Электрический ток в газах
Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. При обычных температурах и атмосферном давлении газы могут содержать некоторое (очень малое) количество свободных электронов.
Когда между двумя точками газовой среды при очень низком давлении прикладывается высокая разность потенциалов, немногие свободные электроны ускоряются и сталкиваются с атомами газа, выбивая еще больше свободных электронов, умножая их количество. Атомы газа становятся положительно заряженными ионами, т. е. газ ионизируется (в газе могут образовываться и отрицательные ионы, благодаря присоединению электронов к нейтральным атомам).
При этом электроны движутся к полюсу с высоким потенциалом (положительному), в то время как положительные ионы движутся по направлению к низкопотенциальному (отрицательному) полюсу.
Процесс ионизации нарастает лавинообразно – возникает газовый разряд, который и есть электрический ток в газе.
Ярким примером газового разряда является молния.
Как известно, молния может пробивать либо от облака к земле, либо от облака к облаку. В некоторых случаях она даже идет от земли к облаку. На самом деле молния не стремится к «земле», а просто ищет путь к более низкому потенциалу, чтобы уменьшить (разрядить) высокое напряжение, которое образуется, когда слишком много зарядов скапливаются в одном месте.
Как правило, этот более низкий потенциал действительно земля, но не всегда.
Пробивное напряжение
Для возникновения газового разряда необходимо определенное напряжение, которое называется пробивным напряжением.
Это такой потенциал, который обеспечивает достаточное количество энергии, чтобы образовалось необходимое для газового разряда количество ионов.
Все диэлектрики, как и газы, имеют определенное значение пробивного напряжения.
Проводимость в газах
Таким образом, в газах сочетаются два вида проводимости: электронная и ионная.
В отличие от растворов электролитов, в газах отрицательный заряд в основном переносится не отрицательными ионами, а электронами.
Еще одно отличие: образование ионов в газе происходит за счет воздействия внешних факторов – высокого напряжения, нагревания, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного) или космических лучей – в то время как в растворах электролитов образование ионов вызвано ослаблением межмолекулярных связей.
Если в какой-то момент внешний фактор прекратит свое действие на газ, то ток тоже прекратится. При этом положительно заряженные ионы и электроны могут опять объединиться – рекомбинировать.
Плазма, как особое состояние ионизованного газа
Ионизованное состояние газа получило название плазмы.
Если быть точнее, плазма - это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадают.
Следует сказать, - нет четкой границы между плазмой и просто ионизированным газом. Принято лишь условно считать, что газ превращается в плазму в тот момент, когда начинает проявлять ее свойства, основное из которых — электропроводность.
При комнатной температуре воздух является диэлектриком, хотя и содержит некоторое количество ионов и свободных электронов. Чем температура воздуха выше, тем интенсивнее движутся частицы, тем больше их скорость и чаще столкновения, приводящие к увеличению степени ионизации и, соответственно, к росту проводимости.
С этой точки зрения пламя спички и электрическая дуга — все это плазма (низкотемпературная).
Желающие могут провести простые эксперименты с пламенем, подтверждающие, что обычное пламя от спички реагирует на магнитное поле и вполне себе заметно проводит электрический ток, т. е. проявляет свойства проводника.
Свойства плазмы
● Электропроводность (проводимость). Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяется на слабо ионизированную (доли процента), частично ионизированную (несколько процентов) и полностью ионизированную (100%). Слабо ионизированной плазмой является ионосфера — верхний слой земной атмосферы. В состоянии полностью ионизированной плазмы находятся Солнце, горячие звезды (температура порядка 10 6 - 10 8 К). При очень высокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам.
● Между частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленно убывающие с расстоянием.
● Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих ее частиц. Частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных движениях.
● Заряженные частицы плазмы очень подвижны, за счет чего легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей.
Плазма в природе
В масштабах Вселенной плазма - наиболее распространенное агрегатное состояние вещества (по массе около 99,9%). Из плазмы состоят Солнце, звезды (высокотемпературная плазма), солнечный ветер, ионосфера, северное сияние, коронный разряд, электрическая дуга, пламя (низкотемпературная плазма).
Статьи по теме: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
2. Направление электрического тока
3. Постоянный и переменный ток
4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Что такое электрический ток?
8. Электрический ток в вакууме
9. О проводимости полупроводников
Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. При обычных температурах и атмосферном давлении газы могут содержать некоторое (очень малое) количество свободных электронов.
Когда между двумя точками газовой среды при очень низком давлении прикладывается высокая разность потенциалов, немногие свободные электроны ускоряются и сталкиваются с атомами газа, выбивая еще больше свободных электронов, умножая их количество. Атомы газа становятся положительно заряженными ионами, т. е. газ ионизируется (в газе могут образовываться и отрицательные ионы, благодаря присоединению электронов к нейтральным атомам).При этом электроны движутся к полюсу с высоким потенциалом (положительному), в то время как положительные ионы движутся по направлению к низкопотенциальному (отрицательному) полюсу.
Процесс ионизации нарастает лавинообразно – возникает газовый разряд, который и есть электрический ток в газе.
Как известно, молния может пробивать либо от облака к земле, либо от облака к облаку. В некоторых случаях она даже идет от земли к облаку. На самом деле молния не стремится к «земле», а просто ищет путь к более низкому потенциалу, чтобы уменьшить (разрядить) высокое напряжение, которое образуется, когда слишком много зарядов скапливаются в одном месте.
Как правило, этот более низкий потенциал действительно земля, но не всегда.
Пробивное напряжение
Для возникновения газового разряда необходимо определенное напряжение, которое называется пробивным напряжением.
Это такой потенциал, который обеспечивает достаточное количество энергии, чтобы образовалось необходимое для газового разряда количество ионов.
Все диэлектрики, как и газы, имеют определенное значение пробивного напряжения.
Проводимость в газах
Таким образом, в газах сочетаются два вида проводимости: электронная и ионная.
В отличие от растворов электролитов, в газах отрицательный заряд в основном переносится не отрицательными ионами, а электронами.
Еще одно отличие: образование ионов в газе происходит за счет воздействия внешних факторов – высокого напряжения, нагревания, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного) или космических лучей – в то время как в растворах электролитов образование ионов вызвано ослаблением межмолекулярных связей.
Если в какой-то момент внешний фактор прекратит свое действие на газ, то ток тоже прекратится. При этом положительно заряженные ионы и электроны могут опять объединиться – рекомбинировать.
Плазма, как особое состояние ионизованного газа
Если быть точнее, плазма - это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадают.
Следует сказать, - нет четкой границы между плазмой и просто ионизированным газом. Принято лишь условно считать, что газ превращается в плазму в тот момент, когда начинает проявлять ее свойства, основное из которых — электропроводность.
При комнатной температуре воздух является диэлектриком, хотя и содержит некоторое количество ионов и свободных электронов. Чем температура воздуха выше, тем интенсивнее движутся частицы, тем больше их скорость и чаще столкновения, приводящие к увеличению степени ионизации и, соответственно, к росту проводимости.
С этой точки зрения пламя спички и электрическая дуга — все это плазма (низкотемпературная).
Желающие могут провести простые эксперименты с пламенем, подтверждающие, что обычное пламя от спички реагирует на магнитное поле и вполне себе заметно проводит электрический ток, т. е. проявляет свойства проводника.
Свойства плазмы
● Электропроводность (проводимость). Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяется на слабо ионизированную (доли процента), частично ионизированную (несколько процентов) и полностью ионизированную (100%). Слабо ионизированной плазмой является ионосфера — верхний слой земной атмосферы. В состоянии полностью ионизированной плазмы находятся Солнце, горячие звезды (температура порядка 10 6 - 10 8 К). При очень высокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам.
● Между частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленно убывающие с расстоянием.
● Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих ее частиц. Частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных движениях.
● Заряженные частицы плазмы очень подвижны, за счет чего легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей.
Плазма в природеВ масштабах Вселенной плазма - наиболее распространенное агрегатное состояние вещества (по массе около 99,9%). Из плазмы состоят Солнце, звезды (высокотемпературная плазма), солнечный ветер, ионосфера, северное сияние, коронный разряд, электрическая дуга, пламя (низкотемпературная плазма).
Статьи по теме: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
2. Направление электрического тока
3. Постоянный и переменный ток
4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Что такое электрический ток?
8. Электрический ток в вакууме
9. О проводимости полупроводников
Комментариев нет:
Отправить комментарий