Процесс протекания электриче­ского тока через газ называют га­зовым разрядом.

Ионизация газов. Мы видели, что при комнатной температуре воз­дух очень плохой проводник. При

нагревании проводимость воздуха возрастает. Увеличение проводимо­сти воздуха можно вызвать .и иными способами, например действием из­лучений: ультрафиолетового, рентге­новского, радиоактивного и др.

При обычных условиях газы поч­ти полностью состоят из нейтраль­ных атомов или молекул и, следо­вательно, являются диэлектриками. Вследствие нагревания или воздей­ствия излучением часть атомов иони­зуется — распадается на положи­тельно заряженные ионы и электро­ны. В газе могут обра­зовываться и отрицательные ионы, которые появляются благодаря при­соединению электронов к нейтраль­ным атомам.

Ионизация газов при нагревании объясняется тем, что по мере нагре­вания молекулы движутся быстрее. При этом некоторые молекулы на­чинают двигаться так быстро, что часть из них при столкновениях распадается, превращаясь в ионы. Чем выше температура, тем больше образуется ионов.

Проводимость газов. Механизм проводимости газов похож на меха­низм проводимости растворов и рас­плавов электролитов. Разница со­стоит в том, что отрицательный заряд переносится в основном не отрицательными ионами, как в вод­ных растворах или расплавах элект­ролитов, а электронами.

Несамостоятельный разряд. Для исследования разряда в газе при различных давлениях удобно исполь­зовать стеклянную трубку с двумя электродами.

Пусть с помощью какого-либо ионизатора в газе образуется в се­кунду определенное число пар заря­женных частиц: положительных ионов и электронов.

При небольшой разности потен­циалов между электродами трубки положительно заряженные ионы пе­ремещаются к отрицательному элект­роду, а электроны и отрицательно заряженные ионы — к положитель­ному электроду. В результате в труб­ке возникает электрический ток, т. е. происходит газовый разряд.

Не все образующиеся ионы дости­гают электродов; часть их воссоеди­няется с электронами, образуя нейт­ральные молекулы газа. По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки доля за­ряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается. Возрас­тает и сила тока в цепи. Наконец, наступает момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе за секунду, достигают за это время электродов. При этом даль­нейшего роста тока не происходит. Ток, как говорят, дости­гает насыщения. Если действие иони­затора прекратить, то прекратится и разряд, так как других источников ионов нет. По этой причине разряд называют несамостоятельным раз­рядом.

Самостоятельный разряд.

Опыт показыва­ет, что в газах при увеличении раз­ности потенциалов между электро­дами, начиная с некоторого значе­ния, сила тока снова возрастает. Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы сверх тех, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи

раз, а число ионов, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний иони­затор будет уже не нужен для- под­держания разряда. Если убрать внешний ионизатор, то разряд не прекратится. Так как разряд не нуждается для своего поддержания во внешнем ионизаторе, его назы­вают самостоятельным разрядом.

Тлеющий разряд. При низких в труб­ке наблюдается тлеющий разряд. Для возбуждения тлеющего разряда достаточно напряжения между элект­родами в несколько сотен вольт. При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым положитель­ным столбом.

Тлеющий разряд используют в трубках для реклам. Положительный столб в аргоне имеет синевато-зеленоватый цвет.

Электрическая дуга. При сопри­косновении двух угольных стержней

в месте их контакта из-за большого сопротивления выделяется большое количество теплоты. Температура повышается настолько, что начина­ется термоэлектронная эмиссия. Вследствие этого при раздвижении угольных электродов между ними начинается разряд. Между углями возникает столб ярко светящегося газа—электрическая дуга (рис. 193). Проводимость газа в этом случае значительна и при атмосферном дав­лении, так как число электронов, испускаемых отрицательным элект­родом, очень велико.

Если увеличивать силу тока при тлеющем разряде, то темпе­ратура катода за счет бомбарди­ровки ионами увеличится настоль­ко, что начнется дуговой разряд. Таким образом, для возникнове­ния дугового разряда не обязатель­но предварительное сближение элект­родов.

Дуговой разряд — мощный источ­ник света, его используют в прожек­торах.

Другие типы самостоятельного разряда. При атмосферном давлении вблизи заостренных участков про­водника, несущего большой электри­ческий заряд, наблюдается газовый разряд, светящаяся область кото­рого напоминает корону. Этот разряд, называемый коронным, вызывается высокой (около 3*10⁶ В/м) напряженностью элект­рического поля вблизи заряженного острия.

При очень низких температурах все вещества находятся в твердом состоянии. Нагревание вызывает пе­реход вещества из твердого состоя­ния в жидкое. Дальнейшее повы­шение температуры приводит к пре­вращению жидкости в газ.

При достаточно больших темпе­ратурах начинается ионизация газа за счет столкновений быстро дви­жущихся атомов или молекул. Ве­щество переходит в новое состояние,

называемое плазмой. Плазма—это частично или полностью ионизован­ный газ, в котором плотности поло­жительных и отрицательных зарядов практически совпадают.

Свойства плазмы.

1. Из-за большой подвижности заряженные частицы плазмы легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей.

2. Между частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленно убывающие с расстоянием.

3. Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих частиц. Частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных движениях.

4. Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. При высокой температуре проводимость плазмы приближается к сверхпроводникам.

Билет №20

1 Магнитная проницаемость. По­стоянные магниты могут быть изго­товлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в маг­нитное поле, намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле. Бла­годаря этому вектор магнитной ин­дукции В в однородной среде отличается от вектора Во в той же точке пространства в вакууме.

О тношение характеризую­щее магнитные свойства среды, по­лучило название магнитной

прони­цаемости среды.

В однородной среде маг­нитная индукция равна: где m — магнитная проницаемость данной среды.

Магнитные свойства любого тела определяются замкну­тыми электрическими токами внутри него.

Парамагнетиками называются вещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним полем. Магнитная проницаемость наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы: 1,00036- у платины и 1,00034- у жидкого кислорода. Диамагнетиками называются вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Диамагнитными свойствами обладают серебро, свинец, кварц. Магнитная проницаемость диамагнетиков отличается от единицы не более чем на десятитысячные доли.

Ферромагнетики и их примене­ние. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, мож­но во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники транс­форматоров, генераторов, электро­двигателей и т. д. изготовляют из ферромагнетиков.

При выключении внешнего маг­нитного поля ферромагнетик оста­ется намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем про­странстве. Упорядоченная ориента­ция элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитно­го поля. Благодаря этому сущест­вуют постоянные магниты.

Постоянные магниты находят широкое применение в электроиз­мерительных приборах, громкогово­рителях и телефонах, звукозаписы­вающих аппаратах, магнитных ком­пасах и т. д.

Большое применение получили ферриты — ферромагнитные матери­алы, не проводящие электрического тока. Они представляют собой хи­мические соединения оксидов желе­за с оксидами других веществ. Пер­вый из известных людям ферромаг­нитных материалов—магнитный железняк — является ферритом.

I Температура Кюри. При темпе­ратуре, большей некоторой опреде­ленной для данного ферромагнети­ка, ферромагнитные свойства его исчезают. Эту температуру называ­ют температурой Кюри. Если сильно нагреть намагниченный гвоздь, то он поте­ряет способность притягивать к себе железные предметы. Температура Кюри для железа 753 °С, для никеля 365 °С, а для кобальта 1000°С. Су­ществуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри мень­ше 100°С.