Электрический ток в газах.

Все газы при обычных условиях являются хорошими изоляторами, однако в ограниченном пространстве газы можно сделать проводниками. Для этого нужно искусственно создать в них подвижные носители зарядов, то есть ионизировать молекулы газа.

РИСУНОК

Возьмем большой плоский конденсатор, раздвинем его обкладки и присоединим их к источнику напряжения в несколько тысяч вольт. Чувствительный гальванометр покажет, что тока нет, хотя между пластинами существует электрическое поле. Следовательно, в воздухе нет свободных электрических зарядов.

Поставим между пластинами горящую свечу или направим туда пучок рентгеновских лучей. При этом стрелка гальванометра отклонится, то есть в цеи пойдет ток. Если убрать ионизатор, то ток быстро исчезнет.

Ионизаторами газа могут быть:

1) высокая температура;

2) рентгеновские лучи;

3) ультрафиолетовые лучи;

4) а-излучение и т.д.

В газе наряду с ионизацией всегда протекает и обратный процесс – рекомбинация ионов, то есть образование нейтральных молекул из ионов газа.

В единице объема газа находится тем больше подвижных носителей зарядов, чем интенсивнее ионизатор. При иоизации от молекулы газа отрывается один из валентных электронов. Часть таких электронов присоединяется к нейтральным молекулам газа, образуя отрицательные ионы, а часть остается в сводном состоянии. Таким образом, подвижными носителями заряда являются свободные электроны, положительные и отрицательные ионы.

ВАХ газового разряда.

РИСУНОК

Когда напряжение между пластинами невелико, носители тока под действием электрического поля движутся медленно и в большинстве случаев успевают рекомбинировать, не дойдя до пластин. При увеличении напряжения растет скорость движения ионов под действием поля, а вероятность их рекомбинации уменьшается. Поэтому за единицу времени все больше ионов успевает дойти до пластин и нейтрализоваться на них, то есть, ток усиливается (участок АВ) (Подчиняется Закону Ома).

Если напряжение на пластинах будет дальше повышаться, то наступит такой момент, когда рекомбинация носителей тока практически прекратится, а сила тока достигнет наибольшего значения Iн, которое от напряжения не зависит (участок ВС). При отсутствии рекомбинации до пластин доходят все подвижные носители тока, который успевает создать ионизатор.

Ток в газе, значение которого не зависит от напряжения, называется током насыщения.

Ионы, разряжающиеся на обкладках, снова превращаются в нейтральные молекулы того газа из которого они образовались.

При достаточно большом напряжении (E более 10000 В/м), свободные электроны, двигаясь под действием сил поля, приобретают столь большую кинетическую энергию, что при столкновениях с молекулами газа отрывают от них электроны, то есть ионизируют молекулы. Такое явление называется ударной ионизацией.

В результате ударной ионизации количество носителей тока увеличивается, и ток быстро возрастает (участок СД).

Электрический ток в вакууме.

Полный вакуум является идеальным изолятором. Для того, чтобы через вакуум пошел ток, нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны. Это можно сделать с помощью термоэлектронной эмиссии, помещая в вакуум металлическую проволоку, которую можно включать в электрическую цепь.

РИСУНОК

РИСУНОК

Электромагнетизм.

Магнитное поле как особый вид материи.

Поле, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических токов, расположенных на расстоянии, называется магнитным полем.

Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем и действует только на движущиеся заряды.

Чтобы обнаружить магнитное поле, необходимо внести в эту область проводник с током или какие-либо движущиеся заряды.

Линии магнитной индукции.

Магнитная стрелка, внесенная в магнитное поле, поворачивается. Значит на ее концы действуют магнитные силы, образующие пару сил. Следовательно с помощью магнитных стрелок можно определять расположение линий, вдоль которых магнитные силы действуют на магнитные стрелки.

Магнитное поле на схемах условно обозначается с помощью линий индукции.

Линией индукции магнитного поля называют такую линию, в каждой точке которой маленькие магнитные стрелки располагаются по касательной.

Линии индукции считают направленными в ту же сторону, в которую указывают северные полюсы стрелок.

Свойства линий:

1) Через каждую точку пространства проходит только одна линия индукции, поэтому линии индукции нигде не пересекаются.

2) Линии индукции всегда замкнуты, то есть не имеют ни начала, ни конца и всегда охватывают проводник с током.

Поле, линии индукции которого всегда замкнуты, называют вихревым.

Магнитное поле и электрический ток всегда существуют совместно.

Магнитное поле прямолинейного проводника, кругового тока и соленоида.

Направление линий индукции магнитного тока определяется правилом правого винта:

Если поступательное движение винта совместить с направлением тока в проводнике, то направление вращения головки винта показывает направление линий индукции магнитного поля.

РИСУНОК

Правило правого винта для кругового тока:

Если вращать головку винта по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта укажет направление линий индукции внутри контура.

РИСУНОК

Магнитное поле соленоида, представляющее собой катушку с током.

Внутри соленоида линии индукции параллельны и огибают его с наружной стороны. Направление линий индукции магнитного поля соленоида можно определить по правилу правого винта, как и для кругового тока.

Сила взаимодействия параллельных токов.

РИСУНОК

Если токи в проводниках I1 и I2 имеют одинаковые направления, то проводники притягиваются с равными по величине силами F1 и F2.

F2 – второй проводник; находится в магнитном поле первого проводника.

F1 – создается магнитным полем второго проводника.

F = k*[(I1*I2*)/a]

k – коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора единиц и от среды.

k = μс/(2*)

μс – магнитная проницаемость среды.

Величину μс, выражающую зависимость силы взаимодействия электрических токов от среды, называют магнитной проницаемостью среды.

F = (μс*I1*I2*)/(2**a)

Для силы взаимодействия токов в вакууме:

F0 = (μ0*I1*I2*)/(2**a)

μ0 – магнитная постоянная.

μ0 = 4**10^-7 Н/А^2

F/F0 = μс/μ0 = μ =>

μс = μ*μ0

μ – относительная магнитная проницаемость среды.

Относительная магнитная проницаемость среды показывает, во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме.