СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..3
ТОК В ЖИДКОСТЯХ……………………………………………………………….4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙРАЗРЯД В ГАЗАХ………………………………..…………..7
ИОНИЗАЦИЯГАЗОВ………………………………………………………..7
НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙГАЗОВЫЙ РАЗРЯД…………………………..9
САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙГАЗОВЫЙ РАЗРЯД……………………….……..9
РАЗЛИЧНЫе ТИПЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОГОРАЗРЯДА. ИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ…………………………………….…………..10
ТЛЕЮЩИЙРАЗРЯД………………………………………………………..10
КОРОННЫЙРАЗРЯД ………………………………………………...…….11
ИСКРОВОЙРАЗРЯД…………………………………………………….….12
ДУГОВОЙРАЗРЯД…………………………………………………………13
ПЛАЗМА……………………………………………………………………………15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….17
ВВЕДЕНИЕ
Если соединить проволокой два проводника, между которыми была созданаразность потенциалов, то потенциалы будут выравниваться, при этом заряды напроводниках перераспределяются, а в соединительной проволоке происходитнаправленное перемещение зарядов, называемые током. Ток под действиемприложений разности потенциалов возникает в любой среде, где имеются свободныеэлектроны.
В зависимости от вида и природы зарядоносителей проводимость бываетэлектронной, ионной и дырочной.
Электронной проводимостью обладают металлы. Существует такая проводимостьи в верхних слоях атмосферы, где плотность вещества невелика, благодаря чемуэлектроны могут свободно перемещаться, не соединяясь с положительно заряженнымиионами.
Жидкие электроны обладают ионной проводимостью. Ионы, являющиесязарядоносителями, при движении перемещают вещество, в результате чегопроисходит выделение его на электродах.
Возможен механизм проводимости, обусловленный разрывом валентной связи,приводящим к появлению вакантного места с отсутствующей связью. Такое “пустые”место с отсутствующими электронами связи получило название — дырка.
Возникновение дырки в кристаллепроводника создаёт дополнительную возможность для переноса заряда. Этотпроцесс, сопровождающийся перемещением электронов, получил название дырочнойпроводимостью.
Плазма, под которой понимается газ, имеющий концентрацию зарядоносителей,намного превышающую незаряженных частиц, обладает электронной и ионнойпроводимостью.
ТОК В ЖИДКОСТЯХ
Происхождение электрического тока (движение электрических зарядов) черезраствор существенно отличается от движения электрических зарядов пометаллическому проводнику.
Различие, прежде всего в том, что зарядоносителями в растворах являютсяне электроны, а ионы, т.е. сами атомы или молекулы, потерявшие или захватившиеодин или несколько электронов.
Естественно, это движение, так или иначе, сопровождается изменением свойствсамого вещества.
Рассмотрим электрическую цепь, элементом которой является сосуд сраствором поваренной соли и с вставленными в него электродами любой формы изпластины. При подключении к источнику питания в цепи появляется ток,представляющий собой в растворе движение тяжелых заряженных частиц – ионов.Появление ионов уже означает возможность химического разложения раствора на дваосновных элемента – Na и Cl. Натрий, потерявший электрон, представляет собойположительно заряженный ион, движущийся к электроду, который подключен котрицательному полюсу источника питания, электрической цепи. Хлор,“узурпировавший” электрон, представляет собой отрицательный ион.
Отрицательные ионы хлора движутся к электроду, который подключен кположительному полюсу источника питания эл. цепи.
Образование положительных и отрицательных ионов происходит вследствиесамопроизвольного распада молекулы поваренной соли в водном растворе(электролитическая диссоциация). Движение ионов обусловлено напряжением,поданным на электроды, опущенные в раствор. Достигнув электродов, ионы забираютили отдают электроны, образуя соответственно молекулы Cl и Na. Подобные явлениянаблюдаются в растворах многих других веществ. Молекулы этих веществ, подобномолекулам поваренной соли, состоят из противоположно заряженных ионов, накоторые они и распадаются в растворах. Количество распавшихся молекул, точнее,число ионов, характеризует электрическое сопротивление раствора.
Ещё раз подчеркнём, что происхождение электрического тока по цепи, элементомкоторой является раствор, вызывает перемещение вещества этого элементаэлектрической цепи, и, следовательно, изменение его химический свойств, в товремя, как при прохождении электрического тока по металлическому проводникуникаких изменений в проводнике не происходит.
От чего зависит количество вещества, выделяющегося при электролизе наэлектродах? Впервые на этот вопрос ответил Фарадей. Фарадей показалэкспериментально, что масса выделяемого вещества связана с силой тока ивременем его протекания t соотношением (закон Фарадея):
M =kq
Масса выделяющегося вещества при электролизе вещества прямопропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества и независит от других причин, кроме рода вещества.
Указанную закономерность можно проверить на следующих опытах. Нальём внесколько ванн один и тот же электролит, но разной концентрации. Опустим вванны электроды, имеющие разную площадь, и расположим их в ванных на разныхрасстояниях. Соединим все ванны последовательно и пропустим через них ток.Тогда через каждую из ванн, очевидно, пройдёт одинаковое количествоэлектричества. Взвесив катоды до и после опыта, мы обнаружим, что на всехкатодах выделилось одинаковое количество вещества. Соединив все ванныпараллельно и пропустив через них ток, можно убедиться, что количествовещества, выделившегося на катодах, прямо пропорционально количествуэлектричества, прошедшему через каждую из них. Наконец, соединивпоследовательно ванны с различными электролитами, легко установить, чтоколичество выделившегося вещества зависит от рода этого вещества.
Величина, характеризующая зависимость количества выделяющегося приэлектролизе вещества от его рода, называется электрохимическим эквивалентом иобозначается буквой к. Электрохимическийэквивалент вещества измеряется массой вещества, выделяющегося на электроде припрохождении через электролит единицы количества электричества.
Масса вещества, выделяющегося при электролизе, представляет собой общуюмассу всех разрядившихся на электроде ионов. Подвергая электролизу разные соли,можно на опыте установить количество электричества, которое должно пройти черезэлектролит, чтобы выделился один килограмм – эквивалент данного вещества. Такиеопыты впервые проделал Фарадей. Он нашел, что для выделения одного килограмм –эквивалента любого вещества при электролизе требуется одинаковые количестваэлектричества, равные 9,65·10 7 к.
Количество электричества, необходимое для выделения при электролизекилограмм – эквивалента вещества, называется числом Фарадея и обозначаетсябуквой F:
F =9,65·10 7 к.
В электролите ион оказывается окруженным молекулами растворителя (воды),обладающими значительными дипольными моментами. Взаимодействуя с ионом,дипольные молекулы поворачиваются к нему своими концами, имеющими заряд, знаккоторого противоположен заряду иона, поэтому упорядочное движение иона вэлектрическом поле затрудняется, и подвижность ионов значительно уступаетподвижности электронов проводимости в металле. Так как и концентрация ионовобычно не велика по сравнению с концентрацией электронов в металле, тоэлектрическая проводимость у электролитов всегда существенно меньшеэлектрической проводимости металлов.
Вследствие сильного нагревания током в электролитах достижимы лишьнезначительные плотности тока, т.е. небольшие напряженности электрическогополя. При повышении температуры электролита упорядоченная ориентация диполейрастворителя ухудшается под влиянием усилившегося беспорядочного движениямолекул, поэтому дипольная оболочка частично разрушается, подвижность ионов ипроводимость раствора увеличивается. Зависимость удельной электрическойпроводимости от концентрации при неизменной температуре сложна. Еслирастворение возможно в любых пропорциях, то при некоторой концентрацииэлектрическая проводимость имеет максимум. Причина этого такова: вероятностьраспада молекул на ионы пропорциональна числу молекул растворителя и числумолекул растворимого вещества в единице объёма. Но возможен и обратный процесс:(рекомбинация ионов в молекулы), вероятность которого пропорциональна квадратучисла пар ионов. Наконец, электрическая проводимость пропорциональна числу парионов в единице объёма. Поэтому, при малых концентрациях диссоциация полная, нообщее число ионов мало. При очень больших концентрациях диссоциация слабая ичисло ионов также невелико. Если растворимость вещества ограничена, то обычномаксимума электрической проводимости не наблюдается. При замораживании вязкостьводного раствора резко возрастает, подвижность ионов резко уменьшается, иудельная электрическая проводимость падает в тысячу раз. При затвердевании жежидких металлов подвижность электронов и удельная электрическая проводимостьпочти не изменяется.
Электролиз широко применяется в различных электрохимическихпроизводствах. Важнейшие из них: электролитическое получение металлов из водныхрастворов их солей и из их расплавленных солей; электролиз хлористых солей;электролитическое окисление и восстановление; получение водорода электролизом;гальваностегия; гальванопластика; электрополировка. Методом рафинированияполучают чистый металл, очищенный от примесей. Гальваностегия – покрытиеметаллических предметов другим слоем металла. Гальванопластикой – получениеметаллических копий с рельефных изображений каких-либо поверхностей.Электрополировка – выравнивание металлических поверхностей.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ
Все газы в естественном состоянии не проводят электрического тока. В чемможно убедиться из следующего опыта:
Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоскогоконденсатора и зарядим его. При комнатной температуре, если воздух достаточносухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра неизменяется. Чтобы заметить уменьшение угла отклонения стрелки электрометра,требуется длительное время. Это показывает, что электрический ток в воздухемежду дисками очень мал. Данный опыт показывает, что воздух является плохимпроводником электрического тока.
Видоизменим опыт: нагреем воздух между дисками пламенем спиртовки. Тогдаугол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, т.е. уменьшаетсяразность потенциалов между дисками конденсатора – конденсатор разряжается.Следовательно, нагретый воздух между дисками стал проводником, и в немустанавливается электрический ток.
Изолирующие свойства газов объясняются тем, что в них нет свободныхэлектрических зарядов: атомы и молекулы газов в естественном состоянии являютсянейтральными.
ИОНИЗАЦИЯ ГАЗОВ
Вышеописанный опыт показывает, что в газах под влиянием высокойтемпературы появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщепленияот атомов газа одного или нескольких электронов, в результате чего вместонейтрального атома возникают положительный ион и электроны. Частьобразовавшихся электронов может быть при этом захвачена другими нейтральнымиатомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распад молекул газа наэлектроны и положительные ионы называется ионизацией газов.
Нагревание газа до высокой температуры не является единственным способомионизации молекул или атомов газа. Ионизация газа может происходить подвлиянием различных внешних взаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновскихлучей, a -, b — и g -лучей, возникающих при радиоактивном распаде, космическихлучей, бомбардировки молекул газа быстро движущимися электронами или ионами.Факторы, вызывающие ионизацию газа называются ионизаторами. Количественнойхарактеристикой процесса ионизации служит интенсивность ионизации, измеряемаячислом пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единицеобъема газа за единицу времени.
Ионизация атома требует затраты определенной энергии – энергии ионизации.Для ионизации атома (или молекулы) необходимо совершить работу против силвзаимодействия между вырываемым электроном и остальными частицами атома (илимолекулы). Эта работа называется работой ионизации A i. Величина работыионизации зависит от химической природы газа и энергетического состояниявырываемого электрона в атоме или молекуле.
После прекращения действия ионизатора количество ионов в газе с течениемвремени уменьшается и, в конце концов, ионы исчезают вовсе. Исчезновение ионовобъясняется тем, что ионы и электроны участвуют в тепловом движении и поэтомусоударяются друг с другом. При столкновении положительного иона и электрона онимогут воссоединиться в нейтральный атом. Точно также при столкновенииположительного и отрицательного ионов отрицательный ион может отдать свойизбыточный электрон положительному иону и оба иона превратятся в нейтральныеатомы. Этот процесс взаимной нейтрализации ионов называется рекомбинациейионов. При рекомбинации положительного иона и электрона или двух ионовосвобождается определенная энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию.Частично она излучается в виде света, и поэтому рекомбинация ионовсопровождается свечением (свечение рекомбинации).
В явлениях электрического разряда в газах большую роль играет ионизацияатомов электронными ударами. Этот процесс заключается в том, что движущийсяэлектрон, обладающий достаточной кинетической энергией, при соударении снейтральным атомом выбивает из него один или несколько атомных электронов, врезультате чего нейтральный атом превращается в положительный ион, а в газепоявляются новые электроны (об этом будет рассмотрено позднее).
Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов ирасплавов электролитов. При отсутствии внешнего поля заряженные частицы, как инейтральные молекулы, движутся хаотически. Если ионы и свободные электроныоказываются во внешнем электрическом поле, то они приходят в направленноедвижение и создают электрический ток в газах.
Таким образом, электрический ток в газе представляет собой направленноедвижение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов каноду. Полный ток в газе складывается из двух потоков заряженных частиц:потока, идущего к аноду, и потока, направленного к катоду.
НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД
Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовымразрядом. Если электропроводность газа создается внешними ионизаторами, тоэлектрический ток, возникающий в нем, называется несамостоятельным газовымразрядом. С прекращением действия внешних ионизаторов несамостоятельный разрядпрекращается. Несамостоятельный газовый разряд не сопровождается свечениемгаза.
САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙГАЗОВЫЙ РАЗРЯД
Электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действиявнешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разрядом. Для егоосуществления необходимо, чтобы в результате самого разряда в газе непрерывнообразовывались свободные заряды. Основным источником их возникновения являетсяударная ионизация молекул газа.
Если после достижения насыщенияпродолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока придостаточно большом напряжении станет резко возрастать.
Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы, которыеобразуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни итысячи раз, а число заряженных частиц, возникающих в процессе разряда, можетстать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержанияразряда.
Положительные ионы, образовавшиеся при столкновении электронов снейтральными атомами, при своем движении к катоду приобретают под действиемполя большую кинетическую энергию. При ударах таких быстрых ионов о катод споверхности катода выбиваются электроны.
Кроме того, катод может испускать электроны при нагревании до большойтемпературы. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можнорассматривать как испарение электронов из металла. Во многих твердых веществахтермоэлектронная эмиссия происходит при температурах, при которых испарениесамого вещества еще мало. Такие вещества и используются для изготовлениякатодов.
При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за счетбомбардировки его положительными ионами. Если энергия ионов не слишком велика,то выбивания электронов с катода не происходит и электроны испускаютсявследствие термоэлектронной эмиссии.
РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОГОРАЗРЯДА
ИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположенияэлектродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают различныевиды самостоятельного разряда. Рассмотрим несколько из них.
ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД
Тлеющий разряд наблюдается в газах при низких давлениях порядканескольких десятков миллиметров ртутного столба и меньше. Если рассмотретьтрубку с тлеющим разрядом, то можно увидеть, что основными частями тлеющегоразряда являются катодное темное пространство, резко отдаленное от него отрицательное,или тлеющее свечение, которое постепенно переходит в область фарадеева темногопространства. Эти три области образуют катодную часть разряда, за которойследует основная светящаяся часть разряда, определяющая его оптические свойстваи называемая положительным столбом.
Основную роль в поддержании тлеющего разряда играют первые две областиего катодной части. Характерной особенностью этого типа разряда является резкоепадение потенциала вблизи катода, которое связано с большой концентрациейположительных ионов на границе I и II областей, обусловленной сравнительномалой скоростью движения ионов у катоду. В катодном темном пространствепроисходит сильное ускорение электронов и положительных ионов, выбивающихэлектроны из катода. В области тлеющего свечения электроны производятинтенсивную ударную ионизацию молекул газа и теряют свою энергию. Здесьобразуются положительные ионы, необходимые для поддержания разряда.Напряженность электрического поля в этой области мала. Тлеющее свечение восновном вызывается рекомбинацией ионов и электронов. Протяженность катодноготемного пространства определяется свойствами газа и материала катода.
В области положительного столба концентрация электронов и ионовприблизительно одинакова и очень велика, что обуславливает большуюэлектропроводность положительного столба и незначительное падение в немпотенциала. Свечение положительного столба определяется свечением возбужденныхмолекул газа. Вблизи анода вновь наблюдается сравнительно резкое изменениепотенциала, связанное с процессом генерации положительных ионов. В ряде случаевположительный столб распадается на отдельные светящиеся участки – страты,разделенные темными промежутками.
Положительный столб не играет существенной роли в поддержании тлеющегоразряда, поэтому при уменьшении расстояния между электродами трубки длинаположительного столба сокращается, и он может исчезнуть совсем. Иначе обстоитдело с длиной катодного темного пространства, которая при сближении электродовне изменяется. Если электроды сблизились настолько, что расстояние между нимистанет меньше длины катодного темного пространства, то тлеющий разряд в газепрекратится. Опыты показывают, что при прочих равных условиях длина d катодноготемного пространства обратно пропорциональна давлению газа. Следовательно, придостаточно низких давлениях электроны, выбиваемые из катода положительнымиионами, проходят через газ почти без столкновений с его молекулами, образуяэлектронные, или катодные лучи.
Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, лампах дневного света,стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков. Если вкатоде сделать щель, то сквозь нее в пространство за катодом проходят узкиеионные пучки, часто называемые каналовыми лучами. Широко используется явлениекатодного распыления, т.е. разрушение поверхности катода под действиемударяющихся об него положительных ионов. Ультрамикроскопические осколкиматериала катода летят во все стороны по прямым линиям и покрывают тонким слоемповерхность тел (особенно диэлектриков), помещенных в трубку. Таким способомизготовляют зеркала для ряда приборов, наносят тонкий слой металла на селеновыефотоэлементы.
КОРОННЫЙ РАЗРЯД
Коронный разряд возникает при нормальном давлении в газе, находящемся всильно неоднородном электрическом поле (например, около остриев или проводовлиний высокого напряжения). При коронном разряде ионизация газа и его свечениепроисходят лишь вблизи коронирующих электродов. В случае коронирования катода(отрицательная корона) электроны, вызывающие ударную ионизацию молекул газа,выбиваются из катода при бомбардировке его положительными ионами. Есликоронируют анод (положительная корона), то рождение электронов происходитвследствие фотоионизации газа вблизи анода. Корона – вредное явление,сопровождающееся утечкой тока и потерей электрической энергии. Для уменьшениякоронирования увеличивают радиус кривизны проводников, а их поверхность делаютвозможно более гладкой. При достаточно высоком напряжении между электродамикоронный разряд переходит в искровой.
При повышенном напряжении коронный разряд на острие приобретает видисходящих из острия и перемежающихся во времени светлых линий. Эти линии,имеющие ряд изломов и изгибов, образуют подобие кисти, вследствие чего такойразряд называют кистевым.
Заряженное грозовое облако индуцирует на поверхности Земли под собойэлектрические заряды противоположного знака. Особенно большой зарядскапливается на остриях. Поэтому перед грозой или во время грозы нередко наостриях и острых углах высоко поднятых предметов вспыхивают похожие на кисточкиконусы света. С давних времен это свечение называют огнями святого Эльма.
Особенно часто свидетелями этого явления становятся альпинисты. Иногдадаже не только металлические предметы, но и кончики волос на голове украшаютсямаленькими светящимися кисточками.
С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высокимнапряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов можетначаться коронный разряд. Это приводит к утечке электроэнергии. Чем вышенапряжение высоковольтной линии, тем толще должны быть провода.
ИСКРОВОЙ РАЗРЯД
Искровой разряд имеет вид ярких зигзагообразных разветвляющихсянитей-каналов, которые пронизывают разрядный промежуток и исчезают, сменяясьновыми. Исследования показали, что каналы искрового разряда начинают растииногда от положительного электрода, иногда от отрицательного, а иногда и откакой-нибудь точки между электродами. Это объясняется тем, что ионизация ударомв случае искрового разряда происходит не по всему объему газа, а по отдельным каналам,проходящим в тех местах, в которых концентрация ионов случайно оказаласьнаибольшей. Искровой разряд сопровождается выделением большого количестватеплоты, ярким свечением газа, треском или громом. Все эти явления вызываютсяэлектронными и ионными лавинами, которые возникают в искровых каналах иприводят к огромному увеличению давления, достигающему 10 7ё 10 8 Па, иповышению температуры до 10000 ° С.
Характерным примером искрового разряда является молния. Главный каналмолнии имеет диаметр от 10 до 25 см., а длина молнии может достигать несколькихкилометров. Максимальная сила тока импульса молнии достигает десятков и сотентысяч ампер.
При малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызываетспецифическое разрушение анода, называемое эрозией. Это явление былоиспользовано в электроискровом методе резки, сверления и других видах точнойобработки металла.
Искровой промежуток применяется в качестве предохранителя отперенапряжения в электрических линиях передач (например, в телефонных линиях).Если вблизи линии проходит сильный кратковременный ток, то в проводах этойлинии индуцируются напряжении и токи, которые могут разрушить электрическуюустановку и опасны для жизни людей. Во избежание этого используются специальныепредохранители, состоящие из двух изогнутых электродов, один из которыхприсоединен к линии, а другой заземлен. Если потенциал линии относительно землисильно возрастает, то между электродами возникает искровой разряд, которыйвместе с нагретым им воздухом поднимается вверх, удлиняется и обрывается.
Наконец, электрическая искра применяется для измерения больших разностейпотенциалов с помощью шарового разрядника, электродами которого служат дваметаллических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на нихподается измеряемая разность потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, покамежду ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними,давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов междушарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью донескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.
ДУГОВОЙ РАЗРЯД
Дуговой разряд был открыт В. В. Петровым в 1802 году. Этот разрядпредставляет собой одну из форм газового разряда, осуществляющуюся при большойплотности тока и сравнительно небольшом напряжении между электродами (порядканескольких десятков вольт). Основной причиной дугового разряда являетсяинтенсивное испускание термоэлектронов раскаленным катодом. Эти электроныускоряются электрическим полем и производят ударную ионизацию молекул газа,благодаря чему электрическое сопротивление газового промежутка междуэлектродами сравнительно мало. Если уменьшить сопротивление внешней цепи,увеличить силу тока дугового разряда, то проводимость газового промежутка стольсильно возрастет, что напряжение между электродами уменьшается. Поэтомуговорят, что дуговой разряд имеет падающую вольт — амперную характеристику. Приатмосферном давлении температура катода достигает 3000 ° C. Электроны, бомбардируяанод, создают в нем углубление (кратер) и нагревают его. Температура кратераоколо 4000 ° С, а при больших давлениях воздуха достигает 6000-7000 ° С.Температура газа в канале дугового разряда достигает 5000-6000 ° С, поэтому внем происходит интенсивная термоионизация.
В ряде случаев дуговой разряд наблюдается и при сравнительно низкойтемпературе катода (например, в ртутной дуговой лампе).
В 1876 году П. Н. Яблочков впервые использовал электрическую дугу какисточник света. В “свече Яблочкова” угли были расположены параллельно иразделены изогнутой прослойкой, а их концы соединены проводящим “запальныммостиком”. Когда ток включался, запальный мостик сгорал, и между углямиобразовывалась электрическая дуга. По мере сгорания углей изолирующая прослойкаиспарялась.
Дуговой разрядприменяется как источник света и в наши дни, например в прожекторах ипроекционных аппаратах.
Высокая температура дугового разряда позволяет использовать его дляустройства дуговой печи. В настоящее время дуговые печи, питаемые током оченьбольшой силы, применяются в ряде областей промышленности: для выплавки стали,чугуна, ферросплавов, бронзы, получения карбида кальция, окиси азота и т.д.
В 1882 году Н. Н. Бенардосом дуговой разряд впервые был использован длярезки и сварки металла. Дуговой разряд нашел применение в ртутном выпрямителе,преобразующем переменный электрический ток в ток постоянного направления.
ПЛАЗМА
Плазма – это частично или полностью ионизованный газ, в котором плотностиположительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Таким образом,плазма в целом является электрически нейтральной системой.
Количественной характеристикой плазмы является степень ионизации.Степенью ионизации плазмы a называют отношение объемной концентрации заряженныхчастиц к общей объемной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизацииплазма подразделяется на слабо ионизованную (a составляет доли процентов),частично ионизованную (a порядка нескольких процентов) и полностью ионизованную(a близка к 100%). Слабо ионизованной плазмой в природных условиях являютсяверхние слои атмосферы – ионосфера. Солнце, горячие звезды и некоторыемежзвездные облака – это полностью ионизованная плазма, которая образуется привысокой температуре.
Средние энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могутзначительно отличаться одна от другой. Поэтому плазму нельзя охарактеризоватьодним значением температуры Т; различают электронную температуру Т е, ионнуютемпературу Т i (или ионные температуры, если в плазме имеются ионы несколькихсортов) и температуру нейтральных атомов Тa (нейтральной компоненты). Подобнаяплазма называется неизотермической, в отличие от изотермической плазмы, вкоторой температуры всех компонентов одинаковы.
Плазма также разделяется на высокотемпературную и низкотемпературную. Этоусловное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы всвязи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Плазма обладает рядом специфических свойств, что позволяет рассматриватьее как особое четвертое состояние вещества.
Из-за большой подвижности заряженный частицы плазмы легко перемещаютсяпод действием электрических и магнитных полей. Поэтому любое нарушениеэлектрической нейтральности отдельных областей плазмы, вызванное скоплениемчастиц одного знака заряда, быстро ликвидируется. Возникающие электрическиеполя перемещают заряженные частицы до тех пор, пока электрическая нейтральностьне восстановится и электрическое поле не станет равным нулю. В отличие отнейтрального газа, между молекулами которого существуют короткодействующиесилы, между заряженными частицами плазмы действуют кулоновские силы,сравнительно медленные убывающие с расстоянием. Каждая частица взаимодействуетсразу с большим количеством окружающих частиц. Благодаря этому наряду схаотическим тепловым движением частицы плазмы могут участвовать в разнообразныхупорядоченных движениях. В плазме легко возбуждаются разного рода колебания иволны.
Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. Привысокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимостиприближается к сверхпроводникам.
Низкотемпературная плазма применяется в газоразрядных источниках света –в светящихся трубках рекламных надписей, в лампах дневного света. Газоразряднуюлампу используют во многих приборах, например, в газовых лазерах – квантовыхисточниках света.
Высокотемпературная плазма применяется в магнитогидродинамическихгенераторах.
Недавно был создан новый прибор – плазмотрон. В плазмотроне создаютсямощные струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяемые в различныхобластях техники: для резки и сварки металлов, бурения скважин в твердыхпородах и т.д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Курс физики“электричество и магнетизм” Стр. 264-285
ЭлектричествоС.Г. Калашников Москва 1977г.
Лекции по эл.свойствам материалов. Издательство “Мир” 1991г.
Электричество ичеловек В.Е. Манойлов. 1988г. стр. 15