є найважливішим заходом для оздоровлення природи. Очищення відходів провадження з утилізацією керованих ...
Іонізація атома вимагаєвитрати певної енергії — енергії іонізації. Для іонізації атома (або молекули) необхідно здійснити роботу проти сил взаємодії між виривали електроном і іншими частинками атома (або молекули).
Ця робота називається роботою іонізації Ai.
Величина роботи іонізації залежить від хімічної природи газу й енергетичного стану виривали електрона в атомі або молекулі.
Після припинення дії іонізатора кількість іонів в газі з часом зменшується і врешті-решт іони зникають зовсім. Зникнення іонів пояснюється тим, що іони і електрони беруть участь в тепловому русі і тому соударяются один з одним. При зіткненні позитивного іона і електрона вони можуть возз’єднатися в нейтральний атом. Точно також при зіткненні позитивного і негативного іонів негативний іон може віддати свій надлишковий електрон позитивного іону і обидва іона перетворяться на нейтральні атоми. Цей процес взаємної нейтралізації іонів називається рекомбінацією іонів. При рекомбінації позитивного іона і електрона або двох іонів звільняється певна енергія, що дорівнює енергії, витраченої на іонізацію. Частково вона випромінюється у вигляді світла, і тому рекомбінація іонів супроводжується свіченням (свічення рекомбінації).
У явищах електричного розряду в газах велику роль грає іонізація атомів електронними ударами. Цей процес полягає в тому, що рухомий електрон, що володіє достатньою кінетичної енергією, при зіткненні з нейтральним атомом вибиває з нього один або кілька атомних електронів, в результаті чого нейтральний атом перетворюється в позитивний іон, а в газі з’являються нові електрони (про це буде розглянуто пізніше).
У таблиці нижче дані значення енергії іонізації деяких атомів.
| Елемент | He | Ne | Ar | Hg | Na | K | Rb |
| Енергія іонізації, | 24,5 | 21,5 | 13, 9 | 10,4 | 5,12 | 4,32 | 4,68 |
| еВ | | | | | | | |
3. Механізм електропровідності газів.
Механізм провідності газів схожий на механізм провідності розчинів і розплавів електролітів. При відсутності зовнішнього поля заряджені частинки, як і нейтральні молекули рухаються хаотично. Якщо іони і вільні електрони виявляються в зовнішньому електричному полі, то вони приходять в спрямований рух і створюють електричний струм у газах.
Таким чином, електричний струм в газі являє собою спрямований рух позитивних іонів до катода, а негативних іонів і електронів до анода. Повний струм в газі складається з двох потоків заряджених частинок: потоку, що йде до анода, і потоку, спрямованого до катода.
На електродах відбувається нейтралізація заряджених частинок, як і при проходженні електричного струму через розчини і розплави електролітів.
Проте в газах відсутнє виділення речовин на електродах, як це має місце в розчинах електролітів. Газові іони, підійшовши до електродів, віддають їм свої заряди, перетворюються в нейтральні молекули і дифундують назад в газ.
Ще одна різниця в електропровідності іонізованних газів та розчинів
(розплавів) електролітів полягає в тому, що негативний заряд при проходженні струму через гази переноситься в основному не негативними іонами, а електронами, хоча провідність за рахунок негативних іонів також може відігравати певну роль.
Таким чином в газах поєднується електронна провідність, подібна провідності металів, з іонною провідністю, подібною провідності водних розчинів і розплавів електролітів.
Реферат застосування струму в газах у побуті
... в лічильник швидко рушійної електрона останній ионизирует молекули газу всередині лічильника, чому напруга, необхідне запалювання корони, кілька знижується. У лічильнику виникає розряд, а ланцюга з'являється слабкий короткочасний струм. ... іонів з нейтральними молекулами останні розбиваються на іони. Загальна кількість іонів ... при искровом пробое причина іонізації газу залежить від руйнуванні атомів ...
4. Несамостійний газовий розряд.
Процес проходження електричного струму через газ називається газовим розрядом. Якщо електропровідність газу створюється зовнішніми ионизаторами, то електричний струм, що виникає в ньому, називається несамостійним газовим розрядом. З припиненням дії зовнішніх іонізаторів несамостійний розряд припиняється. Несамостійний газовий розряд не супроводжується світінням газу.
Нижче зображено графік залежності сили струму від напруги при несамостійному розряді в газі. Для побудови графіка використовувалася скляна трубка з двома упаяними в скло металевими електродами.
Ланцюг зібрана як показано на малюнку нижче.
+-
При деякому певній напрузі настає такий момент, при якому всі заряджені частинки, що утворюються в газі іонізатором за секунду, досягають за цей же час електродів. Подальше збільшення напруги вже не може привести до збільшення числа переносите іонів. Струм досягає насичення (горизонтальний ділянку графіка 1).
I
0 U
5. Самостійний газовий розряд.
Електричний розряд в газі, що зберігається після припинення дії зовнішнього іонізатора, називається самостійним газовим розрядом. Для його здійснення необхідно, щоб в результаті самого розряду в газі безперервно утворювалися вільні заряди. Основним джерелом їх виникнення є ударна іонізація молекул газу.
Якщо після досягнення насичення продовжувати збільшувати різницю потенціалів між електродами, то сила струму при досить великій напрузі стане різко зростати (графік 2).
Це означає, що в газі з’являються додаткові іони, які утворюються за рахунок дії іонізатора. Сила струму може зрости в сотні і тисячі разів, а число заряджених частинок, що виникають в процесі розряду, може стати таким великим, що зовнішній іонізатор буде вже не потрібен для підтримки розряду. Тому іонізатор тепер можна прибрати.
Які ж причини різкого збільшення сили струму при великій напрузі?
Розглянемо яку або пару заряджених частинок (позитивний іон і електрон), що утворилася завдяки дії зовнішнього іонізатора.
Що з’явився таким чином вільний електрон починає рухатися до позитивного електрода — анода, а позитивний іон — до катода. На своєму шляху електрон зустрічає іони і нейтральні атоми. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергія електрона збільшується за рахунок роботи сил електричного поля.
I
0 U
Чим більше різниця потенціалів між електродами, тим більше напруженість електричного поля. Кінетична енергія електрона перед черговим зіткненням пропорційна напруженості поля і довжині вільного пробігу електрона: MV2 / 2 = eEl. Якщо кінетична енергія електрона перевершує роботу Ai, яку потрібно здійснити, щоб іонізувати нейтральний атом (або молекулу), тобто MV2> Ai, то при зіткненні електрона з атомом (або молекулою) відбувається його іонізація. В результаті замість одного електрона виникають два (налетающий на атом і вирваний з атома).
Вони, в свою чергу, отримують енергію в поле і ионизуют зустрічні атоми і т.д .. Внаслідок цього число заряджених частинок швидко наростає, виникає електронна лавина. Описаний процес називають іонізацією електронним ударом.
Електричний струм у вакуумі
... струм. Потік електронів у вакуумі є різновидом електричного струму. Такий електричний струм у вакуумі можна отримати, якщо в судину, звідки ретельно відкачується повітря, помістити нагрівається катод, ... після відкриття електрона. Ось в чому її суть. В розжареній металевій нитці швидкість руху ... При звичайних температурах мізерне число електронів може володіти кінетичною енергією, порівнянною з роботою ...
Але одна іонізація електронним ударом не може забезпечити підтримання самостійного заряду. Дійсно, адже всі виникаючі таким чином електрони рухаються у напрямку до анода і по досягненні анода «вибувають з гри» . Для підтримки розряду необхідна емісія електронів з катода
(«емісія» означає «випускання»).
Емісія електрона може бути обумовлена ??декількома причинами.
Позитивні іони, що утворилися при зіткненні електронів з нейтральними атомами, при своєму русі до катода набувають під дією поля велику кінетичну енергію. При ударах таких швидких іонів про катод з поверхні катода вибиваються електрони.
Крім того, катод може випускати електрони при нагріванні до великої температури. Цей процес називається термоелектронної емісією. Його можна розглядати як випаровування електронів з металу. У багатьох твердих речовинах термоелектронна емісія відбувається при температурах, при яких випаровування самої речовини ще мало. Такі речовини і використовуються для виготовлення катодів.
При самостійному розряді нагрів катода може відбуватися за рахунок бомбардування його позитивними іонами. Якщо енергія іонів не надто велика, то вибивання електронів з катода не відбувається і електрони испускаются внаслідок термоелектронної емісії.
6. Різні типи самостійного розряду та їх технічне застосування.
В
