Презентація на тему «Електричний струм у газах» (варіант 7)

Електричний струм у газах

Газовий розряд — явище протікання електричного струму в газах.
Газ складається із нейтральних атомів і молекул, тому для забезпечення електропровідності необхідне виникнення носіїв заряду -іонізація.  Джерелом іонізації може бути зовнішнє опромінення високоенергетичними фотонами -ультрафіолетовими, рентгенівськими чи гамма-променями.

При малих зовнішніх електричних полях провідність газів зумовлена зовнішніми джерелами іонізації. Розряд, який виникає в таких умовах, називають несамостійним розрядом.
Розряди, які виникають у сильних електричних полях за рахунок іонізації, що виникає при протіканні струму, називаються самостійними газовими розрядами.

Розрізняють такі типи самостійних газових розрядів:
Тліючий розряд
Дуговий розряд
Іскровий розряд
Коронний розряд

Тліючий розряд
Це тип газового розряду із неоднорідним розподілом електричного поля між катодом і анодом.
Це самостійний розряд, в якому катод випромінює електрони внаслідок бомбардування позитивними йонами й високоенергетичними світловими квантами.
При тліючому розряді проміжок між катодом і анодом розділяється на області, що характеризуються різною яскравістю, і в яких відбуваються різні процеси. Основний спад напруги при тліючому розряді відбувається поблизу катода. Його називають катодним падінням потенціалу.
Тліючий розряд використовується в люмінесцентних лампах, плазмових телевізорах, для досліджень із фізики плазми та елементного аналізу.

Дуговий розряд
Це вид самостійного газового розряду, який виникає за високої температури між електродами, розведених на невелику відстань і супроводжується яскравим світінням у формі дуги.
Для дугового розряду характерні: велика густина струму і напруга між електродами порядку кількох десятків вольт. Він є результатом інтенсивного викидання термоелектронів розжареним катодом. Електрони прискорюються електричним полем і спричинюють ударну іонізацію молекул газу, тому електричний опір газового проміжку між електродами невеликий. При збільшенні сили струму дугового розряду провідність газового проміжку настільки сильно збільшується, що напруга між електродами дуги спадає.
Дуговий розряд використовується при зварюванні й різанні матеріалів, в електричних печах, дугових лампах тощо.
Між іншим дуговий розряд відкрив у 1802 році російський вчений Петров Василь Володимирович. Тому його часто називають також дугою Петрова.

Іскровий розряд
Має вигляд яскравих зигзагоподібних розгалужених ниток — каналів іонізованого газу, які пронизують розрядний проміжок і зникають, замінюючись новими. Супроводжується виділенням великої кількості теплоти і яскравим свіченням газу. Явища, які характеризують даний розряд, викликаються електронними та іонними лавинами, що виникають в іскрових каналах, де тиски збільшуються до сотень атмосфер, а температура підвищується до 10 000°С. Прикладом іскрового розряду є блискавка.
Іскровий розряд (іскра електрична) — нестаціонарна форма електричного розряду, що відбувається в газах. Такий розряд виникає зазвичай при тиску порядку атмосферного і супроводжується характерним звуковим ефектом — «тріском» іскри.

Іскровий розряд зазвичай відбувається, якщо потужність джерела енергії недостатня для підтримання стаціонарного дугового розряду або тліючого розряду. У цьому випадку одночасно з різким зростанням розрядного струму напруга на розрядному проміжку протягом дуже короткого часу падає нижче напруги згасання іскрового розряду, що призводить до припинення розряду. Потім різниця потенціалів між електродами знову зростає, досягає напруги запалювання і процес повторюється. В інших випадках, коли потужність джерела енергії досить велика, також спостерігається вся сукупність явищ, характерних для цього розряду, але вони є лише перехідним процесом, що призводить до встановлення розряду іншого типу — найчастіше дугового.

Цікавинка: фігури Ліхтенберга
Фігури Ліхтенберга - розгалуджені електро-розряди, які можуть з'являтися на поверхні та середині ізолюючих матеріалів (твердих тіл, рідин або газів) в процесі електричного пробою. 

Коронний розряд
Тип газового розряду, що виникає в сильних неоднорідних електричних полях навколо електродів із великою кривиною в газах із доволі високою густиною.
Коронний розряд проявляється візуально у вигляді світіння навколо гострих кутів електрода.
Якщо коронний розряд виникає навколо негативного електрода, то корона називається негативною, якщо навколо позитивного електрода — позитивною. Механізми виникнення позитивної й негативної корони різні.

Коронні розряди нерідко виникають в природних умовах, як результат дії атмосферної електрики. Явище виникнення корон на верхів'ях дерев, корабельних щоглах тощо, отримало назву вогнів святого Ельма. Коронні розряди утворюються також навколо високовольтних ліній. Йонізуючи повітря навколо провідників, вони приводять до втрат електроенергії.
Коронний розряд використовується в фільтрах, які служать для очистки промислових газів від частинок пилу й диму.

Досить тривалий електричний розряд, який виникає при великому напруженні електричного поля в атмосфері в вигляді світних пучків на гострих кінцях високих предметів.  Явище назвали в честь святого Ельма, який вважається покровителем моряків. Гроза і шторм в морі — явище страшне і небажане.  Розповідають, що Ельм помер на морі під час сильного шторму, перед смертю пообіцявши морякам, що з'явиться їм у тому чи іншому вигляді, щоб повідомити, чи судилося їм врятуватися. Незабаром після цього на щоглі з'явилося дивне світіння, що моряки сприйняли як знак від святого.

Цікавинка: Трансформатор Тесли
Пристрій, винайдений Ніколою Теслою, що носить його ім'я і виконаний у вигляді трансформатора, ввімкнутого обмотками в коливальні контури, які працюють в резонансному режимі та служить для утворення високої електричної напруги (десятки кіловольт) високої частоти. Під час роботи котушка Тесли створює візуально гарні ефекти, пов'язані з утворенням різних видів газових розрядів. Часто створюють трансформатори Тесли заради того, щоб подивитися на ці дивовижно гарні явища. Загалом котушка Тесли може спричиняти 4 види розрядів: коронний, дуговий, спарк і стимери.

Презентацію підготувала учениця 9-А класу Шовкань Дарина