Главная Обратная связь

Дисциплины:






Электрический ток в газах



Обычно вещество в газообразном состоянии является хорошим диэлектриком (не проводит электрический ток), так как атомы и молекулы из которых оно состоит, являются нейтральными, т. е. в газе нет свободных заряженных частиц. Электрический ток в газе может существовать только при появлении в нем заряженных частиц (носителей тока).

Газовый разряд – прохождение электрического тока через газ.

Возникновение носителей тока в газе может происходить при отрыве электронов от атомов, т. е. при ионизации атомов. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам, образуя отрицательные ионы. Таким образом, носителями тока в газе могут быть электроны, а также положительные и отрицательные ионы.

Термическая ионизация. Повы­шение температуры газа делает его проводником электрического то­ка, потому что часть нейтральных атомов или молекул газа превраща­ется в ионы. Для отрыва электро­на от атома необходимо совершить работу против сил кулоновского при­тяжения между положительно заря­женным ядром и отрицательно за­ряженным электроном. Процесс от­рыва электрона от атома назы­вается ионизацией атома. Минималь­ная энергия, которую необходимо за­тратить для отрыва электрона от атома, называется энергией иониза­ции.

Электрон может быть оторван от атома при соударениях с другими атомами, если кинетическая энергия превысит энергию ионизации. Кине­тическая энергия теплового движе­ния атомов или молекул прямо пропорциональна абсолютной темпера­туре, поэтому с повышением темпе­ратуры газа увеличивается число соударений атомов или молекул, сопровождающихся ионизацией.

Процесс возникновения свобод­ных электронов и положительных ионов в результате столкновений ато­мов и молекул газа при высокой тем­пературе называется термической ионизацией.

Частично или полностью ионизи­рованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы, на­зывается плазмой.

При низких температурах лю­бой газ является изолятором; при высоких температурах он превраща­ется в плазму и становится провод­ником электрического тока.

Фотоионизация. Энергия, необхо­димая для отрыва электрона от ато­ма или молекулы, может быть пе­редана светом или невидимым излу­чением — ультрафиолетовым, рент­геновским. Ионизация атомов или молекул под действием света назы­вается фотоионизацией.

Фотоионизация может превра­щать газ в плазму и делать его проводником электрического тока.

Ионизация электронным ударом.Ионизация электронным ударом ста­новится возможной тогда, когда электрон на длине свободного про­бега λ, приобретает кинетическую энергию Wk, достаточную для совер­шения работы отрыва электрона от атома (Aи): Wk ≥ Aи, или



eEλ ≥ Аи

где Е — напряженность электриче­ского поля, λ — длина свободного пробега электрона.

Энергия связи электронов в ато­мах и молекулах (энергия иониза­ции) обычно выражается в электронвольтах (эВ). Один электронвольт равен работе, которую со­вершает электрическое поле при пе­ремещении электрона или другой частицы, обладающей элементарным зарядом, между точками поля, на­пряжение между которыми рав­но 1 В:

1 эВ = 1,6 . 10-19 Кл . 1 В = 1,6 . 10-19 Дж.

Энергия ионизации атома водо­рода, например, равна 13,6 эВ, мо­лекулы кислорода — 12 эВ, азота — 16 эВ и т. д.

Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда.

Основной характеристикой газового разряда служит зависимость силы тока в межэлектродном пространстве от напряжения, приложенного к электродам.

Наряду с ионизацией молекул газа происходит процесс рекомбинации — объединение ионов в нейтральные молекулы. При небольшом напряжении лишь незначительная часть образовавшихся ионов достигает электродов и, следова­тельно,принимает участие в образовании тока. Остальные ионы рекомбинируют, не успев достигнуть электродов. Чем вы­ше напряжение, тем большее число ионов успевает достигнуть электродов, тем больший ток течет через газ — сила тока растет с напряжением. При малых на­пряжениях вольтамперная характеристика имеет вид прямой линии (начало кривой на рис.); это означает, что выполняется закон Ома (сила тока пропорциональна напряжению). С ростом U характеристика все больше искривляется. Наконец, при некотором напря­жении все образовавшиеся под действием ионизатора ионы успевают достигнуть электродов, не претерпев рекомбина­ции (точка В на рис.). Дальнейшее увеличение U не мо­жет вызвать роста силы тока I — наступает насыщение (горизонтальный участок ВС на рисунке). Соответствующее значение силы тока называется током насыщения (Iн).

При достижении напряжения, отвечающего точке С на вольтамперной характеристике, ток начинает резко расти. Это объясняется тем, что разгоняемые столь сильным полем ионы приобретают энергию, достаточную для того, чтобы при соударении с молекулами ионизовать их. Число ионов лавинообразно растет — происходит элект­рический пробой газа.

Пробой наступает в том случае, когда приобретенная электроном под действием поля кинетическая энергия Wк становится равной энергии ионизации Wи, т. е. энергии, достаточной для того, чтобы выбить при столкновении электрон из нейтральной молекулы.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...