Система тел, на которую не действуют внешние силы, называется изолированной или замкнутой.

В замкнутой системе импульс тела сохраняется.

Реальные системы всегда являются незамкнутыми. Это физическая абстракция. Сумма внешних ил редко обращается в нуль, но все равно во многих случаях закон сохранения импульса можно применять.

 

Реактивное движение.

Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с некоторой скоростью относительно тела.

Пример: истечение продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата.

Простейший пример: надуть шарик и отпустить: под действием струи воздуха он будет двигаться до тех пор пока весь воздух не выйдет наружу.

При этом и появляется так называемая реактивная сила.

Особенность реактивного движения: возникает без всякого взаимодействия с внешними телами.

Происходит взаимодействие лишь между ракетой и вытекающей из нее струей вещества.

При истечении продуктов сгорания топлива, они за счет давления в камере сгорания приобретают некоторую скорость и, следовательно, некоторый импульс. По закону сохранения импульса ракета приобретает такой же по модулю импульс, но направленный в противоположную сторону.

Когда запускают ракету, то при полете масса ракеты с течением времени убывает и поэтому она в полете является телом переменной массы.

Для расчета ее движения применяют закон сохранения импульса, с помощью которого получается уравнение Мещерского для реактивного движения:

Уравнение Мещерского:

1. В случае, когда ракета движется в космосе, то есть внешние силы не действуют: M = - µu

2. В случае, когда на ракету действуют внешние силы: M = - µu + F

В данном уравнении: M – масса ракеты; v – скорость ракеты; t - время; u – скорость вытекающих из ракеты газов; F – сумма внешних сил, действующих на ракету.

Принцип реактивного движения: Вытекающие из реактивного двигателя газы получают импульс. Такой же по модулю импульс получает ракета.

 

Закон сохранения энергии

Энергия тесно связана с работой, поэтому ее изучение начинается с работы.

Работа:

Бытовое представление о работе:

Если человек и любой двигатель действуют с определенной силой на движущееся тело, то говорят, что они совершают работу. Бытовое представление о работе только до некоторой степени согласуется с понятием о работе как о физической величине. Например, работа грузчика по подъему грузов является тем большей, чем больше вес того груза, который он поднимает и, чем больше высота, на которую он этот груз поднимает. С бытовой точки зрения люди называют физической работой всякую деятельность человека, при которой он совершает некоторые мускульные усилия. С точки зрения механики такая деятельность может и не сопровождаться работой. В древнегреческом мифе об Атланте, который якобы держит на своих плечах небесный свод, люди имели в виду огромные усилия, которые для этого требуются, и расценивали эти усилия, как колоссальную работу. С точки зрения науки механики здесь никакой работы не совершается, и мышцы атланта можно заменить просто какой-нибудь колонной или подставкой.

Это бытовое представление о работе легло в основу одного из важных понятий механики – понятия работы силы.

Работа в природе совершается всегда, когда на любое движущееся тело действует сила (или силы) со стороны другого тела (или тел). Таким образом, любая сила совершает работу. Например, сила тяжести совершает работу при падении капель дождя или падении камня. Одновременно с ней совершает работу и сила трения, которая действует на капли дождя и камень со стороны воздуха.

При некоторых условиях работа может и не совершаться при действии на тело отдельной силы.

Второй закон Ньютона: Δ p = FΔ t позволяет определить, каким скорость тела изменяется по модулю и направлению, если на тело в течение времени Δ t действует сила F.

Во многих случаях необходимо уметь вычислять изменение скорости по модулю, если при перемещении тела на него действует сила.

Действия сил на тело, приводящее к изменению модуля их скоростей, характеризуется величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений тел, на которые эти силы действуют. Эту величину называют работой.

 

Механической работой называют физическую величину, равную произведению модуля силы на модуль перемещения тела и на косинус угла между ними. Обозначается работа буквой А.

A = F_r·Δ r·cosα, где F_r – проекция (модуль) силы на направление перемещения, Δ r - перемещение тела.

A = F· Δ r = F_r· Δ r ·cosα – работа представляет собой скалярное произведение векторов силы и перемещения.

Таким образом, работа есть скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения.

Сама работа является скалярной величиной!!!

Единицей работы является 1 Дж

Работа может быть положительной, отрицательной или равной нулю:

α < 90º	cosα > 0	А – положительная
α > 90º	cosα < 0	А – отрицательная
α = 90º	cosα = 0 (сила направлена перпендикулярно перемещению)	А = 0

В природе все силы делятся на два виды – консервативные и диссипативные. Консервативными называются силы, работа которых не зависит от формы траектории (то есть зависит от начальной и конечной точек приложения сил) (например, является сила тяжести). Если в системе действуют только консервативные силы, то механическая энергия системы сохраняется. Диссипативными называются силы, при действии которых на механическую систему ее полная энергия убывает, переходя в другие, немеханические формы энергии, например, в теплоту. Диссипативные силы совершают отрицательную работу, которая приводит к уменьшению энергии системы. Например, сила трения является диссипативной силой и совершает отрицательную работу, так как под воздействием силы трения движение тела постепенно прекращается.

 

Работа нескольких сил:

Если на тело действует несколько сил, то проекция результирующей силы на перемещение равна сумме проекций отдельных сил:

F_r = F_1r + F_2r + …

Поэтому для работы результирующей силы: A = F_r·Δ r = F_1r · Δ r + F_2r · Δ r + …

Таким образом, если на тело действует несколько сил, то полная работа (работа всех сил) равна работе результирующей силы.

Работа переменной силы на произвольном участке пути:

В данном случае для вычисления работы весь путь разбивается на очень маленькие участки, на каждом из которых действующая сила считается постоянной. Затем находится элементарная работа на каждом из таких участков, производится суммирование и полная работа на всем пути равна: A = F_r · Δ r₁ + F_r · Δ r₂ + …

 

Энергия

Если система тел может совершить работу, то говорят, что она обладает энергией. Для совершения работы необходимо, чтобы на тело действовала та или иная сила.

Совершая работу, тело переходит из одного состояния в другое, в котором их энергия минимальна: груз опускается, пружина распрямляется. Вообще говоря, в природе все устроено так, что любая система стремится перейти в такое состояние, в котором его энергия минимальна. Например, если поместить каплю воды в невесомость, то она примет форму шара, потому что в такой форме она обладает минимальной энергией. При совершении работы энергия постепенно расходуется. Для того чтобы система опять приобрела способность совершать работу, необходимо изменить ее состояние: увеличить скорости тел, поднять тело вверх или деформировать.

Энергия в механике – это физическая величина, определяемая состоянием системы – положением тел и их скоростей.

Изменение энергии при переходе из одного состояния в другое равно работе внешних сил.

Энергия в природе – два вида
Кинетическая – это энергия движения, ей обладает только движущееся тело. Ek =	Потенциальная– это энергия взаимодействия. Например, ей обладает любое тело, поднятое над поверхностью земли на некоторую высоту. Ep = m·g·h

Теорема об изменении кинетической энергии:

Изменение кинетической энергии тела за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной за это время силой, действующей на тело: A = Δ E_k2 – Δ E_k1 = Δ E_k (работа равна приращению кинетической энергии)

Если работа положительна, то кинетическая энергия тела увеличивается.

Если работа отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается.

Работа равна убыли потенциальной энергии: A = - (Δ E_p2 – Δ E_p1) = - Δ E_p

Работа силы тяжести: A = - m·g·(h₂-h₁) - работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии.

Когда сила тяжести совершает отрицательную работу, то потенциальная энергия увеличивается.

Когда сила тяжести совершает положительную работу, то потенциальная энергия уменьшается.

Работа определяет лишь изменение потенциальной энергии, поэтому лишь изменение энергии имеет физический смысл. Поэтому можно произвольно выбрать состояние системы, в котором ее потенциальная энергия считается равной нулю. Этому состоянию соответствует нулевой уровень потенциальной энергии. Обычно в качестве состояния с нулевой потенциальной энергией выбирают состояние системы с минимальной энергией. Тогда потенциальная энергия системы всегда положительна.

Ответить на вопрос: Что происходит с потенциальной энергией тела, которое 1) бросают вверх, 2) падает вниз?

Работа силы упругости: A = , где κ – коэффициент упругости, Δ l – удлинение тела.

Например, работа силы упругости зависит только от деформации пружины, определяемой начальной и конечной длиной пружины: A = - (Δ E_p2 – Δ E_p1) - .

 

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Законы сохранения справедливы только для замкнутой системы тел.

Потенциальная энергия зависит только от расстояния между телами. Кинетическая энергия зависит только от скорости тела. Кинетическая энергия всегда положительна. Потенциальная энергия может быть как положительной, так и отрицательной.

И потенциальная и кинетическая энергии точно определены, если известны координаты и скорости всех тел системы.

В замкнутой системе тел положительная работа внутренних сил всегда приводит к увеличению кинетической энергии, но обязательно уменьшает энергию потенциальную:

Δ Ep = - A

Δ Ek = A

И потенциальная и кинетическая энергии точно определены, если известны координаты и скорости всех тел системы. Благодаря этому выполняется закон сохранения энергии: Δ E_k = - Δ E_p.

E = Δ E_k + Δ E_p - полная механическая энергия системы.

В замкнутой системе механическая энергия сохраняется: E = Δ E_k + Δ E_p = const.

Например:

+ m·g·h = const или + m·g·h₁ = + m·g·h₂ – это уравнение позволяет находить скорость камня v₂ на любой высоте h₂ над Землей, если известна начальная скорость v₁ камня на исходной высоте h₁.

Закон сохранения энергии обобщается для любого количества тел.

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ

В обычном состоянии газы являются изоляторами, то есть не проводят электрический ток.

1 – газовый промежуток, 2 – аккумуляторная батарея, 3 – гальванометр.

В этом достаточно легко убедиться, посмотрев, что при выключении рубильника или повороте выключателя между участками электрической цепи образуется воздушный промежуток и при этом ток перестает течь по цепи. Изолирующие свойства газа объясняются тем, что атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными, незаряженными частицами. Поэтому в обычных условиях в газе почти нет свободных носителей заряда, движение которых может создать электрический ток.

Для того чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда – заряженные частицы. Возможны два случая:

1. Эти заряженные частицы создаются действием какого-либо внешнего фактора или вводятся в газ извне. (Возникает несамостоятельная проводимость газа)

2. Создаются в газе действием самого электрического поля, существующего между электродами. (Возникает самостоятельная проводимость газа)

Несамостоятельная проводимость газов:

Опыт: То, каким образом газ можно сделать проводящим, иллюстрирует следующий опыт.

1) Газ в промежутке 1 между электродами нагревается до высокой температуры с помощью зажженной горелки. Гальванометр в этом случае покажет наличие тока в электрической цепи. Значит, можно сделать вывод, что при высокой температуре молекулы газа уже не являются незаряженными, а по крайней мере некоторая их часть распадается на положительные и отрицательные частицы, то есть в газе появляются ионы.

Процесс образования ионов в каком-либо газе называется ионизацией этого газа.

В данном опыте ионизация газа происходит из-за его нагревания до высокой температуры.

2) Если взять и направить в газовый промежуток струю воздуха от маленькой воздуходувки, а на пути струи, вне воздушного промежутка, поместить горелку, то гальванометр покажет некоторый ток. Воздух, проходя через пламя горелки, ионизируется и движется дальше в промежуток между электродами. То, что гальванометр показывает некоторый ток при попадании этого воздуха в промежуток между электродами, означает, что ионы, которые возникли в пламени, не исчезают мгновенно, а перемещаются вместе с газом. Поэтому до промежутка между электродами доходит их небольшая часть, поэтому и возникает некоторый ток.

Если постепенно увеличивать расстояние между пламенем горелки и газовым промежутком, то ток в цепи постепенно ослабевает и при расположении пламени на расстоянии нескольких сантиметров исчезает совсем.

Вывод: после устранения причины, которая вызывает ионизацию газа, число ионов в газе быстро уменьшается и через короткое время газ опять обретает изолирующие свойства, то есть становится диэлектриком.

Ионы в газе исчезают, потому что разноименно заряженные частицы стремятся сблизиться под влиянием силы электрического притяжения и при встрече снова превращаются в нейтральную молекулу. Этот процесс называется рекомбинацией ионов.

Рекомбинация ионов – это процесс, при котором разноименно заряженные частицы, сближаясь под действием сил электрического притяжения, превращаются в нейтральную молекулу.

Из-за рекомбинации, созданная проводимость газа не сохраняется, поэтому для получения длительного тока необходимо, чтобы в газе непрерывно происходила ионизация.

Ионизация газа возможна не только путем его нагревания. Газ может ионизироваться под действием ряда других факторов, например, под действием рентгеновского излучения.

Процесс ионизации: Ионизация состоит в отрыве от молекулы электрона, из-за чего она превращается в положительный ион. Освободившийся от нее электрон сам становится свободным носителем отрицательного заряда. Во многих случаях электрон прилипает к какой-нибудь нейтральной молекуле газа и превращает ее в отрицательно заряженный ион. Часто положительные и отрицательные ионы представляют собой не отдельные ионизованные молекулы, а группы молекул, прилипших к отрицательному или положительному иону. Поэтому заряд каждого иона равен одному, двум и редко большему числу элементарных зарядов, но массы их могут быть больше масс отдельных атомов и молекул.

В газах не соблюдается закон Ома. Для газов зависимость тока от напряжения имеет сложный вид, в то время как для проводников (и электролитов), которые подчиняются закону Ома, она имеет вид наклонной прямой.

При малых значениях напряжения, график имеет вид прямой (закон Ома приближенно выполняется), а с ростом напряжения прямая загибается и, начиная с некоторого напряжения, переходит в горизонтальную прямую. Это значит, что начиная с некоторого напряжения, ток сохраняет постоянное значение, несмотря на увеличение напряжения. Это постоянное значение силы тока, которое не зависит от напряжения, называется током насыщения.

Если продолжать дальше увеличивать напряжение в этом опыте, то при достаточно большом его значении ток резко возрастает. Это говорит о том, что число электронов резко возросло из-за самого электрического поля, которое сообщает некоторым ионам настолько большие скорости, что они, сталкиваясь с нейтральными молекулами, разбивают их на ионы. В итоге, число ионов определяется уже не ионизирующим фактором, то есть нагревом, а действием самого электрического поля, которое теперь само может поддерживать необходимую ионизацию. Поэтому проводимость из несамостоятельной становится самостоятельной. Возникновение самостоятельной проводимости в газе носит характер пробоя газового промежутка.

 

Виды самостоятельной проводимости газов

Искровой разряд: один из видов самостоятельного разряда в газах.

Механизм возникновения искрового разряда можно установить с помощью следующего опыта. Имеется пара шарообразных электродов, подсоединенных к батарее конденсаторов, зарядка которых производится при помощи электрической машины. По мере того как конденсаторы будут заряжаться, будет увеличиваться напряжение между электродами, поэтому будет увеличиваться напряженность электрического поля в газе. При маленькой напряженности поля в газе не замечается никаких изменений. При достаточно большой напряженности электрического поля между электродами появляется электрическая искра, которая выглядит как извилистый светящийся канал, который соединяет оба электрода. Появление искры сопровождается треском, возникающим из-за резкого расширения нагретого вблизи искры газа. При возникновении искры, газ внезапно утрачивает свои изолирующие свойства и становится хорошим проводником. Напряженность поля, при которой наступает искровой пробой газа, имеет различное значение у разных газов и зависит от их состояния.

Причина возникновения такого разряда заключается в следующем:

В газе всегда есть небольшое количество свободных ионов и электронов, которые возникают по разным причинам. Обычно их настолько мало, что газ не проводит электричества. Электрическое поле, действуя на них, вызывает их ускоренное движение. При малых значениях электрического поля, они сталкиваются с нейтральными молекулами также как упругие шары, то есть происходит передача только небольшой части их кинетической энергии и нейтральные молекулы не ионизируются. При больших значениях напряженности электрического поля, эти электроны и ионы приобретают большие скорости и энергии и, сталкиваясь с нейтральными молекулами, выбивают из них электроны, превращая их в положительные ионы. Таким образом одни электроны и ионы путем соударения с нейтральными молекулами разбивают их на электроны и ионы. Такой процесс называется ударной ионизацией, а работа, которую нужно затратить на то, чтобы оторвать электрон от атома, называется работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атом и поэтому различна для разных атомов. Все эти образующиеся электроны и ионы в свою очередь приводятся в движение электрическим полем и производят ударную ионизацию новых атомов, поэтому ионизация достигает очень большой величины и этот процесс усиливает сам себя. Такой процесс называется ионной лавиной.

Таким образом, при искровом пробое причиной ионизации газа является разрушение атомов и молекул путем соударения с ионами (ударная ионизация)

Примером искрового заряда в атмосфере является молния.

Задание: объяснить, каким образом появляется молния.

 

Коронный разряд:

Коронный разряд возникает также под действием ионной лавины, но проявляется не в виде искры.

Опыт: между двух высоких изолирующих подставок натягивается проволока ab, диаметров в несколько десятых долей миллиметра. Один ее конец соединяется с отрицательным полюсом генератора, который дает большое напряжение (несколько тысяч вольт), а второй конец соединим с землей. Получим конденсатор, обкладками которого являются проволока и стены комнаты, которые сообщаются с Землей. В этом конденсаторе создается очень неоднородное поле, имеющее очень большую напряженность около проволоки. Когда постепенно повышают напряжение, вокруг проволоки наблюдается свечение (так называемая корона), которое видно в темноте и охватывает всю проволоку. Если между проволокой и источником напряжения подключить гальванометр, то можно установить, что при появлении свечения он будет показывать какой-то ток, идущий по воздуху от проволоки к стенам, которые соединены с другим полюсом конденсатора. Такое поведение указывает на то, что воздух очень сильно ионизируется под действием электрического поля, то есть становится проводящим электрический ток.

 

Электрическая дуга:

Электрическую дугу открыл русский физик Василий Владимирович Петров. Он установил, что она возникает между двумя кусками древесного угля, присоединенных к полюсам сильной электрической батареи, которые сначала приводят в соприкосновения, а затем слегка раздвигают. Между концами углей образуется яркое пламя, а сами угли раскаляются добела и испускают очень яркий свет.

Дуговой разряд обычно возникает после зажигания искрового разряда, если постепенно уменьшать сопротивление электрической цепи. При этом сила тока будет увеличиваться. Когда сопротивление цепи станет достаточно малым, то и возникает новая форма разряда, который называют дуговым разрядом. Сила тока при таком разряде резко увеличивается и достигает десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке, наоборот уменьшается до нескольких десятков вольт. В газе возникают новые процессы, которые и сообщают ему большую проводимость. В настоящее время электрическую дугу, которая горит при атмосферном давлении, получают между специальными угольными электродами, которые называются дуговые угли. Их получают прессованием из порошкообразного графита и разных связующих веществ. Хорошая электропроводность дуги поддерживается за счет высокой температуры отрицательного электрода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии.

 

 

Электрический ток в газах

Вопросы:

1. Чем объясняются изолирующие свойства газов?

2. Присутствуют ли в газе в нормальном состоянии носители заряда?

3. Зачем нужны свободные носители заряда?

4. Каким образом можно сделать газ проводящим?

5. Какие виды проводимости могут быть в газе?

6. Какую физическую величину измеряют с помощью гальванометра? Как его включают в электрическую цепь?

7. Что такое ионизация газа?

8. В чем заключается процесс ионизации?

9. Каким образом газ можно ионизировать?

10. Что такое ударная ионизация?

11. Что такое называется работой ионизации?

12. Что называется электронной лавиной?

13. Что является причиной возникновения искрового разряда?

14. Кто открыл электрическую дугу?

 

Электрический ток в газах. Дуговой разряд. Применение дугового разряда. Тлеющий разряд. Что происходит при тлеющем разряде?

 

Дуговой разряд:

Электрическую дугу открыл русский физик Василий Владимирович Петров. Он установил, что она возникает между двумя кусками древесного угля, присоединенных к полюсам сильной электрической батареи, которые сначала приводят в соприкосновения, а затем слегка раздвигают. Между концами углей образуется яркое пламя, а сами угли раскаляются добела и испускают очень яркий свет.

Дуговой разряд получают и другим способом. Он обычно возникает после зажигания искрового разряда, если постепенно уменьшать сопротивление электрической цепи. При этом сила тока будет увеличиваться. Когда сопротивление цепи станет достаточно малым, то и возникает новая форма разряда, который называют дуговым разрядом. Сила тока при таком разряде резко увеличивается и достигает десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке, наоборот уменьшается до нескольких десятков вольт. В газе возникают новые процессы, которые и сообщают ему большую проводимость. В настоящее время электрическую дугу, которая горит при атмосферном давлении, получают между специальными угольными электродами, которые называются дуговые угли. Их получают прессованием из порошкообразного графита и разных связующих веществ. Хорошая электропроводность дуги поддерживается за счет высокой температуры отрицательного электрода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии.

Простейший способ получения электрической дуги заключается в следующем:

Есть регулирующийся штатив, в котором закреплены два угля А и К, в качестве которых берутся специально изготовляемые стержни, получающиеся прессованием смеси графита, сажи и связующих веществ. Такие стержни называются дуговыми углями. Источником тока может служить осветительная сеть. Чтобы не получилось замыкания в момент соединения углей, последовательно с ней включают реостат. В осветительной сети течет переменный ток. Дуга горит устойчивее, если через нее пропускают ток постоянного направления, так что один из ее электродов все время является положительным (анод), а другой отрицательным (катод). Между электродами находится столб раскаленного газа, хорошо проводящего электричество. Положительный уголь имеет более высокую температуру и поэтому сгорает быстрее отрицательного. Вследствие сильной возгонки угля на нем образуется углубление – положительный кратер, являющийся самой горячей часть электродов. (Возгонка – это переход вещества из твердого состояния сразу в газообразное минуя жидкое.) температура кратера в воздухе при атмосферном давлении доходит до 4000 градусов. Дуга может гореть и между металлическими элект­родами (железо, медь и т. д.). При этом электроды плавятся и быстро испаряются, на что расхо­дуется много тепла. Поэтому тем­пература кратера металлического электрода обычно ниже, чем уголь­ного (2000—2500 °С). Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение: дуга хорошо горит при напряжении на ее электродах 40—45 В. Ток в дуге довольно значителен. Это показывает, что сопротивление дуги велико; следовательно, и светящийся газовый столб хорошо проводит электрический ток.

Такая сильная ионизация газа возможна только бла­годаря тому, что катод дуги испускает очень много элект­ронов, которые своими ударами ионизуют газ в разрядном пространстве. Сильная электронная эмиссия с катода обеспечивается тем, что катод дуги сам накален до очень высокой температуры (от 2200 до 3500 °С в зависимости от материала). Когда для зажигания дуги угли вначале приводим в соприкосновение, то в месте контакта, об­ладающем очень большим сопротивлением, выделяется почти все джоулево тепло проходящего через угли тока. Поэтому концы углей сильно разогреваются, и этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула дуга. В дальнейшем катод дуги поддер­живается в накаленном состоянии самим током, проходя­щим через дугу. Главную роль в этом играет бомбарди­ровка катода падающими на него положительными ионамн.

Вольтамперная характеристика дуги, т. е. зависимость между силой тока в дуге и напряжением между ее элект­родами U, носит совершенно своеобразный характер В дуговом разряде при увели­чении тока напряжение на зажимах дуги уменьшается. Говорят, что дуга имеет падающую вольтамперную харак­теристику.

Таким образом, в случае дугового разряда увеличение тока приводит к уменьшению сопротивления дугового промежутка и уменьшению напряжения на нем. Именно поэтому, для того чтобы дуга горела устойчиво, необхо­димо включать последовательно с ней реостат или другое так называемое балластное сопротивление.

Применения дугового разряда. Вследствие высокой температуры электроды дуги испускают ослепительный свет, и поэтому электрическая дуга является одним из лучших источников света. Она потребляет всего около 0, 3 Вт на канделу и является значительно более эконо­мичной, нежели наилучшие лампы накаливания. Элект­рическая дуга впервые была использована для освещения в 1875 г. русским инженером-изобретателем Павлом Ни­колаевичем Яблочковым (1847—1894) и получила название «русского света» или «северного света».

Хотя в широкой практике дуговые лампы в настоящее время почти полностью вытеснены лампами накаливания (§ 62), тем не менее в ряде случаев, где требуются очень мощные и яркие источники света, например в прожекторах, при киносъемке и т. п., дуговые лампы применяются очень часто.

Электрическая дуга применяется для сварки металли­ческих деталей (дуговая электросварка). Возможность такого применения дуги была также указана В. В. Пет­ровым и впервые разработана русскими изобретателями Н. Н. Бенардосом (1885 г.) и Н. Г. Славяновым (1890 г.). Свариваемые детали служат положительным электродом; касаясь их углем, соединенным с отрицательным полюсом источника тока, получают между телами и углем дугу, плавящую металл. При этом лицо сварщика, а в особен­ности глаза, должно быть за­крыто толстым стеклом, так как в противном случае не­видимое, так называемое ульт­рафиолетовое излучение, обильно испускаемое дугой, вызывает тяжелое заболева­ние глаз и кожи. Стекло же не пропускает ультрафиоле­товое излучение.

В настоящее время элект­рическую дугу широко при­меняют также в промышлен­ных электропечах. В мировой промышленности около 90 % инструментальной стали и почти все специальные стали выплавляются в электриче­ских печах.

Тлеющий разряд:

Это один из видов самостоятельного разряда. Для его получения обычно используют стеклянную трубку длиной около полуметра, в которой содержится два металлических электрода. Эти электроды присоединяют к источнику постоянного тока с напряжением в несколько тысяч вольт и начинают постепенно откачивать из трубки воздух. Пока газ внутри трубки находится при атмосферном давлении остается темным, так как даже напряжения в несколько тысяч вольт недостаточно для того чтобы пробить такой длинный газовый промежуток. При дальнейшей откачке воздуха, когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Этот разряд имеет вид тонкого шнура, соединяющего оба электрода. В разных газах этот разряд имеет разный цвет: в воздухе – малиновый, в других газах – других цветов. Если продолжать откачивать воздух из трубки, то этот светящийся шнур размывается и расширяется и свечение заполняет почти всю трубку. Когда давление газа в трубке достигает нескольких десятых миллиметра ртутного столба, такой газовый разряд делится на части: 1) несветящаяся часть, которая прилегает к катоду – она называется темным катодным пространством; 2) светящийся столб газа, который заполняет всю остальную часть трубки вплоть до самого анода – она называется положительным столбом. При некотором подходящем давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделенные темными промежутками, которые называются стратами. Вот такая форма заряда и называется тлеющим разрядом. Все количество света, который испускается при разряде, зависит от его положительного столба. Цвет этого свечения зависит от рода газа.

Тлеющий разряд в настоящее время широко используют в качестве источника света в различных газоразрядных трубках. В лампах дневного света излучение тлеющего разряда поглощается слоем специальных веществ, которые наносятся на внутреннюю поверхность трубки, и которые под действием поглощенного излучения сами начинают светиться. Эти вещества называются люминофорами. Если специально подобрать их, то испускаемое излучение можно сделать близким к дневному свету. Такие трубки оказываются более экономичными, чем обычные лампы накаливания. Такие газоразрядные трубки применяются также для рекламных и декоративных целей, для чего им придают очертания различных фигур и букв. Наполняя трубки различными газами. Можно получить свечение разной окраски (красное свечение – у неона, синевато-зеленое – у аргона). В таком разряде катодное падение потенциала зависит от материала катода, поэтому можно сделать газоразрядные трубки с малым напряжением зажигания. Например, в неоновой лампе, электроды сделаны из железа, покрытого слоем бария, вследствие малости работы выхода электронов у бария, катодное падение потенциала составляет только около 70В. Поэтому такая лампа зажигается уже при включении в обычную осветительную сеть. Такие лампы применяют для целей сигнализации в различной аппаратуре (индикаторные лампы).

В лаборатории тлеющий разряд используют для катодного распыления металлов, так как вещество катода в тлеющем разряде постепенно переходит в парообразное состояние и оседает в виде металлического налета на стенках трубки. Этим способом пользуются для изготовления металлических зеркал высокого качества.

123456Следующая ⇒

Поделиться: