Электрический разряд в газах это ионный поток который разделяется на три разновидности тихий искровой и дуговой, тихий можно наблюдать при работе генератора Тесла (качер Бровина) в результате которого наблюдается шипение и движение воздуха. При повышенном напряжении генератора наблюдается искровой разряд в котором значительно более интенсивный поток ионов, он сопровождается свечением и искровыми разрядами. Дуговой разряд можно наблюдать при работе сварочного аппарата.
Что такое электрический разряд в газах
В зависимости от интенсивности ионного потока и сопутствующих ему явлений электрический разряд в газах при атмосферном или повышенном давлении разделяется на тихий, искровой и дуговой.
Тихий электрический разряд
При тихом разряде (рис., а) между электродами образуется ионный поток незначительной интенсивности. Ионы при своем движении увлекают частицы воздуха и образуют электрический ветер. Движение ионов вызывает колебания частиц воздуха, появляется характерный звук — шипение.
В темноте достаточно интенсивный тихий разряд проявляется характерным» фиолетовым свечением, которое называется короной. Более интенсивный тихий разряд образуется в местах с повышенной напряженностью электрического поля, на изгибах провода, выступах, остриях на электроде и т. п.
Тихий разряд используется, например, в настольном электро-эффлювиальном (эффлювий означает истечение) аэроионизаторе, показанном на рис., а, с частично вскрытым корпусом К. Ионный поток образуется на нескольких остриях И, находящихся под высоким отрицательным потенциалом по отношению к корпусу прибора.
Образующиеся при этом электроны и отрицательные ионы отталкиваются от острия (рис. , б), а положительные ионы притягиваются к нему и нейтрализуются. Отрицательный потенциал получается с помощью выпрямительной схемы из переменного тока осветительной сети. Отрицательный ионный поток выходит наружу через отверстия О в крышке корпуса ионизатора.
Искровой электрический разряд
При искровом разряде (см. рис., б) образуется значительно более интенсивный поток ионов, который сопровождается свечением, заметным при дневном свете, и сильным треском. Характерным является неравномерность искрового разряда, особенно если он возникает между далеко отстоящими электродами.
Температура газа в канале искры достигает нескольких тысяч градусов. Поэтому электрическая искра обладает сильным прижигающим действием, которое используется в медицине. Обычно при этом используется искра, получаемая в цепи тока высокой частоты.
Дуговой электрический разряд
Наиболее интенсивный электрический разряд в газе называется дуговым разрядом (рис. 238, в). Необходимым условием образования и устойчивости дугового разряда является наличие нагретых поверхностей у электродов. С этих поверхностей происходит эмиссия электронов, которые поддерживают мощную ударную ионизацию газа.
Электрическую дугу можно получить, например, между двумя угольными электродами. Вначале концы их приводят в соприкосновение, а затем раздвигают на расстояние нескольких миллиметров. К углям приложено невысокое напряжение порядка 40—50 е. Ток в дуге может доходить до десятков ампер. Наиболее устойчивая дуга получается при питании постоянным током.
В этом случае электрод, являющийся катодом, дает постоянный поток электронов, поддерживающий дугу. На положительном электроде, который подвергается бомбардировке электронами, образуется углубление — кратер, температура в котором достигает 4000°С При горении дуги в атмосфере сжатого газа удается довести температуру кратера до 5900°С, что приближается к температуре поверхности Солнца.
Электрический разряд в разреженных газах Плазма
Электрический разряд в достаточно разряженном газе, происходящий между холодными электродами, называется тлеющим разрядом (между нагретыми электродами в разряженном газе образуется дуговой разряд). В основе тлеющего разряда лежит вторичная ионизация газа. Вследствие положительного давления расстояние между частицами газа увеличивается.
Электроны и ионы между очередными столкновениями пробегают значительные расстояния и ускоряются сильнее, чем во время разряда при атмосферном давлении. Однако столкновение их с атомами и молекулами газа происходит реже, поэтому нарастание количества электронов и ионов происходит медленно и разряд не достигает высокой интенсивности. Разряд сопровождается интенсивным свечением газа.
Тлеющий разряд при различной степени разрежения газа можно наблюдать с помощью наполненной газом стеклянной трубки с двумя электродами А и К, к которым подключено постоянное напряжение в несколько тысяч вольт. Трубка соединена с отсасывающим насосом. При понижении давления газа примерно до 40 мм рт. ст. в трубке возникает разряд, проявляющийся свечением в виде узкой полоски между электродами (цвет свечения зависит от природы газа).
При дальнейшем снижении давления полоска расширяется и при давлении в 1 мм рт. ст. свечение заполняет почти всю трубку, только около катода остается незначительный темный промежуток Т называемый темным катодным пространством. Образующиеся первично в этом промежутке электроны еще не успевают приобрести скорость, необходимую для вторичной ионизации. Поэтому в нем содержится мало ионов, электрическое сопротивление его велико и на него приходится большая часть приложенного напряжения.
Это создает высокую напряженность электрического поля, которое значительно ускоряет приближающиеся к катоду положительные ионы. Ионы, ударяясь о поверхность катода, выбивают из него вторичные электроны, которые, ускоряясь при прохождении темного катодного пространства, производят затем интенсивную ионизацию по всей остальной длине трубки, образуя ярко светящийся положительный столб С.
Газ в положительном столбе содержит, наряду с нейтральными и возбужденными атомами и молекулами, значительное количество ионов обоих знаков и электронов, а также частиц светового излучения (фотонов), испускаемого возбужденными частицами газа. Такое состояние газа называется газоразрядной плазмой.
Газоразрядная плазма с более высокими температурой и энергией частиц газа образуется также при искровом и особенно при дуговом разряде.
Плазма четвертое состояние вещества
В современной физике большое значение имеет несколько иной вид плазмы, в которую газ превращается при сверхвысоких температурах (106—1070К). При этом скорости теплового движения частиц газа становятся столь высокими, что при столкновении их происходит массовая ионизация. В этом случае газ (или любое вещество в газообразном состоянии) состоит из высокоионизированных частиц, потерявших не только внешние, но и внутренние электроны, т. е. из ядер атомов и электронов, находящихся в сверхинтенсивном тепловом движении.
Такое состояние называется высокотемпературной плазмой. Плазма считается четвертым состоянием вещества. В природе такая плазма содержится в атмосфере солнца и горячих звезд и играет значительную роль в космических процессах. Она может быть получена искусственно с помощью специальных генераторов и используется при изучении термоядерных реакций.