Рефераты по Физике

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ

Страница 70

Ионизация газов при нагрев объясняется тем что по мере нагрев молекулы движутся быстрее. При этом некоторые сталкиваются и распадаются, превращаясь в ионы. Чем выше температура тем больше образ ионов.

Процесс возникновения ионов газа под воздействием температуры называется термической ионизацией.

Возникновение ионов под воздействием светового излучения – фотоионизация.

Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. Разница в том, что в газах отрицательный заряд переносится в основном не отрицательными ионами, а электронами.

В отсутствие внешнего поля заряженные частицы исчезают только вследствие рекомбинации. Если действие ионизатора неизменно, то устанавливается динамическое равновесие, при котором число вновь образующихся пар заряженных частиц равно числу рекомбинирующих.

Электрический ток в газе – это направленное движение положительных и отрицательных ионов и электронов.

Газ, в котором значительная часть молекул ионизирована, называется плазмой.

Плазма – частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадает.

Плазма – электрически нейтральная система

В полностью ионизированной плазме электрически нейтральных атомов нет.

Температура плазмы достигает нескольких тысяч градусов.

Электроны и ионы плазмы способны перемещаться под воздействием электрического поля.

Наряду с нагреванием ионизация газа и образование плазмы могут быть вызваны различными излучениями или бомбардировкой атомов газа быстрыми заряженными частицами.

При этом получается так называемая низкотемпературная плазма.

Плазма обладает рядом специфических свойств, что позволяет рассматривать ее как особое четвертое состояние вещества. Большая часть вещества вселенной находится в состоянии плазмы.

При увеличении напряженности поля в зависимости от давления и природы газа в нем возникает разряд без воздействия внешних ионизаторов.

Это явление называется самостоятельным электрическим разрядом.

Напряжение, при котором происходит переход несамостоятельного разряда в самостоятельный, называется напряжением зажигания или пробоя.

Чтобы электрон при ударе об атом ионизовал его, необходимо, чтобы он обладал энергией не меньшей работы ионизации A = φe. Эту энергию электрон может приобрести под воздействием сил внешнего электрического поля в газе на пути свободного пробега:

Wk = Eeλ =

т.к. длина свободного пробега мала, самостоятельный разряд возможен только при высокой напряженности поля.

Рекомбинация – при прекращении электрического тока, электроны и положительно заряженные ионы могут вновь образовать нейтральный атом.

Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, т.к. других источников ионов нет. По этой причине разряд называется несамостоятельным.

Не все образующиеся ионы достигают электродов, часть их рекомбинируют с электронами, образуя нейтральные молекулы. По мере увеличения разности потенциалов между электродами доля заряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается. Возрастает сила тока в цепи. Наступает момент, когда все образующиеся заряженные частицы достигают электродов. Дальнейший рост тока прекращается. Ток достигает насыщения.

Если продолжать увеличивать разность потенциалов на электроде, то число ионов возникающих в процессе разряда может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда.

Так как разряд не нуждается для своего поддержания во внешнем ионизаторе, его называют самостоятельным.

Казалось бы, при дальнейшем увеличении разности потенциалов сила тока должна оставаться неизменной. Однако опыт показывает, что в газа при увеличении напряжения между электродами , начиная с некоторого значения, сила тока снова резко возрастает.

Заряженные частицы (положительный ион и электрон), образовавшиеся благодаря действию внешнего ионизатора, начинают двигаться под действием поля к катоду и аноду соответственно. На своем пути электрон встречает ионы и нейтральные атомы.

В промежутках между последовательными столкновениями энергия электрона увеличивается за счет работы сил электрического поля. Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряженность электрического поля.

Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением зависит от напряженности поля и длине свободного пробега l электрона между двумя последовательными столкновениями:

= e E l

Если кинетическая энергия электрона превосходит работу, которую надо совершить, чтобы ионизировать нейтральный атом ( > A ), то при столкновении электрона с атомом происходит ионизация.

Количество заряженных частиц начинает нарастать лавинообразно.

Этот процесс называю ионизацией электронным ударом.

Но одна ионизация электронным ударом не может обеспечить длительный самостоятельный разряд. Все возникающие электроны достигнув анода больше не участвуют в процессе.

Для существования разряда необходима эмиссия электронов с катода.

Эмиссия электронов может быть обусловлена несколькими причинами.

Положительные ионы, образовавшиеся при столкновении свободных электронов с нейтральными атомами, при своем движении к катоду приобретают под действием поля большую кинетическую энергию. При ударах таких быстрых ионов с поверхности катода выбиваются электроны.

Кроме того катод может испускать электроны при нагревании до высокой температуры (термоэлектронная эмиссия) При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за счет бомбардировки его положительными ионами.

ДОБАВИТЬ ГРАФИК ТОКА В ГАЗЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

В зависимости от свойств и состояния газа, а также от характера и расположения электродов и приложенного к ним напряжения возникают различные виды самостоятельного разряда в газах:

- тлеющий

- дуговой

- коронный

- искровой

Тлеющий разряд

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100