Зависимость тока в газах от напряжения
Выясним, в какой зависимости находится сила тока в газах от напряжения при постоянной мощности ионизатора. Если напряжение на электродах равно 0, при работающем ионизаторе сила тока равна 0.
По мере увеличения напряжения скорость направленного движения двух встречных потоков зарядов противоположного знака будет увеличиваться, время их взаимодействия будет уменьшаться, будет уменьшаться и вероятность их рекомбинации, а кол-во зарядов, доходящих до соответствующих электродов будет увеличиваться, будет увеличиваться и сила тока (отрезок ОА)
При определенных напряжениях вероятность рекомбинации зарядов приближается к 0, при этом сила тока в газе достигает максимальной величины, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока меняться не будет. Такой ток в газах называется током НАСЫЩЕНИЯ (отрезок АВ). Если при таких напряжениях убрать ионизатор, то ток в газах становится = 0, такой разряд в газах называется НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫМ. Если продолжать увеличивать напряжение, то будет увеличиваться совершаемая работа электрическим полем при перемещении заряда на длине свободного пробега. За счет этой работы будет увеличиваться кинетическая энергия электронов и при определенном значении ее электроны сталкиваясь с нейтральными атомами, могут вызвать ионизацию, в результате которой появляются дополнительные электроны и положительные ионы. Электроны второго поколения могут вызвать ионизацию. Процесс ионизации протекает лавинообразно, в результате концентрация зарядов резко возрастает, резко увеличивается и сила тока (отрезок ВС). Если сейчас убрать ионизатор, то ток будет продолжать идти. Такой разряд называется САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ, который в данном случае является ИСКРОВЫМ. Поддерживается самостоятельный разряд положительными ионами газа, которые, сталкиваясь с катодом, выбивают из него электроны, которые являются родоначальниками нового искрового заряда.
Различные виды разрядов в газах при атмосферном давлении.
Электрический ток в газах называется РАЗРЯДОМ. Проходит ток в газах по- разному: отсюда существуют разные виды разрядов: 1- искровой, 2 – дуговой, 3 – коронный, 4 – кистевой.
Искровой. Можно получить при холодных электродах, но высоком напряжении. Возникает искровой разряд при ионизации атомов, молекул воздуха, заряженными частицами. Сопровождается этот разряд свечением и характерным потрескиванием.
Дуговой. Такой разряд можно получить при сравнительно низком напряжении, но очень высокой температуре электродов. Дуговой разряд сопровождается ярким свечением и используется как мощный источник света, поэтому его используют при сварке, плавке металлов.
Коронный. Такой разряд можно получить вблизи проводов высокого напряжения. Ионизация воздуха происходит за счет сильного электрического поля, сопровождается голубоватым свечением и характерным шипением. Корона на проводах линий электропередач – явление вредное, т.к. происходит потеря электроэнергии.
Кистевой. Можно получить при высоком напряжении между двумя электродами. Один из которых – плоский, а другой – заостренный. Представляет собой кистевой разряд несколько искровых, происходящих одновременно.
Ток в газах при пониженном давлении.
Если на электроды трубки подать напряжение и при этом давление в трубке равно атмосферному, то тока в цепи не будет. Если с помощью насоса откачивать воздух из трубки, то плотность будет уменьшаться, среднее расстояние между атомами и молекулами будет увеличиваться, будет увеличиваться и длина свободного пробега электронов. Т.к. электрическое поле совершает работу над электроном на длине свободного пробега, то эта работа будет увеличиваться, т.о. увеличивается и кинетическая энергия электронов. При определенном значении кинетической энергии электроны, сталкиваясь с нейтральными атомами, могут вызвать их ионизацию, в результате которой появляются дополнительные заряды, которые в свою очередь вызывают дальнейшую ионизацию, в результате концентрация зарядов в трубке возрастает, сопротивление току уменьшается и по цепи идет ток. Прохождение тока в газах сопровождается свечением, поэтому воздух в трубке будет светиться. Цвет свечения зависит от рода газа внутри трубки. Это используют в газосветных (рекламных) трубках. Аналогичное явление происходит и в лампах дневного света.
5. Излучение и поглощение энергии атомами.
Объясним, почему газ при прохождении через него тока светится и почему разные газы дают разный цвет свечения. Для этого воспользуемся постулатами датского ученого Нильса Бора.
Постулат: электроны в атомах могут вращаться по оболочкам строго определенного радиуса, при этом обладая строго определенным значением энергии.
Постулат: электрон, вращающийся по любой из разрешенных оболочек, энергии не поглощает и не излучает.
Постулат: электроны могут переходить с одной разрешенной оболочки на другую, при этом атом либо излучает квант энергии, либо поглощает, численно равный разности энергий электрона на этих оболочках. Если электрон переходит на оболочку большего радиуса, то атом поглощает квант энергии.