ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПРИБОРЫ Подготовила ученица 10 Л класса Захарова Анна
Электрический ток в газах Все газы в естественном состоянии не проводят электрический ток. Газ становится проводником при особых условиях.
Механизм проводимости газов Ионизация газа – распад молекул на положительно заряженные ионы и электроны. Рекомбинация – обратный процесс.
Способы ионизации Термическая ионизация Фотоионизация Ионизация электронным ударом Ионизатор — устройство для получения свободных ионов. Энергия связи - минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома или молекулы.
Ударная ионизация Потенциал ионизации – минимальная разность потенциалов U, которую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации частицы. Потенциал ионизации частицы X с образованием частицы X' соответствует процессу: e X X' e X + е => X' + 2 е. e
Более общее понятие – энергия ионизации. Энергия ионизации – минимальная энергия, необходимая для удаления электрона из частицы на бесконечность. Связь энергии ионизации с потенциалом ионизации где е – элементарный электрический заряд. E=Ue
Плазма – частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Плазменная лампа Степень ионизации плазмы - отношение объемной концентрации заряженных частиц к общей объемной концентрации частиц. По степени ионизации По температуре Слабо ионизованная (α~ долей %). Низкотемпературная (Т < 105 К) Частично ионизованная (α~ 1%). Высокотемпературная (Т~ 106 -108 К) Сильно ионизованная (α~ 100%).
Плазма иногда называется четвёртым агрегатным состоянием вещества. Концентрация носителей тока в плазме очень велика, поэтому плазма обладает хорошей электропроводностью, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями. Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году, возможно из-за ассоциации с плазмой крови. Несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. По сегодняшним представлениям фазовым состоянием большей части вещества (по массе ок. 99, 9%) во Вселенной является плазма. Все звёзды состоят из плазмы, и даже пространство между ними заполнено плазмой, хотя и очень разреженной.
Газовый разряд процесс прохождения электрического тока через газ Несамостоятельный газовый разряд электрический разряд в газе, для поддержания которого требуется внешний ионизатор. Самостоятельный газовый разряд электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора.
Типы самостоятельного разряда и их техническое применение
Тип разряда Условия Тлеющий разряд низкое давление 4 — астоново тёмное пространство; 3 — астоново свечение; 5 — катодное тёмное пространство; 2 — катодное (отрицательное, тлеющее) свечение; 6 — фарадеево тёмное пространство; 1 — положительный столб Наблюдение - ионные и электронные рентгеновские трубки; - источник света в газоразрядных трубках; Применение - катодное распыление металлов; - изготовление высококачественных металлических зеркал; - в газовых лазерах.
Тип разряда Коронный разряд нормальном давление в газе, Условия сильно неоднородное электрическое поле (н-р, около остриев или проводов линий высокого напряжения). Наблюдение -Электрическая очистка газов (электрофильтры) Применение - Счетчики элементарных частиц (счетчик Гейгера – Мюллера) - Громоотвод
Тип разряда Условия Дуговой разряд большая сила тока и сравнительно небольшое напряжение между электродами (порядка нескольких десятков вольт). Основной причиной дугового разряда является интенсивное испускание термоэлектронов Наблюдение раскаленным катодом. -мощные источники света (прожекторы, проекционные киноаппараты); Применение - электропечи для плавки металла; - сварка и резка металла.
Тип разряда Условия Искровой разряд нормальное давление в газе, большая напряжённость электрического поля Ионизация происходит по отдельным каналам, проходящим в тех местах, где концентрация ионов случайно Наблюдение оказалась наибольшей. Разряд сопровождается выделением большого количества теплоты, ярким свечением газа, треском или громом. Применение -инициирование взрывов и процессов горения, -измерение высокого напряжения; спектральный анализ -регистрация заряж. частиц (искровой счётчик ), -переключатели электрич. цепей; обработка металлов и т. п.
Газоразрядные лампы источники света, излучающий энергию в видимом диапазоне, физической основой действия которых является электрический разряд в газах при давлении ниже атмосферного. Используемые газы: Неон Аргон Криптон Ксенон Пары ртути Применение Витрины, вывески. Автомобильные фары Декоративное наружное освещение: освещение зданий и пешеходных зон Художественное освещение театров, кино и эстрады [профессиональное световое оборудование]
Характеристики газоразрядных ламп Преимущества Недостатки -высокая стоимость Высокая эффективность -наличие токсичных компонентов Длительный срок службы по сравнению лампами накаливания Экономичность. -необходимость пускорегулирующей аппаратуры -высокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения - наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты
Электрический ток в вакууме В 1879 г американский ученый и изобретатель Томас Эдисон обнаружил, что в вакуумной стеклянной колбе возникает электрический ток, если один из электродов нагреть до высокой температуры. Термоэлектронная эмиссия – свойство тел, нагретых до высокой температуры, испускать электроны.
Электровакуумные приборы Электронные течет чисто электронный ток в вакууме. В электронных приборах ионизация практически отсутствует, а давление газа менее 100 мк. Па (высокий вакуум). Ионные (газоразрядные) характерен электрический разряд в газе (или парах). В ионных приборах давление 133 • 10 -3 Па (10 -3 мм рт. ст. ) и выше. При этом значительная часть движущихся электронов сталкивается с молекулами газа и ионизирует их.
Вакуумный диод – прибор с двумя электродами находящимися в вакуумированной колбе. Катод предназначен для создания электронного потока за счёт термоэмиссии.
Работа вакуумного диода. ВАХ При повышении температуры катода в цепи катод – анод появляется эл. ток. При постоянной температуре катода ток в цепи катод – анод возрастает с повышением разности потенциалов U между катодом и анодом и выходит к некоторому стационарному значению, называемому током насыщения Iн. При этом все термоэлектроны, испускаемые катодом, достигают анода. Величина тока анода не пропорциональна U, и поэтому для вакуумного диода закон Ома не выполняется. Основное свойство диода — способность проводить ток в одном направлении.
Триод Вакуумный триод имеет такую же конструкцию, как и диод, однако на пути электронов от катода к аноду в триоде располагается третий электрод, называемый сеткой. Сетка служит для электростатического управления анодным током. Если изменять потенциал сетки, то изменяется электрическое поле и вследствие этого изменяется катодный ток лампы.
Работа триода Подобно диодам триоды обладают односторонней проводимостью. Но для выпрямления переменного тока их применять нет смысла, так как диоды проще по конструкции. Возможность управления анодным током с помощью сетки определяет основное назначение триодов — усиление электрических колебаний. Триоды применяются также для генерации электрических колебаний различной частоты.
Электронно-лучевая трубка 1. Катод. 2. Анод. 3. Вертикально отклоняющие пластины. 4. Горизонтально отклоняющие пластины. 5. Электронный луч. 6. Экран.
Газотрон — простейший прибор дугового разряда. Колба газотрона заполненной инертным газом или парами ртути. Конструкция прибора дает возможность при сравнительно небольших анодных напряжениях получать режим дугового разряда, минуя фазу тлеющего разряда.
Тиратрон — газоразрядный прибор с анодом, катодом и управляющей сеткой; заполненный парами ртути или инертными газами. Сетка предназначена для запуска прибора, в данном случае для образования дугового разряда. Тиратрон представляет собой своеобразное высокочувствительное быстродействующее реле, которое можно включить (зажечь), но нельзя выключить, не снимая напряжения с анода. Для зажигания его в нужные моменты времени достаточно подать на сетку кратковременный положительный импульс.
Скачать презентацию ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПРИБОРЫ
Электрический ток.ppt