Молния - газовый разряд в природных условиях

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: виды шпаргалок, реферат мировой
| Добавил(а) на сайт: Финагин.

Удобно выделить 3 типа стационарного газового разряда (тока), в зависимости от переменного им тока:
1. Таунсендовский, или темный разряд (ток разряда не выше 10-6А).
Это самостоятельный ток, протекающий в однородном или слабо неоднородном поле. Плотность этого тока настолько мала, что он не сопровождается заметным свечением (отсюда название); имеет место преимущественно при низком давлении газа.

2. Тлеющий разряд (ток приблизительно от10-6 до 10-1 А).
Электрическое поле обладает наибольшей напряженностью в ограниченной области катода. Для этого вида разряда верно равенство

Uk>>Ui,

Uk – катодное потенциала;
Ui – ионизированный потенциал газа.
Возникает при низких давлениях.

3. Дуговой разряд (ток около 10-1 А и выше)
Электрическое поле также обладает наибольшей напряженностью. Но для данного разряда характерно следующей неравенство

Uk< Ui

Нестационарные разряды, или искры могут возникать в широком диапазоне токов и давлений. К ним можно отнести В4 – токи (высококачественные). Например,
«факельный разряд» - В4 – ток при высоком давлении. Однако классифицировать, нестационарные разряды нелегко, но в принципе в этом и нет необходимости.

Появление самостоятельного тока в газе (пробой газа), называемый также «зажиганием», связан с появлением значительной проводимости в газе, ранее не проводившем вовсе. Для начала пробоя необходимо, чтобы в газовом промежутке были свободные носители заряда – электроны, ионы (хотя бы один электрон). Здесь возможны два случая: a) свободные носители заряда появляются под действием постороннего фактора

(таким образом происходит переход несамостоятельного иона в самостоятельный. b) свободные носители остались от предыдущего прохождения самостоятельного тока – случай «повторного зажигания».
Пробой газа происходит за время движения электронных лавин и может быть порядка 10-7 сек. и даже меньше.

Процессом, обратным возникновению самостоятельного тока в газе его происхождение («гашение»). С ним связано явление остаточной проводимости и ее распада (деионизации газа), а также различные виды остаточных токов
(например, обратные токи ионных вентилей). Исчезновение газовой проводимости длится 10-5 сек и более.

Газовые разряды в природных условиях – привычное явление, это – молнии и полярные сияния, образующиеся в верхней атмосфере при очень низком давлении.

3. Ток в газах.

3.1 Ионизация и рекомбинация газов.

Газы при нормальных условиях состоят из электрических нейтральных атомов и молекул и по этой причине не проводят электричества. Газ становится проводником, когда некоторая часть его молекул ионизируется, т.е. произойдет расщепление нейтральных атомов и молекул на положительные и отрицательные ионы и свободные электроны – такие газы называют ионизированными. Ионы в газах могу4т возникать под действием ионизаторов
(возбудители ионизации) – высокой температуры, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, радиоактивного излучения, а также в результате столкновения атомов газа с электронами и атомными частицами и т.д.

Впрочем, и в нормальных условиях газы, например воздух, обладают электрической проводимостью, хотя и весьма ничтожной. Эта проводимость вызвана излучением радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли, а также космическими лучами.

Систематическое излучение электрических токов и разрядов в газах было начато лишь в конце 19 века. Была установлена природа газового разряда в различных условиях. Газовым разрядом называется прохождение электрического тока через газы. Однако ввиду сложности этих явлений, точной количественной теории их не существует до настоящего времени.
Ионизация газа, возникающая в результате вырывания электронов из молекул и атомов самого газа, называется объемной ионизацией, т.к. источники ионов здесь распределены в объеме, который занимает газ. Помимо объемной ионизации существует поверхностная ионизация. При такой ионизации ионы или электроны поступают в газ со стенок сосуда, в котором он заключен, или с поверхности тел, вносимых в газ. Например, источником электронов могут служить раскаленные тела (термоэлектронная эмиссия) или поверхности металлов, освещаемые ультрафиолетовыми и прочими коротковолновыми электромагнитными излучениями (фотоэлектрический эффект).

Для того чтобы выбить из молекулы (атома) один электрон, необходимо затратить определенную энергию. Минимальное значение такой энергии называется энергией ионизации молекулы (атома), ее значение для атомов различных веществ лежат в пределах 4[pic]25эВ.

Одновременно с процессом ионизации газа всегда идет и обратный процесс – процесс рекомбинации: положительные и отрицательные ионы и молекул. Чем больше ионов возникает под действием ионизатора, тем интенсивнее идет и процесс рекомбинации. В результате рекомбинации проводимость газа пропадает или возвращается к своему исходному значению.

Как говорилось выше, для отрыва электрона от атома (ионизация атома) необходима затрата определенной энергии. При рекомбинации положительного иона и электрона эта энергия, напротив, освобождается. Чаще всего она излучается в виде света, и поэтому рекомбинация ионов сопровождается свечением (свечение рекомбинации). Если концентрация положительных и отрицательных ионов велика, то и число ежесекундно происходящих актов рекомбинации также будет большим, и свечение рекомбинации может быть большим, и свечение рекомбинации может быть очень сильным.

Ионизация под действием внешнего ионизатора принимается во внимание только в случае сравнительно слабых электрических полей, когда кинетическая энергия eEL, накопленная электроном (или ионом) на длине свободного пробега
L меньше энергии ионизации Ei

eEL