Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
эффект, называемый ударной ионизацией, состоит в отрыве от атома
(молекулы) газа одного или нескольких электронов, вызванном соударением с
атомами (или молекулами) газа свободных электронов или ионов, разогнанных
электрическим полем в разряде. Он становится возможным, когда свободные
электроны или ионы при пробеге во внешнем электрическом поле приобретают
кинетическую энергию, превышающую энергию связи электронов с атомом или
молекулой.
Развитие самостоятельного разряда происходит лавинообразно, поскольку
освобожденные в результате ионизации электроны и образовавшиеся при этом
ионы также приобретают ускорение и участвуют в последующих соударениях.
Одновременно, при ударах положительных ионов о катод, а также под
действием света, излучаемого при разряде, с катода могут освобождаться
новые электроны. Эти электроны в свою очередь разгоняются электрическим
полем разряда и создают новые электронно-ионные лавины. Концентрация
электронов и ионов в газе по мере развития самостоятельного разряда
увеличивается, а электрическое сопротивление разрядного промежутка
уменьшается. Сила тока в цепи самостоятельного разряда обычно
определяется лишь внутренним сопротивлением источника тока и
сопротивлением других элементов цепи.
В зависимости от давления газа и приложенного к электродам напряжения
различаются несколько типов самостоятельного разряда
Определения, понятия и законы
177
в газах. При низких давлениях (обычно от сотых долей до нескольких мм.
рт. ст.) наблюдается тлеющий разряд. Для возбуждения тлеющего разряда
достаточно напряжения в несколько десятков или сотен вольт. При тлеющем
разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода,
заполнена однородным свечением, называемым положительным столбом. Тлеющий
разряд используют в газосветных трубках, лампах дневного света, газовых
лазерах.
При нормальном давлении в газе, находящемся в сильно неоднородном
электрическом поле (около остриев, проводов линий электропередачи
высокого напряжения) наблюдается коронный разряд. Ударная ионизация газа
и его свечение, напоминающее корону, происходят только в небольшой
области, прилегающей к корони-рующему электроду.
Искровой разряд, происходящий при нормальном давлении и большой
напряженности поля между электродами, имеет вид прерывистых ярких
зигзагообразных нитей - каналов ионизованного газа. При этом наблюдается
интенсивное свечение газа и выделяется большое количество теплоты.
Примером искрового разряда является молния. Главный канал молнии имеет
диаметр от 10 до 25 см. Молнии достигают в длину до нескольких
километров, в них развивается ток в импульсе до сотен тысяч ампер.
Дуговой разряд происходит при большой плотности тока и сравнительно
небольшом напряжении между электродами (порядка нескольких десятков
вольт). Основной причиной дугового разряда является интенсивная
фотоэлектронная эмиссия раскаленного катода и последующая ударная
ионизация. Между электродами возникает столб ярко светящегося газа
(электрическая дуга). При атмосферном давлении температура газа в канале
дуги достигает 5000° С. Дуговой разряд используется для сварки и резки
металлов, а также как мощный источник света в осветительных приборах.
Понятие о плазме. Плазмой называется особое состояние вещества,
характеризующееся высокой степенью ионизации его частиц. Степень
ионизации плазмы а представляет собой отношение кон-
178
Постоянный ток
центрации заряженных частиц к общей концентрации частиц. В зависимости от
а плазма подразделяется на слабо ионизованную ( а составляет доли
процента), частично ионизованную ( а составляет несколько процентов) и
полностью ионизованную ( а близка к 100%). Слабо ионизованной плазмой в
природных условиях являются верхние слои атмосферы Земли. Солнце и другие
звезды представляют собой космические тела, состоящие из полностью
ионизованной плазмы, которая образуется при очень высокой температуре
(свыше 20000 К), так называемой высокотемпературной плазмы. Под
воздействием различных излучений или бомбардировки атомов газа быстрыми
заряженными частицами образуется низкотемпературная плазма.
Плазма обладает рядом специфических свойств, позволяющих рассматривать ее
как четвертое агрегатное состояние вещества. Заряженные частицы плазмы
весьма подвижны и поэтому легко перемещаются под действием электрических
и магнитных полей. Любое нарушение электрической нейтральности отдельных
областей плазмы быстро компенсируется перемещением заряженных частиц под
действием возникающего при этом электрического поля. В отличие от
неионизованного газа, между молекулами которого существуют
короткодействующие силы, между заряженными частицами плазмы действуют
кулоновские силы, сравнительно медленно убывающие с расстоянием. Поэтому
каждая заряженная частица в плазме взаимодействует сразу с большим
количеством частиц, благодаря чему наряду с хаотическим тепловым
движением частицы плазмы могут участвовать в разнообразных упорядоченных
