![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Электрический ток в газах |
Самостоятельная и несамостоятельная проводимость газов. В естественном состоянии газы не проводят электрического тока, т.е. являются диэлектриками. В этом легко убедиться с помощью простого тока, если цепь прервана воздушным промежутком. Изолирующие свойства газов объясняются тем, что атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными незаряженными частицами. Отсюда ясно, что для того, чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда – заряженные частицы. При этом возможны два случая: либо эти заряженные частицы создаются действием какого-нибудь внешнего фактора или вводятся в газ извне – несамостоятельная проводимость, либо они создаются в газе действием самого электрического поля, существующего между электродами – самостоятельная проводимость. В приведенном рисунке гальванометр в цепи показывает отсутствие тока несмотря на приложенное напряжение. Это свидетельствует об отсутствии проводимости газов в обычных условиях. Нагреем теперь газ в промежутке 1-2 до очень высокой температуры, внеся в него зажженную горелку. Гальванометр укажет появление тока, следовательно при высокой температуре доля нейтральных молекул газа распадается на положительные и отрицательные ионы. Такое явление называется ионизацией газа. Если направить в газовый промежуток струю воздуха от маленькой воздуходувки, и на пути струи, вне промежутка, поместить ионизующее пламя, то гальванометр покажет некоторый ток. Это значит, что ионы не исчезают мгновенно, а перемещаются вместе с газом. Однако при увеличении расстояния между пламенем и промежутком 1-2 ток постепенно ослабевает, а затем исчезает. При этом разноименно заряженные ионы стремятся сблизиться под влиянием силы электрического притяжения и при встрече вновь воссоединяются в нейтральную молекулу. Такой процесс носит название рекомбинации ионов. Нагревание газа до высокой температуры не является единственные способом ионизации молекул или атомов газа. Нейтральные атомы или молекулы газа могут ионизироваться также и под воздействием других факторов. Ионная проводимость имеет рад особенностей. Так, нередко положительные и отрицательные ионы представляют собой не единичные ионизированные молекулы, а группы молекул, прилипших к отрицательному или положительному электрону. Благодаря этому, хотя заряд каждого иона равен одному-двум, редко большему числу элементарных зарядов, массы их могут значительно отличаться от масс отдельных атомов и молекул. Этом газовые ионы существенно отличаются от ионов электролитов, представляющих всегда определенные группы атомов. В силу этого различия при ионной проводимости газов не имеют место законы Фарадея, столь характерные для проводимости электролитов. Второе, также очень важное, отличие ионной проводимости газов от ионной проводимости электролитов состоит в том, что для газов не соблюдается закон Ома: вольтамперная характеристика имеет более сложный характер. Вольтамперная характеристика проводников (в том числе и электролитов) имеет вид наклонной прямой (пропорциональность I и U), для газов она имеет разнообразную форму.
В частности, в случае несамостоятельной проводимости, при небольших значениях U график имеет вид прямой, т.е. закон Ома приближенно сохраняет силу; с ростом U кривая загибается с некоторого напряжения и переходит в горизонтальную прямую. Это означает, что начиная с некоторого напряжения, ток сохраняет постоянное значение, несмотря на увеличение напряжения. Это постоянное, не зависящее от напряжения значение силы тока называют током насыщения. Нетрудно понять смысл полученных результатов. Вначале с ростом напряжения увеличивается число ионов, проходящих через сечение разряда, т.е. увеличивается ток I, ибо ионы в более сильном поле движется с большей скоростью. Однако, как бы быстро не двигались ионы, число их, проходящее через это сечение за единицу времени, не может быть больше, чем общее число ионов, создаваемых в разряде в разряде в единице времени внешними ионизирующим фактором. Опыты показывают, однако, что если после достижения тока насыщения в газе продолжать значительно повышать напряжение, то ход вольтамперной характеристики внезапно нарушается. При достаточно большом напряжении ток резко возрастает. Скачок тока показывает, что число ионов сразу резко возросло. Причиной этого является само электрическое поле: оно сообщает некоторым ионам столь большие скорости, т.е. столь большую энергию, что при соударении таких ионов с нейтральными молекулами последние разбиваются на ионы. Общее число ионов определяется теперь не ионизирующим фактором, а действием самого поля, которое может само поддерживать необходимую ионизацию: проводимость из несамостоятельной становится самостоятельной. Описанное явление внезапного возникновения самостоятельной проводимости, имеющее характер пробоя газового промежутка, - не единственная, хотя и весьма важная, форма возникновения самостоятельной проводимости. Искровой разряд. При достаточно большой напряженности поля (около 3 МВ/м) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и внезапно расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск. Описанная форма газового разряда носит название искрового разряда или искрового пробоя газа. При наступлении искрового разряда газ внезапно утрачивает свои диэлектрические свойства и становится хорошим проводником. Напряженность поля, при которой наступает искровой пробой газа, имеет различное значение у разных газов и зависит от их состояния (давления, температуры). Чем больше расстояние между электродами, тем большее напряжение между ними необходимо для наступления искрового пробоя газа. Это напряжение называется напряжением пробоя. Зная, как зависит напряжение пробоя от расстояния между электродами какой-либо определенной формы, можно измерить неизвестное напряжение по максимальной длине искры. На этом основано устройство искрового вольтметра для грубой больших напряжений. Он состоит из двух металлических шаров, закрепленных на стойках 1 и 2, 2-я стойка с шаром может приближаться или удаляться от первой при помощи винта.
Шары присоединяют к источнику тока, напряжение которого требуется измерить, и сближают их до появления искры. Измеряя расстояние при помощи шкалы на подставке, можно дать грубую оценку напряжению по длине искры (пример: при диаметре шара 5 см и расстоянии 0,5 см напряжение пробоя равно 17,5 кВ, а при расстоянии 5 см – 100 кВ). Возникновение пробоя объясняется следующим образом: в газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток – ион. Свободный электрон 1 при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон 2 и свободный положительный ион. Электроны 1 и 2 при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляет их на электроны 3 и 4 и свободные положительные ионы, и т.д. Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома – работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов. Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому этот процесс был назван ионной лавиной. Образование ионной лавины и есть процесс искрового пробоя, а то минимальное напряжение, при котором возникает ионная лавина, есть напряжение пробоя. Таким образом, при искровом пробое причина ионизации газа заключается в разрушении атомов и молекул при соударениях с ионами (ударная ионизация). Молния. Красивое и небезопасное явление природы – молния – представляет собой искровой разряд в атмосфере. Уже в середине 18-го века обратили внимание на внешнее сходство молнии с электрической искрой. Высказалось предположение, что грозовые облака несут в себе большие электрические заряды и что молния есть гигантская искра, ничем, кроме размеров, не отличающаяся от искры между шарами электрической машины. На это указывал, например, русский физик и химик Михаил Васильевич Ломоносов (1711-65), наряду с другими научными вопросами занимавшийся атмосферным электричеством. Это было доказано на опыте 1752-53 г.г. Ломоносовым и американским ученым Бенджамином Франклином (1706-90), работавшими одновременно и независимо друг от друга. Ломоносов построил «громовую машину» - конденсатор, находившийся в его лаборатории и заряжавшийся атмосферным электричеством посредством провода, конец которого был выведен из помещения и поднят на высоком шесте. Во время грозы из конденсатора можно было рукой извлекать искры.
Но тот, кто постигнет своеобразие Вашей творческой личности, поймет, что именно Вам, свободному от всех предубеждений исследователю, сочетающему законченное искусство эксперимента с высочайшей научной добросовестностью и внимательностью должно было выпасть счастье сделать это великое открытие". Рентген опубликовал о своих Х-лучах три небольшие статьи. За первым сообщением в конце декабря 1895 года, собственно свидетельством о рождении рентгеновских лучей, в марте 1896 года последовала вторая заметка, в которой прежде всего рассматривалась способность новых лучей делать воздух и другие газы проводниками электрического тока. Третье, и последнее, сообщение появилось годом позже, в марте 1897 года. В нем ученый изложил свои наблюдения над рассеиванием Х-лучей в воздухе. Ему не удалось, несмотря на все старания, доказать их преломление. Это было сделано лишь спустя полтора десятилетия его учениками Вальтером Фридрихом и Паулем Книппингом при экспериментальной проверке гениального предсказания Лауэ. Одним из немногих источников сведений по истории открытия рентгеновских лучей является беседа, которую Рентген имел в январе 1896 года с сотрудниками одного из американских журналов
1. Электромеханические свойства привода с двигателями переменного тока
2. Изучение регулировочных свойств электропривода с двигателем постоянного тока
10. Значение газа и перспективы развития газовой отрасли в Казахстане
11. Разработка анализатора газов на базе газового сенсора RS 286-620
12. Общая геология. Геология нефти и газа
13. Дуговая сварка в защитном газе
14. Расчет электроприводов постоянного и переменного тока
15. Испытания генераторов постоянного тока методом взаимной индукции
16. Генераторы переменного тока
18. Кузовной участок автомобилей (Москвич, ГАЗ, ИЖ)
19. Клапаны газо-распределительного механизма и их отличие
20. Устройство, проверка и регулировка карбюратора К-151 автомобиля ГАЗ-3110 "Волга"
21. Разработка технологического процесса ТР топливной аппаратуры автомобиля ГАЗ-31029
25. Устройство газораспределительного механизма ГАЗ 24
26. Расчёт усилителя постоянного тока и источника питания
27. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
28. Организация эксплуатации электровозов постоянного тока
30. Электрический ток в неметаллах
31. Вязкость газов в вакуумной технике
32. Действие электрического тока на организм человека
33. Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока
34. Влияние вращательного и поступательного движения молекул на теплоёмкость многоатомных газов
35. Реальные газы
36. Действие электрического тока на организм человека
37. Природный газ
41. Развитие трубопроводного транспорта газа в Тюменской области
42. История ОАО ГАЗ
43. ОАО ГАЗ не только автомобили
44. Безинерциальные заряды и токи. Гипотеза об эквивалентности 2-х калибровок
45. Типы приборов для сварки электрическим током
47. Первая помощь при повреждении электрическим током
48. Первая помощь при повреждении электрическим током
50. Табличные значения наиболее распространенных газов
51. Угарный газ
52. Система рециркуляции отработавших газов (EGR)
53. Постоянный электрический ток
57. Свободные токи в космической упряжке
58. Методическое руководство по расчету машины постоянного тока (МПТ)
59. Определение экономической эффективности участка на переменном и постоянном токе
60. Методы измерения переменных токов и напряжений средней и низкой частоты
61. Расчет дифференциального каскада с транзисторным источником тока
62. Расчёт дифференциального каскада с транзисторным источником тока
63. Генераторные установки переменного тока
64. Машины постоянного тока параллельного возбуждения
65. Подготовка нефти и газа к транспорту
66. Обмотки якорей машин постоянного тока
67. Организация ремонта переднего моста ГАЗ-53А
68. Система автоматического регулирования генератора постоянного тока
69. Влияние вращательного и поступательного движения молекул на теплоёмкость многоатомных газов
73. Расчет тягового электромагнита постоянного тока
74. Фильтрация газов(баротермический эффект)
75. Идеальный газ. Распределение Больцмана
76. Трехфазный ток
77. Электрический ток в неметаллах
78. Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока
80. Нефть, газ и основные продукты их переработки
82. Очистка промышленных газов от газообразных и дисперсных примесей
83. Описание технологий очистки воздуха от вредных газов
84. Круговорот углекислого газа. Парниковый эффект.
85. Система инертных газов на танкере и разработка скруббера
89. Экспорт нефти и газа в России
90. Система автоматического регулирования температуры газов в газотурбинном двигателе
91. Поражение электрическим током
92. Утечка газа в аварийных режимах
93. Электрические поля токов промышленной частоты
94. Обеспечение безопасности технологических процессов добычи, переработки, транспортировки нефти и газа
96. Причинно-следственное толкование спектра излучения газов
97. Абсорбция газов
98. Реальные газы
99. Каталитические реакторы для дожигания отходящих газов
100. Перспективные средства визуального контроля транспорта газа