Носителями электрического тока в газах являются электроны, а так же положительные и отрицательные ионы.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

Однако, после прекращения действия ионизатора свободные электроны, встречаясь с положительными ионами, присоединяются к ним, и вновь образуется электрически нейтральная молекула. Данный процесс называется рекомбинацией.

Электрический ток в газах называют газовым (электрическим) разрядом.

6 [3209]" strokeweight="2pt">

Газовый разряд

Самостоятельный

Несамостоятельный

Несамостоятельным называют газовый разряд, который происходит только при наличии внешнего ионизатора (огня, космического, радиоактивного излучений и т.д.)

Опыт: возьмём газоразрядную стеклянную трубку с двумя электродами и облучим её ультрафиолетовым светом. В трубке образуется некоторое количество положительных ионов и электронов (причём, количество положительных и отрицательных зарядов будет одинаковым). Подав напряжение на электроды мы создадим электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начнут двигаться _________________________

______________________________________________________________

В результате чего в трубке возникнет электрический ток, т.е. будет происходить несамостоятельный газовый разряд. Чтобы доказать, что разряд несамостоятельный выключим действие ионизатора.

Если мы будем увеличивать разность потенциалов на электродах газоразрядной трубки, то скорость свободных электронов, движущихся от катода к аноду, будет увеличиваться, следовательно, будет увеличиваться кинетическая энергия электронов. Кинетическая энергия любого электрона может стать настолько большой, что при столкновении с нейтральным атомом или молекулой он может выбить из них электрон, то есть ионизировать атом. В результате этого процесса (ионизация электронным ударом) образуется положительный ион и ещё один свободный электрон, который в свою очередь тоже приобретает достаточно большую кинетическую энергию и ионизируют встречные атомы и т.д. вследствие этого число заряженных частиц резко возрастает, возникает электронная лавина. Однако, электроны, достигшие анода, поглощаются им. Для поддержания газового разряда необходимо появление новых свободных электронов. Одним из источников электронов может быть поверхность катода. Полученные в результате ударной ионизации положительные ионы движутся к катоду и выбивают из него новые электроны (происходит эмиссия электронов с поверхности катода). Если убрать действие ионизатора газовый разряд не прекратится, поэтому он получил название самостоятельного разряда.

Самостоятельным называют газовый разряд_________________________

______________________________________________________________.

В зависимости от вида газа, его давления и температуры, а также от характера и расположения электронов и значения напряжения между электродами, находящимися в газе, могут возникать различные виды самостоятельных разрядов.

Искровой разряд возникает при высоком напряжении (несколько киловольт) при давлении равном атмосферному. При этом возникает «канал» сильно ионизированного газа, по которому и распространяется ток. При этом газ в канале сильно нагревается, резко возрастает его давление, и, расширяясь, газ создает звуковые волны, вызывающие треск (если искра малых размеров) или гром (если искра в виде молнии). Искровой разряд происходит при сверкании молнии. Он сопровождается ярким свечением и громким звуком, возникающим вследствие расширения сильно разогретого воздуха в канале молнии, а также излучением электромагнитных волн различных частот (радиоволны, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения).

Искровой разряд применяется для искровой обработки металлов, зажигания горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания, в бытовых «зажигалках».

Коронный разряд возникает, если давление газа близко к атмосферному, и при наличииочень неоднородного электрического поля. Например, вблизи проводов линий высокого напряжения, заострённых частей проводников, подключенных к высоковольтным источникам тока, а также находящихся во влажном атмосферном воздухе во время грозы. На фотографии показан коронный разряд вокруг листа растения, находящегося в высокочастотном электромагнитном поле.

Коронный разряд сопровождается слабым свечением и небольшим шумом. Такое свечение иногда появляется на концах корабельных мачт, и известно как «огни святого Эльма». Особенно нежелательно возникновение этого разряда вокруг проводов высоковольтных линий электропередач, так как он приводит к потерям электрической энергии.

Коронный разряд применяется в электрофильтрах для очистки газов. Трубка, заполненная дымом, внезапно делается совершенно прозрачной, если в неё внести острые металлические электроды, соединенные с высоковольтным источником тока. Если через трубку продувать струю дыма или пыли, выходящая струя воздуха станет совершенно чистой, а все мелкие частицы, содержащиеся в газе, будут осаждаться на электродах.

Дуговой разряд возникает, если металлические или угольные электроды, которые присоединены к полюсам источника постоянного напряжения, сначала соединить, а потом развести на небольшое расстояние. При достаточно большой напряженности поля между электродами появляется светящаяся дуга раскалённого и поэтому высоко ионизированногогаза. Дуговой разряд сопровождается сильным нагреванием газа (до нескольких тысяч градусов), поэтому концы электродов и сама дуга испускают ослепительный свет. КПД превращения электроэнергии в свет намного выше, чем у наилучших ламп накаливания. Поэтому там, где требуются очень мощные и яркие источники света, например в прожекторах, дуговой разряд применяется очень часто.

Дуговой разряд применяется для сварки металлических деталей, для выплавки сталей и сплавов. При этом лицо сварщика или рабочего сталелитейного производства должно быть закрыто толстым тёмным стеклом, чтобы ультрафиолетовое излучение, испускаемое дугой, не повредило глаза и кожу. В мировой промышленности около 90% инструментальной стали выплавляется именно в дуговых электропечах.

Тлеющий разряд возникает, если давление газа низкое (от сотых долей до нескольких мм.рт.ст.) и напряжение на электродах порядка нескольких сотен вольт. Он представляет собой слабое свечение газа, заметное только в тёмном помещении или в тёмное время суток. Тлеющий разряд применяется в светящихся трубках рекламы, заполненных неоном, аргоном, в лампах дневного света. Важнейшее современное применение тлеющий разряд получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света – газовых лазерах.

Домашнее задание:

1. Изобрази образование электронной лавины в процессе ионизации газов электронным ударом.

2. Используя материал учебника Окружающего мира для 6-го класса, нарисуй и объясни образование искрового газового разряда (молнии).

3. Сформулируй правила, которые помогут защититься от молнии. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

4. Подготовь информацию о использовании самостоятельных газовых разрядов в науке и технике.

17. Электрический ток в вакууме.

Важнейшими приборами в электронике первой половины ХХ в. были электронные лампы, в которых использовался электрический ток в вакууме. Однако им на смену пришли полупроводниковые приборы. Но и сегодня ток в вакууме используется в электронно-лучевых трубках, при вакуумном плавлении и сварке, в том числе в космосе, и во многих других установках. Это и определяет важность изучения электрического тока в вакууме.

Вакуум (от лат. vacuum пустота) состояние газа при давлении, меньшем атмосферного. Это понятие применяется к газу в замкнутом сосуде или в сосуде, из которого откачивают газ, а часто и к газу в свободном пространстве, например к космосу. Вакуум это такое состояние, при котором молекула или атом газа пролетает от одной стенки сосуда к другой, не сталкиваясь с другими молекулами или атомами.

Ты знаешь, что для существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей заряда. Откуда они берутся в вакууме? Если рассматривать космос, то заряды образуются в результате термоядерных реакций, происходящих в недрах звёзд. Что же происходит в сосуде, из которого откачан воздух? Для ответа на этот вопрос рассмотрим опыт, проведенный американским физиком Томасом Эдисоном в 1883 году, пытаясь продлить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания, учёный ввел в баллон лампы, из которой откачан воздух, металлический электрод.К выводу электрода и одному из выводов раскаленной электрическим током нити он подсоединил батарею и гальванометр.Стрелка гальванометра отклонялась всякий раз, когда к электроду подсоединялся плюс батареи, а к нити минус. Если полярность менялась, то ток в цепи прекращался.

Эдисон обнародовал этот эффект и получил патент на открытие, но объяснить наблюдаемое явление учёный не смог.

Дальнейшее развитие науки, позволили объяснить результаты опыта: в раскаленной металлической нити скорость движения и кинетическая энергия электронов повышаются настолько, что они отрываются от поверхности нити и свободным потоком устремляются в окружающее ее пространство, образуя вокруг нити своеобразное электронное облако. Вырывающиеся из нити электроны можно уподобить ракетам, преодолевшим силу земного притяжения. Такое явление называется термоэлектронной эмиссией.Вместе с тем, большая частьвылетевших из металла электронов будет возвращаться обратно (за счёт действия Кулоновских сил). Однако, если к электродуприсоединен плюс батареи, то электрическое поле внутри баллона между нитью накаливания и электродом заставит электроны двигаться к нему. То есть внутри лампы потечет электрический ток.

Поток электронов в вакууме является разновидностью электрического тока. Такой электрический ток в вакууме можно получить, если в сосуд, откуда тщательно откачивается воздух, поместить нагреваемый катод, являющийся источником испаряющихся электронов, и анод. Между катодом и анодом создается электрическое поле, сообщающее электронам скорости в определенном направлении. Такой прибор получил название вакуумного диода.

Внешний вид и обозначение вакуумного диода на электрической схеме (б)

Диоды используются для выпрямления переменных токов. Если диод используется для преобразования токов промышленного значения, то он называется кенотроном.

Электроны, испускаемые нагретым катодом, можно с помощью электрических полей разгонять до высоких скоростей. Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренных электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Количеством электроном в пучке можно управлять, если между катодом и анодом поместить дополнительный электрод и изменять его потенциал. Пучки электронов, движущихся с большими скоростями, можно использовать для получения рентгеновских лучей, плавления и сварки металлов в вакууме, обеспечивая их сверхвысокую чистоту.Некоторые вещества под действием электронных пучков светятся, что используется в телевидении, радиолокации, осциллографах и т.п.

Способность электронных пучков испытывать отклонения под действием электрических и магнитных полей и вызывать свечение кристаллов используется в электронно-лучевых трубках.

Электронно-лучевая трубка прибор с одним или несколькими управляемыми электронными пучками. Ещё несколько лет назад этот прибор был основным элементом телевизора, компьютерного монитора, осциллографа.Несмотря на интенсивное развитие электроники и замену телевизоров и мониторов, в основе которых лежат электронно-лучевые трубки, жидкокристаллическими дисплеями и сегодня осциллографы широко применяются в науке и технике.

Электронно-лучевая трубка состоит из вакуумной колбы, имеющей расширение, в узком конце трубки помещён источник быстрых электронов - электронная пушка, состоящая из катода, управляющего электрода, двух (или нескольких) анодов и двух взаимно перпендикулярных пар управляющих пластин. Принцип работы следующий: вылетевшие вследствие термоэлектронной эмиссии из пушки электроны разгоняются благодаря положительному потенциалу на анодах. Затем, подавая желаемое напряжение на пары управляющих пластин, мы можем отклонять электронный пучок, в горизонтальном и вертикальном направлениях. После чего направленный пучок падает на люминофорный экран, что позволяет нам видеть на нем изображение траектории пучка.

В электронно-лучевой трубке, которая используется в осциллографах управление электрическим пучком происходит благодаря магнитному полю. Для этого на горловину трубки одевают катушки, которые и создают магнитное поле.

Примеры решения задач:

В телевизионном кинескопе ускоряющее анодное напряжение равно 16 кВ, а расстояние от анода до экрана составляет 30 см. За какое время электроны проходят это расстояние?

U = 16000 Вt = t = = 0, 4·10^-8 с

l= 30см = 0, 3 мA = E_к (работа эл.поля

равна кинетической

энергии электрона)

A = eU

t -? E_к =

eU =

v =

t =

Задачи для самостоятельного решения:

1. В диоде электроны ускоряются до энергии 1, 6 ·10^-17 Дж. Какова их минимальная скорость у анода лампы?

41.

42.

2. В диоде электрон подходит к аноду со скоростью 8 Мм\с. Найти анодное напряжение.

43.

44.

3. При какой наименьшей скорости электрон может вылететь из серебра, если он должен при этом совершить работу 6, 9·10^-19 Дж?

45.

46.

Домашнее задание:

1. Почему в современной электронике полупроводниковые приборы пришли на смену вакуумным лампам? ___________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

2. Для чего в электронных лампах создают вакуум? ________________

_______________________________________________________________________________________________________________________.

3. Для катодов в электронных лампах чаще всего используют катоды, сделанные из оксидов металлов. Как ты думаешь почему? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

4. Запиши свойства электронных пучков. __________________________

______________________________________________________________________________________________________________________.

5. Какую разность потенциалов нужно приложить к аноду электронно-лучевой трубки, чтобы скорость электронов достигла 30000 м\с.

47.

48.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67