Самостоятельный разряд

К видам самостоятельного разряда относятся:

– тлеющий разряд (возникает при низких давлениях, составляющих около 10 % от нормального атмосферного давления);

– термоэлектронный дуговой разряд (характерной особенностью которого является сильный нагрев катода и газа межэлектродном пространстве);

– коронный разряд (начинающийся вблизи заострённого электрода, в месте, где напряжённость электрического поля достаточно высока для пробоя газа);

– искровой разряд (также сопровождающийся пробоем газа с образованием ионизированных каналов – стримеров).

Во всех случаях энергии рождающихся в электрическом поле свободных электронов и положительно заряженных ионов даже без добавочного воздействия оказывается достаточно для того, чтобы при столкновении с другими атомами (самого газа или материала, из которого изготовлен катод) «породить» потоки новых носителей заряда. Некоторые свойства перечисленных типов разрядов рассматриваются, в частности, при изучении дисциплины «Техника высоких напряжений».

Некоторые примеры

- Электрическая мощность, расходуемая на работу наушников плеера, составляет около 0,1 Вт; мощность одного двигателя электровоза типа ВЛ10 составляет 650 Вт.

- Температура T_C перехода в сверхпроводящее состояние алюминия составляет 1,2 К, у цинка T_C = 0,9 К, медь, золото, серебро в сверхпроводящее состояние не переходят. Для сравнения температура кипения жидкого гелия – хладагента, используемого для получения низких температур, при нормальном атмосферном давлении составляет 4,2 К, то есть им охладить цинк и алюминий до перехода в сверхпроводящее состояние невозможно.

- Потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем в периоды вспышек, достигая атмосферы Земли, отклоняются её магнитным полем и формируют токи, которые текут в приполярных широтах на высоте около 100 км. Сила таких токов составляет до 10⁵ А. Ионизация газа сопровождается его свечением: возникает «северное сияние». При особенно сильных магнитных бурях северное сияние может наблюдаться даже на широте Москвы (ноябрь 2008 г.).

- Некоторые значения удельного электрического сопротивления: серебро: r = 0,016×10^-6 Ом×м; нихром: r = 1,1×10^-6 Ом×м; 10-процентрый раствор поваренной соли: r = 83×10^-3 Ом×м; вода дистиллированная: до 10⁴ Ом×м; резина: r = 10¹² Ом×м; сухой воздух: до 10¹⁸ Ом×м.

- Стоимость 1 кВт×час (или 3,6×10⁶ Дж) электрической энергии в Москве в 2009 году (в домах с газовыми плитами) составляла 1 руб. 22 коп. за первые 50 кВт×час в месяц и 2 руб. 22 коп. за всё, что превышает 50 кВт×час. Поскольку среднемесячное потребление электроэнергии семьёй, живущей в трёхкомнатной квартире, равно примерно 600 кВт×час, семейные расходы только на оплату электроэнергии в 2009 году превысили 14000 руб.

Вопросы для повторения

1. Выведите формулы, связывающие общую силу тока, напряжение и электрическое сопротивление системы из двух резисторов, соединённых: а) параллельно; б) последовательно, с известными значениями силы тока, напряжения и электрического сопротивления для каждого из этих резисторов.

2. Выведите формулы для расчёта заряда, напряжения и электроёмкости системы, состоящей из двух конденсаторов, соединённых: а) параллельно; б) последовательно, с известными значениями заряда, напряжения и электроёмкости для каждого из этих конденсаторов.

3. Пользуясь определениями, выведите формулы для расчёта силы тока, э. д. с. и электрического сопротивления системы из двух батарей, соединённых: а) параллельно; б) последовательно, с известными значениями силы тока, э. д. с. и электрического сопротивления для каждой из этих батарей.

4. Сформулируйте правила Кирхгофа и приведите примеры их применения.

5. Запишите формулы закона Джоуля-Ленца: а) в обычном виде; б) в дифференциальной форме.

6. В чём заключаются достоинства и недостатки классической теории электропроводности?

7. В чём заключается явление термоэлектронной эмиссии? Что такое «работа выхода» при термоэлектронной эмиссии и от чего она зависит?

8. Объясните вид вольтамперной характеристики вакуумного диода.

9. Сформулируйте законы Фарадея для электролиза.

10. Объединив первый и второй законы Фарадея для электролиза, можно сразу записать:

m = Dq.

Обоснуйте справедливость данного равенства.

11. Какие виды газового разряда Вам известны?

12. Объясните вид вольтамперной характеристики, описывающей несамостоятельный газовый разряд.