Меню

Прохождение тока в воздухе

Прохождение тока в воздухе

Металлы, электролиты являются проводниками электрического тока. Проводят ли его газы? Выясним это на опытах.

Составим электрическую цепь из зеркального гальванометра А, двух металлических пластин В и В1 и подключим ее к источнику постоянного тока (рис. 110, а). В цепи тока нет (световой луч стоит на нуле шкалы). Она разорвана между пластинками, де находится воздух. Значит, газы (воздух) при комнатной температуре, нормальном давлении и небольшой влажности электрический ток не проводят, так как в них очень мало свободных заряженных частиц. При размыкании электрической цепи между контактами выключателей оказывается воздух, который изолирует контакты между собой; передача электрической энергии но проводам без изоляции возможна только благодаря изолирующим свойствам воздуха.

Рис 110. Прохождение тока через газ и обнаружение в пламени свободных заряженных частиц
Рис 110. Прохождение тока через газ и обнаружение в пламени свободных заряженных частиц

Поместим между пластинками спиртовку и зажжем ее. Образуется пламя — горящие газы. Световой луч начинает перемещаться по шкале. Это указывает на то, что в цепи, в состав которой входит и участок из газа, течет электрический ток. Если брать спиртовку, он прекратится. Газы пламени в отличие от воздуха проводят электрический ток. Если воздух (газ) между пластинками облучить рентгеновскими лучами или. лучами радиоактивного вещества, или осветить ультрафиолетовыми лучами то он станет проводником тока.

Электрический ток есть поток свободных заряженных частиц. Какие частицы образуют ток в газе? В газе пламени вследствие химических реакций от его атомов и молекул отрываются электроны и в большом количестве образуются свободные заряженные частицы: свободные электроны и положительные ионы В этом нас убеждает раздвоение пламени, помещенного в электрическое поле, на две струи (рис. 110, б). При облучения газа вышеуказанными лучами также образуются свободные электроны и положительные ионы. Те и другие находятся в тепловом движении. Отщепление электронов от атомов или молекул газов, приводящее к образованию положительных ионов и свободных электронов в газе, называется ионизацией газа, а причины, ее вызывающие,- ионизаторами.

Тот факт, что одноатомные газы (гелий, неон, пары ртути) ионизируются, подтверждает то, что при ионизации газов происходит отрыв электронов от атома.

С помощью масс-спектрографа определяют, сколько электронов при ионизации потерял атом, молекула, Примером ионизированного газа в природе является ионосфера. Отрыв электрона от атома, молекул требует затраты энергии. Работа, совершаемая ионизатором для отрыва электрона из атома или молекулы, называется работой ионизации. Ее величина зависит от газа и энергетического состояния вырываемого электрона.

В большинстве газов, кроме инертных, часть свободных электронов, присоединяясь к атомам и молекулам, образует отрицательные ионы. Значит, в ионизированном газе в свободном состоянии имеются электроны, положительные ионы и очень мало отрицательных ионов. Однако большая часть, молекул газа остается нейтральной даже при сильном ионизаторе. Одновременно с ионизацией в газах протекает и обратный процесс — (присоединение электронов к положительным ионам. Этот процесс называется рекомбинацией. Чем медленнее движутся ионы к свободные электроны, тем больше вероятность их рекомбинации. Она протекает без воздействия внешних факторов, поэтому, когда действие ионизатора прекращается, свободные заряженные частицы вследствие рекомбинации исчезают и газ становится диэлектриком. Если действие ионизатора неизменно, то между процессами ионизации и рекомбинации устанавливается динамическое равновесие.

Если в ионизированном газе действует электрическое поле, как это было в нашем опыте, то ионы и свободные электроны приходят в направленное движение, образуя электрический ток. Электрический ток в газах — это встречный поток положительных ионов и свободных электронов. Проводимость газа одновременно и электронная, и ионная. Прохождение тока через газы называется разрядом в газе. Ионы газа, подойдя к электродам, нейтрализуются и уходят обратно в газ в виде нейтральных молекул. Несмотря на то, что в его проводимости, как и в проводимости электролитов, участвуют ионы, ток в газах не связан с химическими превращениями. Этим ток в газах отличается от тока в электролитах.

Источник

Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки.

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.

скорость тока в проводах Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.

Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет. Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме. Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение. Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Популярные заблуждения о скорости света

Еще одним примером такого поверхностного восприятия можно назвать понятие о природе молнии. Многие ли задумываются, какие физические процессы происходят во время грозы? Какова, например, скорость молнии? Можно ли без приборов узнать, на какой высоте бушуют грозовые разряды? Разберемся со всем этим по порядку.

Кто-то может сказать, что молния бьет со скоростью света, и будет не прав. Настолько быстро распространяется вспышка, вызванная гигантским электрическим разрядом в атмосфере, но сама молния гораздо медленнее. Грозовой разряд – это не удар луча света наподобие лазера, хотя визуально похоже. Это сложная структура в насыщенной электричеством атмосфере.

гроза новосибирск академгородок

Ступенчатый лидер или главный канал молнии формируется в несколько этапов. Каждая ступень в десятки метров образуется со скоростью около 100 км/сек вдоль разрядных нитей из ионизированных частиц. Направление меняется на каждом этапе, поэтому молния имеет вид извилистой линии. 100 километров в секунду – это быстро, но до скорости электромагнитной волны очень далеко. В три тысячи раз.

Что быстрее: молния или гром?

Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.

Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:

Читайте также:  У идеального источника тока внутреннее сопротивление равно нулю

Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.

Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.

Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока

Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.

Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один. Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.

Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.

Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света

Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.

адронный коллайдер

Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили. Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.

К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП

Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.

Источник

Польза и вред люстры Чижевского

Лампу или люстру Чижевского можно увидеть в некоторых квартирах. Она особенно хорошо подходит для городских условий, где качество воздуха низкое и много вредных веществ. Устройство не имеет ничего общего с осветительным оборудованием, чаще всего его вешают под потолком, от этого в свое время и произошло название люстра или лампа.

Польза и вред люстры Чижевского

Что такое люстра Чижевского

Прибор был представлен советским ученым-биофизиком А.Л. Чижевским еще в 1931 году, тогда он назвался электроэффлювиальная люстра. Его главное назначение – создание ионов воздуха с отрицательным зарядом. Говоря современным языком это униполярный ионизатор.

Польза и вред люстры Чижевского

Изделие изначально выглядело как круглый или прямоугольный стальной обод, на котором закреплена сетка, которая немного провисает посередине, образовывая полусферу. На всех соединениях сетки припаяны металлические штырьки толщиной около 1 мм и длиной 50 мм, заостренные к концу.

Конструкция подвешивается к потолку недалеко от центра помещения с помощью троса или шнура. Современные компании предлагают аналогичные устройства, которые действуют по тому же принципу и устанавливаются как на потолке, так и на столе.

Более продвинутые решения могут контролировать состав воздуха в комнате и производить не только отрицательные, но и положительные ионы для поддержания их оптимального соотношения. Их называют биполярные ионизаторы.

К сведению! Ионизация – придание нейтральным частицам отрицательного заряда за счет воздействия электрического поля или поглощения электромагнитного излучения.

Принцип работы люстры

Система работает так: в качестве положительного электрода выступает кабель, на который подается напряжение, в качестве отрицательного – тонкие штырьки с заостренным концом. При прохождении тока через лампу с кончика электрода срываются электроны, которые при столкновении с молекулами кислорода в воздухе ионизируют их.

Образуется так называемый аэроион кислорода, в котором есть один лишний электрон. При вдыхании воздуха аэроионы отдают этот электрон в эритроциты, что позволяет улучшить процессы обмена в клетках и положительно влияет на здоровье человека.

В процессе работы поток электронов движется постоянно, что обеспечивает насыщения воздуха отрицательными частицами. Но при этом каких-то запахов или других признаков воздействия на микроклимат не наблюдается.

Польза и вред люстры Чижевского

Кстати! Если при работающем приборе слышен сильный запах озона, то нужно его немедленно выключить. Причин может быть две – перенасыщение воздуха отрицательными ионами или поломка устройства.

Для чего нужна

Качество воздуха сильно влияет на здоровье человека. Если в лесу, в горах или на морских побережьях количество ионов в воздухе составляет от 500 до 20 000 на кубический сантиметр, то в городских квартирах содержание от 100 до 300. Если дышать таким воздухом постоянно, состояние организма ухудшается, иммунитет снижается, а процессы старения протекают намного быстрее.

Проветривание и вентиляция не могут решить проблему, так как не повышают содержание ионов в воздухе. Поэтому для создания здорового микроклимата желательно использовать специальное устройство. Благодаря ему воздух насыщается полезными аэроионами примерно так же, как в горной местности. Основные функции ионизатора таковы:

  1. Оздоровительный эффект для организма человека за счет насыщения воздуха отрицательными ионами. Положительное действие отмечается при многих болезнях, поэтому стоит использовать этот вариант и тем, у кого есть проблемы с легкими, пищеварением, сердечно-сосудистой и нервной системами.
  2. Замедление процессов старения в организме человека, снижение усталости, повышение умственной активности, укрепление иммунной системы.
  3. Устраняется вредное воздействие от работы компьютерной техники и телевизоров. Они провоцируют образование большого количества положительно заряженных ионов, что не очень хорошо для человеческого организма.
  4. Уменьшается содержание пыли в воздухе, что очень полезно для тех, кто страдает от аллергических заболеваний. При работе прибора количество пылинок, дыма, копоти снижается в десятки раз.

Польза и вред люстры Чижевского

Кстати! Очищение воздуха от пыли происходит за счет того, что аэроионы оседают на микрочастицах, меняя их заряд и способствуя осаждению.

Инструкция по применению

Важно, как используется лампа Чижевского – польза от прибора обеспечивается только при соблюдении нескольких рекомендаций:

  1. Эффективно работают только приборы, в которых подается напряжение на электроды от 20 до 30 кВ. Если оно ниже минимума, то образование аэроионов будет намного ниже, чем требуется для насыщения воздуха. А если напряжение выше максимального значения, то периодически появляются искровые разряды, из-за которых образуется озон и другие вредные соединения.
  2. Не стоит использовать модели с защитным кожухом. Под ним также периодически пробивают искровые разряды, что нежелательно. Рабочая часть должна быть открытой, это обеспечит идеальные условия работы устройства.
  3. Высокое напряжение не создает опасности жизни и здоровью человека из-за небольшой силы тока. Но из-за особенностей работы на приборе всегда накапливается статический заряд, поэтому трогать включенный ионизатор не рекомендуется. Тем более нельзя одновременно браться за прибор и большую конструкцию из металла или другую бытовую технику.
  4. Не стоит включать прибор надолго. Если он раньше не использовался, то в первый день лучше дать ему поработать не больше четверти часа. Далее можно постепенно увеличивать время на 5-10 минут в день и довести его до 4 часов.
  5. При работе ионизатора не открывать окна или форточки, в комнате не допускаются сквозняки.
  6. Если при продолжительной работе прибора у человека начинается головокружение, то нужно выключить его и подбирать такой рабочий период, который не провоцирует проблем. Это похоже на эффект соснового леса, когда у многих жителей больших городов начинает кружиться голова из-за воздуха, насыщенного кислородом.
  7. Располагать прибор нужно на удалении от бытовой техники и больших металлических конструкций. Минимальный отступ – 150 см, но по возможности его стоит сделать больше.
Читайте также:  Законы постоянного тока рымкевич

Польза и вред люстры Чижевского

Кстати! После покупки надо изучить инструкцию, чтобы знать обо всех особенностях модели и использовать ее в соответствии с рекомендациями изготовителя.

Польза и вред люстры

Сам создатель считал, что аэроионы кислорода сродни витаминам и оказывают на организм примерно такое же положительное воздействие. До сих пор не утихают споры о том, должна ли быть в доме лампа Чижевского – польза и вред от нее научно не подтверждены. Но благодаря свойству отрицательных ионов стимулировать биохимические процессы в организме можно сделать вывод, что оборудование приносит пользу. Положительные свойства оборудования таковы:

  1. Повышается сопротивляемость к заболеваниям за счет улучшения иммунитета.
  2. Человек намного лучше засыпает, качество сна на порядок выше.
  3. Работоспособность увеличивается, а утомляемость снижается.
  4. Нормализуется давление, улучшается состояние кровеносной системы в целом. Риск возникновения тромбов снижается, как и вероятность инфаркта миокарда.
  5. Облегчается дыхание у людей с бронхитом.
  6. Лучше заживают раны, ожоги и другие повреждения кожных покровов.
  7. Эффективная профилактика синдрома хронической усталости.
  8. Создается здоровый микроклимат, что очень хорошо для тех, кто страдает от аллергий.
  9. Уничтожаются бактерии.
  10. Замедление процессов старения, стимуляция обменных процессов и общее омоложение организма.

Польза и вред люстры Чижевского

Есть у приборов этого типа и недостатки:

  1. При долгой работе начинает образовываться озон – сильнейший окислитель, который негативно влияет на организм.
  2. Оборудование не действует на вирусы, так как они размножаются в капельках воды, а ионизатор воздействует только на частицы воздуха.
  3. Не стоит использовать при истощении организма, в процессе восстановления после тяжелых болезней.
  4. Серьезные проблемы с сердечно-сосудистой системой тоже являются препятствием для использования ионизатора.

В целом, можно отметить, что серьезных недостатков нет, по крайне мере, документально они не подтверждены. Если использовать люстру Чижевского рекомендованное время и соблюдать основные правила, то польза от насыщения воздуха отрицательно заряженными ионами однозначно будет.

Польза и вред люстры Чижевского

Отзывы

Елена, 29 лет, Москва

Я купила ионизатор, поверив что он поможет очистить воздух и укрепит иммунитет. Но через пару недель использования прибора я заболела, не знаю, из-за него или нет, вообще я болею редко. И еще один минус – вокруг корпуса на потолке появилось темное пятно от скапливающейся пыли. Это не очень хорошо, но лучше пусть пыль соберется там, чем в моих легких.

Василий, 44 года, Саранск

Пользуюсь ионизаторами давно – лет 15 назад купил первый и остался доволен. У жены прошел хронический бронхит, а члены семьи практически никогда не болеют гриппом. Проблемы вызывала только скапливающаяся пыль вокруг. Решил проблему покупкой современной модели с пылеуловителем и кварцевой лампой, теперь поверхности вокруг чистые.

Ольга, 32 года, Тверь

Не знаю, помогает ли прибор здоровью, так как пользуюсь им всего пару месяцев. Но то, что пыли стало меньше – это точно. Воздух в комнатах стал чистым, я постоянно работаю за компьютером и раньше протирала с монитора пыль каждый день. А теперь хватает двух раз в неделю. Включаем на пару часиков, долго не держим, главное – чистить пылеуловитель вовремя.

Ирина, 37 лет, Смоленск

Раньше у меня стояла потолочная конструкция – за пару лет такой ореол из пыли на потолке образовался, что пришлось его перекрасить. Новый ремонт портить было жалко, поэтому купила настольный ионизатор, теперь пыль не собирается, а прибор можно ставить в любом месте. Воздух очищается, не знаю, как кому, а мне на самом деле легче дышится.

Польза и вред люстры Чижевского

Использование люстры Чижевского позволяет насытить воздух в комнате отрицательными ионами. Лучше выбирать современные биполярные модели, которые поддерживают баланс между положительными и отрицательными ионами и позволяют создать по-настоящему здоровый микроклимат.

Источник



Ионизация газа

Ионизация газа — это процесс образования ионов из атомов нейтральных частиц, путем

Ионизация газа. Аэроионы

Чистые, сухие газы не содержат свободных зарядов и являются диэлектриками. При различных внешних воздействиях электроны легко отрываются от атомов газа, образуя таким образом положительные ионы. Оторвавшиеся электроны в значительной части остаются в свободном состоянии, в меньшей — присоединяются к другим атомам, образуя отрицательные ионы. Происходит ионизация газа. В результате ионизации газ делается хотя и плохим, но проводником электрического тока. Ионизация газа происходит при нагревании (см. рис. 235), соударении его частиц, поглощении фотонов ультрафиолетового излучения и т. п.

Соударяясь в процессе теплового движения, электроны и положительные ионы могут вновь соединяться в нейтральные частицы. Это называется рекомбинацией ионов. Если ионизирующий агент действует с постоянной интенсивностью, то в газе устанавливается динамическое равновесие между количеством ионов и электронов, вновь образующихся и рекомбинирующихся в единицу времени. В результате количество ионов, содержащихся в единице объема газа, или их концентрация, остается постоянным. Если интенсивность ионизирующего агента повышается, увеличивается и концентрация ионов и электронов. Если действие ионизирующего агента прекращается, то газ постепенно возвращается к исходному состоянию.

В воздухе и других газах, которые находятся в естественных природных условиях, всегда имеется небольшое количество свободных электронов, а также ионов обоих знаков, образовавшихся вследствие ионизирующего действия природных факторов: ультрафиолетовой части солнечного излучения, космического излучения, излучения радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, и т. д.

Обычно они присоединяются к нейтральным молекулам или группам молекул и образуют сложные газовые ионы обоих знаков. В воздухе ионы образуются также при распыливании воды (это называется баллоэлектрическим эффектом), например при падении дождя, около водопадов, фонтанов и т. п. Ионы образуются также (путем вторичной ионизации) при атмосферных электрических разрядах (грозовые молнии).

Газовые ионы, в свою очередь, могут присоединяться к различным взвешенным в газе частицам вещества (пылинки частицы дыма) или мельчайшим капелькам водяного пара и т. п.

Находящиеся в атмосфере газовые ионы называются аэроионами и разделяются на легкие и тяжелые. Легкими аэроионами называются газовые ионы, простые или сложные. Масса их невелика, а подвижность относительно высокая. Тяжелыми аэроионами называются газовые ионы, связанные с твердыми частицами или частицами влаги.

Читайте также:  Уровень сигнала по току

Эти ионы имеют значительно большую массу и меньшую подвижность. Концентрация аэроионов в воздухе зависит от различных метеорологических условий и все время меняется. В среднем в 1 см 3 городского воздуха содержится несколько сотен легких и до нескольких десятков тысяч тяжелых аэроионов. В чистом загородном воздухе количество легких аэроионов увеличивается до нескольких тысяч, а тяжелых снижается почти до нуля.

Легкие и преимущественно отрицательные аэроионы являются положительным гигиеническим фактором. Тяжелые аэроионы действуют вредно на организм. В настоящее время в качестве оздоровительного, а иногда и лечебного мероприятия применяется искусственная аэроионизация воздуха с помощью приборов, называемых аэроионизаторами.

Образование тока в газе Вторичная ионизация

Ионизация газа, происходящая под влиянием внешних воздействий, называется первичной ионизацией. Если в газе, в котором поддерживается первичная ионизация, образовать электрическое поле, то под действием сил поля ионы и электроны придут в направленное движение. Движение двух встречных потоков положительных и отрицательных ионов и электронов образует электрический ток в газе. Достигая электродов, ионы нейтрализуют свои заряды путем присоединения (на катоде) или отдачи (на аноде) электронов и таким образом поддерживают ток во внешней цепи (рис. 234, а).

Образование тока в газе при ионизации его путем нагревания можно показать на опыте (рис. 235). Воздух, находящийся между пластинами Р воздушного конденсатора, подключенного к батарее Б, будучи нагрет пламенем спиртовой горелки, делается токопроводящим. Ток между пластинами отмечается чувствительным гальванометром Г.

Если напряжение, приложенное к электродам невелико, невысока и ско рость перемещения ионов, то только часть из числа пар ионов, образующих ся в единицу времени, достигает электродов и, отдавая свои заряды, образует ток в цепи, остальные ионы рекомбинируются. При увеличении напряжения эта часть ионов будет возрастать, соответственно возрастает и сила тока, однако только до тех пор, пока все ионы, образующиеся в единицу времени, не будут достигать электродов. Ток при этом, несмотря на увеличение напряжения, больше возрастать не будет. Этот ток называется током насыщения. Величина Iн тока насыщения прямо пропорциональна

заряду е иона, числу N ионов одного знака, образующихся в единицу времени (1 сек) в единице объема (1 см 3 ) газа, и объему V газа между электродами:

lн=eNV.

Это поясняется схемой на рис. 234, б, которая показывает, что ионы в газе двигаются двумя встречными потоками, но через любое сечение газа в единицу времени проходит NV зарядов (например, для среднего сечения аb это будет два потока, каждый по NV/2 ионов).

Ионы (или электроны), двигающиеся в газе, испытывают столкновения с окружающими их неионизированными частицами газа, поэтому средняя скорость поступательного движения аэроионов относительно невелика. Эта скорость прямо пропорциональна напряженности поля и зависит от строения иона.

Подвижность (скорость при напряженности поля 1 в/см) аэроионов указана в таблице.

Масса электрона в тысячи раз меньше массы аэроиона, поэтому скорости движения электронов значительно выше.

При небольших скоростях движения соударение ионов и электронов с неионизированными частицами газа вызывает только изменение направления движения частиц (упругое рассеяние).

Вследствие значительного расстояния между молекулами в газе и при достаточно высокой напряженности поля электроны могут разгоняться до скоростей, при которых их кинетическая энергия может оказаться достаточной, чтобы вызвать неупругое соударение, в результате которого происходит ионизация частицы газа. Это явление называется вторичной ионизацией или ионизацией путем соударения.

Разность потенциалов, при которой должен быть ускорен электрон для осуществления ионизации путем соударения, называется ионизационным потенциалом е — заряд электрона) должна быть равна работе Ли, которую надо совершить, чтобы оторвать электрон от атома данного газа:

Еэ = φиe = А и,

откуда φи = Аи/е ,

где Аи выражена в электрон-вольтах. Итак, ионизационный потенциал численно равен отношению работы по ионизации атома данного газа к заряду электрона.

Наименьший ионизационный потенциал соответствует отрыву внешних электронов.

Ионизационный потенциал внутренних электронов в несколько раз выше. Во многих случаях учитывается некоторый средний потенциал. Например, средний ионизационный потенциал воздуха принимается равным 34 в (это означает, что для образования одной пары ионов в воздухе в среднем необходимо затратить энергию 34 эв).

При достаточно сильном электрическом поле электроны ускоряются до высоких энергий. Сталкиваясь с нейтральными молекулами или атомами газа, электроны расщепляют их и образуют новые ионы и свободные электроны, которые в свою очередь ускоряются силами электрического поля и производят новую ионизацию, и т. д. Ионизация газа лавинообразно нарастает. Соответственно нарастает и сила тока или интенсивность электрического разряда. На рис. 236, а схематически изображено быстрое нарастание количества электронов и ионов в газе в результате последовательных столкновений с частицами газа. На рис. 236, б показана фотография ионных лавин, образованных единичными электронами.

Во вторичной ионизации принимают участие также и ионы обоих знаков, но в связи с малой подвижностью значение их в этом процессе незначительно.

Построим график зависимости силы тока I в газе от напряжения U, приложенного между двумя пластинами воздушного конденсатора С (рис. 237, а). При постоянном расстоянии между пластинами напряженность поля прямо пропорциональна приложенному напряжению. В связи с малой силой тока она измеряется косвенно по падению напряжения на достаточно большом, включенном последовательно в цепь сопротивлении R, кото рое измеряется электрометром Э. Напряжение на пластинах регулируется потенциометром П и измеряется по разности показаний вольтметра В и электрометра Э.

Вначале в области первичной ионизации ток с увеличением напряжен ности поля возрастает (участок OA кривой на рис. 237, б), пока не достиг нет величины тока насыщения Iн (с увеличением напряженности поля ток насыщения может незначительно возрастать за счет повышения скорости движения ионов) — участок а в.

При определенной величине напряженности поля в газе начинается вторичная ионизация путем соударения. Количество ионов, образующихся в единицу времени, быстро нарастает. Соответственно возрастает и сила тока, что отражается на графике значительным и неравномерным подъемом кривой (участок ВС).

Электрический ток в газе, особенно значительный по величине, сопровождается свечением газа, звуковыми явлениями (шипением, треском), образованием в воздухе озона и окислов азота и т. п. Совокупность этих явлений, включая и само образование тока, называется электрическим разрядом в газе. Свечение связано с возбуждением атомов и молекул газа, происходящим при соударении их с электронами (или ионами) с высокой кинетической энергией, но недостаточной для ионизации. Звуковые явления связаны с местным нагреванием газа, происходящим при столкновении частиц. В связи с этим частицы газа приходят в движение, которое при определенных условиях является источником звука.

Разряд обусловленный первичной ионизацией, происходящей под действием внешних воздействий, называется несамостоятельным разрядом, так как с прекращением первичной ионизации газа он также прекращается. Разряд, происходящий под действием вторичной ионизации (ионизации путем соударения) называется самостоятельным разрядом в газе, так как он может продолжаться за счет вторично образующихся ионов, т. е. независимо от первичной ионизации.

Источник