Самостійна і несамостійна провідність газів.
Изолирующие властивості газів пояснюються тим, що атоми і молекули газів у природному стані є нейтральними незаряженными частинками. Отже, що з здобуття права зробити газ проводять, потрібно тим чи іншим способом доповнити нього або домовленість створювати ньому вільні носії заряду – заряджені частки. У цьому можливі два випадку: або ці заряджені частки створюються дією якогось чинника чи інакше запроваджуються в газ ззовні – несамостійна провідність, або створюють у газі дією самого електричного поля, існуючого між електродами – самостійна провідність.
У наведеному малюнку гальванометр у подальшому ланцюгу показує відсутність струму попри прикладене напруга. Це свідчить про відсутності провідності газів у умовах.
іонізацією
Якщо спрямувати у газовий проміжок струмінь повітря від маленькій воздуходувки, і шляху струменя, поза проміжку, помістити ионизующее полум’я, то гальванометр покаже певний струм.
рекомбінації
Нагрівання газу до високої температури перестав бути єдині способом іонізації молекул чи атомів газу. Нейтральні атоми чи молекули газу можуть ионизироваться ще й під впливом інших чинників.
Ионная провідність має радий особливостей. Так, нерідко позитивні й негативні іони є непоодинокі іонізовані молекули, а групи молекул, прилиплих до негативному чи позитивному електрону. Завдяки цьому, хоча заряд кожного іона дорівнює одному-двом, рідко більшій кількості елементарних зарядів, маси їх можуть істотно відрізнятиметься від мас окремих атомів і молекул. Этом газові іони істотно відрізняються від іонів електролітів, які мають завжди певні групи атомів. Через це відмінності при іонної провідності газів немає місце закони Фарадея, такі характерні для провідності електролітів.
Друге, також дуже важливе, відмінність іонної провідності газів від іонної провідності електролітів у тому, що з газів порушується закон Ома: вольтамперная характеристика має як складний характер. Вольтамперная характеристика провідників (зокрема і електролітів) має вигляд похилій прямий (пропорційність I і U), для газів вона не має різноманітну форму.
Зокрема, у разі несамостійною провідності, при невеликих значеннях U графік має вигляд прямий, тобто. закон Ома наближено зберігає силу; зі зростанням U крива загинається з деякого напруження і перетворюється на горизонтальну пряму.
струмом насичення
Неважко зрозуміти сенс отриманих результатів. Спочатку зі зростанням напруги збільшується кількість іонів, що пропливали перетин розряду, тобто. збільшується струм I, бо іони на більш сильному полі з більшої швидкістю. Проте, хіба що швидко не рухалися іони, їх збереглося, що відбувається цю перетин за одиницю часу, може бути більше, ніж загальна кількість іонів, створюваних в розряді в розряді в одиниці часу зовнішніми іонізуючим чинником.
Досліди показують, проте, що й після досягнення струму насичення в газі продовжувати значно підвищувати напруга, то хід вольтамперной характеристики раптово порушується. При досить великому напрузі струм різко зростає.
Стрибок струму показує, що кількість іонів відразу різко зросла. Причиною цього є саме електричне полі: воно повідомляє деяким ионам такі великі швидкості, тобто. настільки велику енергію, що з зіткненні таких іонів з нейтральними молекулами останні розбиваються на іони. Загальна кількість іонів визначається тепер іонізуючим чинником, а дією самого поля, що може саме підтримувати необхідну іонізацію: провідність з несамостійною стає самостійної. Описане явище раптового виникнення самостійної провідності, має характер пробою газового проміжку, — не єдина, хоча й важлива, форма виникнення самостійної провідності.
Искровой розряд.
іскрового розряду
Знаючи, як залежить напруга пробою від відстані між електродами будь-якої певної форми, можна виміряти невідоме напруга по максимальної довжині іскри. У цьому грунтується пристрій іскрового вольтметра для грубої великих напруг.
Він з двох металевих куль, закріплених на стійках 1 і 2, 2-га стійка з кулею може наближатися чи віддалятися з першої з допомогою гвинта. Кулі приєднують до джерела струму, напруга якого вимагають виміряти, і зближують їх до появи іскри. Вимірюючи відстань з допомогою шкали на підставці, можна надати грубу оцінку напрузі за довжиною іскри (приклад: при діаметрі кулі 5 див і відстані 0,5 див напруга пробою одно 17,5 кВ, а при відстані 5 див – 100 кВ).
Виникнення пробою пояснюється ось чим чином: в газі є певна кількість іонів і електронів, виникаючих випадкових причин. Проте, їх збереглося настільки малий, що він практично не проводить електрики. При досить великий напруженості поля кінетична енергія, нагромаджена іоном у проміжку між двома соударениями, може зробитися достатньої, щоб іонізуйте нейтральну молекулу при зіткненні. У результаті виходить новий негативний електрон і позитивно заряджений залишок – іон.
Вільний електрон 1 при зіткненні з нейтральній молекулою розщеплює в електрон 2 і вільний позитивний іон. Электроны 1 і 2 при подальшому зіткненні з нейтральними молекулами знову розщеплює їх у електрони 3 і 4 і вільні позитивні іони, тощо.
ударної іонізацією
іонній лавиною
Освіта іонної лавини це і є процес іскрового пробою, бо мінімальне напруга, за якого створюється іонна лавина, є напруга пробою.
Отже, при искровом пробое причина іонізації газу залежить від руйнуванні атомів і молекул при соударениях з іонами (ударна іонізація).
Блискавка.
Вже у середині 18-го століття зауважили зовнішню схожість блискавки з допомогою електричної іскрою. Высказалось припущення, що грозові хмари несуть у собі великі електричні заряди І що блискавка є гігантська іскра, нічим, крім розмірів, яка відрізняється від іскри між кулями електричної машини. А ще вказував, наприклад, російський фізик і хімік Михайло Ломоносов (1711-65), поряд з іншими науковими питаннями займався атмосферним електрикою.
Це було доведено на досвіді 1752-53 рр. Ломоносовим і американським ученим Бенджамином Франкліном (1706-90), які працювали це й незалежно друг від друга.
Ломоносов побудував «гучну машину» — конденсатор, котрий у його лабораторії і заряжавшийся атмосферним електрикою у вигляді дроти, кінець якого було виведено з приміщення і піднято вищому тичині. Під час грози з конденсатора можна було рукою видобувати іскри.
Франклін під час грози пустив на мотузку змія, який був оснастили залізним вістрям; до кінця мотузка був прив’язаний дверної ключ. Коли мотузка намокнула і стала провідником електричного струму, Франклін мав з ключа електричні іскри, зарядити лейденські банки і проробити інші досліди, вироблені з допомогою електричної машиною (Слід зазначити, такі досліди надзвичайно небезпечні, оскільки блискавка може вдарити обличчям у змій, і навіть великі заряди пройдуть через тіло експериментатора в Землю. У історії фізики чи були такі сумні випадки. Так загинув 1753 р. у Петербурзі Г.В. Рихман, працював разом із Ломоносовим).
Отже, засвідчили, що грозові хмари справді сильно заряджені електрикою.
Різні частини грозового хмари несуть заряди різних знаків. Найчастіше нижня частина хмари (відбита до Землі) буває заряджено негативно, а верхня – позитивно. Тому, якщо два хмари зближуються разноименно зарядженими частинами, то з-поміж них проскакує блискавка. Проте грозової розряд може й інакше. Проходячи над Землею, грозове хмару створює їхньому поверхні великі індуковані заряди, і тому хмару і поверхні Землі утворюють дві обкладки великого конденсатора. Різниця потенціалів між хмарою і Землею сягає величезних значень, вимірюваних сотнями мільйонів воль, і повітрі виникає сильне електричне полі. Якщо напруженість цього поля це досить великий, вона може статися пробою, тобто. блискавка, ударяющая в Землю. У цьому блискавка іноді вражає покупців, безліч викликає пожежі.
Відповідно до численним дослідженням, виробленим над блискавкою, іскрової заряд характеризується такими зразковими числами: напруга (U) між хмарою і Землею 0,1 ГВ (гигавольт);
- сила струму (I) в блискавки 0,1 МА (мегаампер);
- тривалість блискавки (t) 1 мкс (мікросекунда);
- діаметр світного каналу 10-20 див.
Грім, що виникає після блискавки, має походження, як і тріск при проскакивании лабораторної іскри. Саме, повітря всередині каналу блискавки сильно розігрівається і розширюється, чому й виникають звукові хвилі. Ці хвилі, позначаючись від хмар, гір, тощо., часто створюють тривале відлуння – гучні розкоти.
Коронний розряд.
Натянем двома високих ізолюючих підставках металеву дріт ab, має діаметр кілька десятих міліметра, і з’єднаємо її з негативним полюсом генератора, що дає напруга кілька тисяч вольт. Другий полюс генератора відведемо до Землі. Вийде своєрідний конденсатор, обкладками якого є дріт і стіни кімнати, які, звісно, повідомляються із Землею.
Поле у тому конденсаторі дуже неоднорідне, і напруженість його поблизу тонкої дроту дуже великий. Підвищуючи поступово напруга й спостерігаючи за дротом у темряві, можна побачити, що з відомому напрузі біля дроту з’являється слабке світіння (корона), що охоплює зусебіч дріт; воно супроводжується шиплячим звуком та легкою потріскуванням. Якщо між дротом і джерелом включений чутливий гальванометр, те з появою світіння гальванометр показує помітний струм, що йде від генератора дротами до дроті і її повітрям кімнати до стін, між дротом і стінами переноситься іонами, освіченими у кімнаті завдяки ударної іонізації. Отже, світіння повітря й поява струму свідчить про сильну іонізацію повітря під впливом електричного поля. Коронний розряд може виникнути як поблизу дроту, а й в шпичаки і взагалі поблизу будь-яких електродів, біля яких утворюється дуже сильний неоднорідне полі.
Застосування коронного розряду.
Лічильники елементарних частинок
Влучаючи 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. Щоб виявити його,
