-->
Ðàçëè÷íûå òèïû ñàìîñòîÿòåëüíîãî ðàçðÿäà è èõ òåõíè÷åñêîå ïðèìåíåíèå. Ôèçèêà 10-11 êë.
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 3. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ

 


§ 3.9. Ðàçëè÷íûå òèïû ñàìîñòîÿòåëüíîãî ðàçðÿäà è èõ òåõíè÷åñêîå ïðèìåíåíèå (îêîí÷àíèå)

Èñêðîâîé ðàçðÿä

Èñêðîâîé ðàçðÿä

Ïðè áîëüøîé íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ìåæäó ýëåêòðîäàìè (îêîëî 3 • 106 Â/ì) â âîçäóõå ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè âîçíèêàåò èñêðîâîé ðàçðÿä. Èñêðîâîé ðàçðÿä, â îòëè÷èå îò êîðîííîãî, ïðèâîäèò ê ïðîáîþ âîçäóøíîãî ïðîìåæóòêà. Ïðè èñêðîâîì ðàçðÿäå â ãàçå âîçíèêàþò êàíàëû èîíèçîâàííîãî ãàçà — ñòðèììåðû, èìåþùèå âèä ïðåðûâèñòûõ ÿðêèõ çèãçàãîîáðàçíûõ íèòåé (ðèñ. 3.23). Íèòè ïðîíèçûâàþò ïðîñòðàíñòâî ìåæäó ýëåêòðîäàìè è èñ÷åçàþò, ñìåíÿÿñü íîâûìè. Ïðè ýòîì íàáëþäàåòñÿ ÿðêîå ñâå÷åíèå ãàçà è âûäåëÿåòñÿ áîëüøîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû.

Âñëåäñòâèå íàãðåâàíèÿ äàâëåíèå ãàçà â ñòðèììåðàõ ñèëüíî ïîâûøàåòñÿ. Ðàñøèðÿÿñü, ãàç èçëó÷àåò çâóêîâûå âîëíû, ñîïðîâîæäàþùèå ðàçðÿä.

Ïîñëå ïðîáîÿ ðàçðÿäíîãî ïðîìåæóòêà íàïðÿæåíèå íà ýëåêòðîäàõ ñèëüíî ïàäàåò, òàê êàê â ìîìåíò ðàçðÿäà ïðîâîäèìîñòü ãàçà âñëåäñòâèå åãî èîíèçàöèè ðåçêî âîçðàñòàåò.  ðåçóëüòàòå, åñëè èñòî÷íèê íàïðÿæåíèÿ ìàëîìîùíûé, ðàçðÿä ïðåêðàùàåòñÿ. Çàòåì íàïðÿæåíèå ñíîâà ïîâûøàåòñÿ è ò. ä.

 îáðàçîâàíèè èñêðîâîãî ðàçðÿäà íàðÿäó ñ èîíèçàöèåé ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî óäàðà áîëüøóþ ðîëü èãðàþò ïðîöåññû èîíèçàöèè ãàçà èçëó÷åíèåì ñàìîé èñêðû.

 òåõíèêå ÿâëåíèåì èñêðîâîãî ðàçðÿäà ïîëüçóþòñÿ, íàïðèìåð, äëÿ çàæèãàíèÿ ãîðþ÷åé ñìåñè â äâèãàòåëÿõ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, äëÿ ýëåêòðîèñêðîâîé îáðàáîòêè ìåòàëëîâ è â äðóãèõ ñëó÷àÿõ.

Ìîëíèÿ

Ïðèìåð ãèãàíòñêîãî èñêðîâîãî ðàçðÿäà — ìîëíèÿ. Ìîëíèè âîçíèêàþò ëèáî ìåæäó äâóìÿ îáëàêàìè, ëèáî ìåæäó îáëàêîì è Çåìëåé. Ñèëà òîêà â ìîëíèè äîñòèãàåò 500 000 À, à ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó îáëàêîì è Çåìëåé — ìèëëèàðäà âîëüò. Îòäåëüíûå ðàçðÿäû ìîëíèè î÷åíü êðàòêîâðåìåííû. Îíè äëÿòñÿ âñåãî ëèøü îêîëî îäíîé ìèëëèîííîé äîëè ñåêóíäû.

Âî âðåìÿ ñèëüíûõ ãðîç èíîãäà íàáëþäàåòñÿ øàðîâàÿ ìîëíèÿ. Ýòî ÿðêîå ñâåòÿùååñÿ îáðàçîâàíèå, êîòîðîå ñðàâíèòåëüíî ìåäëåííî ïåðåìåùàåòñÿ â âîçäóõå. Ðàçìåðû øàðîâîé ìîëíèè ìîãóò áûòü ðàçëè÷íûìè, ÷àùå âñåãî åå äèàìåòð äîñòèãàåò 10— 20 ñì. Ïðîäîëæèòåëüíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ øàðîâîé ìîëíèè — îò äîëåé ñåêóíäû äî íåñêîëüêèõ ìèíóò. Ïîïûòêè ðàçãàäàòü åå ïðèðîäó è ïîëó÷èòü òàêóþ ìîëíèþ â ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ åùå íå óâåí÷àëèñü óñïåõîì.

Äóãîâîé ðàçðÿä

Ýëåêòðè÷åñêèé ðàçðÿä â âîçäóõå ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè ìîæíî ïîëó÷èòü è ïðè íåáîëüøîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè. Åñëè â êà÷åñòâå ýëåêòðîäîâ âçÿòü äâà óãîëüíûõ ñòåðæíÿ*, ïðèâåñòè èõ â ñîïðèêîñíîâåíèå è ïðèëîæèòü íàïðÿæåíèå 30—50 Â, òî ïî ïîëó÷èâøåéñÿ çàìêíóòîé öåïè ïîéäåò ñèëüíûé òîê. Òàê êàê â ìåñòå ñîïðèêîñíîâåíèÿ ýëåêòðîäîâ ñîïðîòèâëåíèå âåëèêî, òî â ñîîòâåòñòâèè ñ çàêîíîì Äæîóëÿ—Ëåíöà çäåñü âûäåëÿåòñÿ íàèáîëüøåå êîëè÷åñòâî òåïëîòû è êîíöû óãîëüíûõ ñòåðæíåé ðàñêàëÿþòñÿ. Òåìïåðàòóðà ïîâûøàåòñÿ íàñòîëüêî, ÷òî íà÷èíàåòñÿ òåðìîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ. Âñëåäñòâèå ýòîãî ïðè ðàçäâèæåíèè óãîëüíûõ ýëåêòðîäîâ ìåæäó íèìè íà÷èíàåòñÿ ñàìîñòîÿòåëüíûé ðàçðÿä. Ìåæäó óãëÿìè âîçíèêàåò ñòîëá ÿðêî ñâåòÿùåãîñÿ ãàçà — ýëåêòðè÷åñêàÿ äóãà (ðèñ. 3.24).

    * Ýòè ñòåðæíè, íàçûâàåìûå äóãîâûìè óãëÿìè, ïîëó÷àþò ïðåññîâàíèåì ãðàôèòà, ñàæè è ñâÿçóþùèõ âåùåñòâ.

Äóãîâîé ðàçðÿä

Ïðîâîäèìîñòü ãàçà â ýòîì ñëó÷àå çíà÷èòåëüíà è ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè, òàê êàê ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, èñïóñêàåìûõ îòðèöàòåëüíûì ýëåêòðîäîì, î÷åíü âåëèêî. Ñèëà òîêà â íåáîëüøîé äóãå äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ àìïåð, à â áîëüøèõ äóãàõ — íåñêîëüêèõ ñîòåí àìïåð ïðè ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ âñåãî ëèøü ïîðÿäêà 50 Â. Ýëåêòðè÷åñêàÿ äóãà áûëà âïåðâûå ïîëó÷åíà â 1802 ã. ðóññêèì àêàäåìèêîì Â. Â. Ïåòðîâûì (1761—1834).

Âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà êàòîäà ïðè ãîðåíèè äóãè ïîääåðæèâàåòñÿ áîìáàðäèðóþùèìè êàòîä ïîëîæèòåëüíûìè èîíàìè. Ãàç â ñàìîé äóãå òàêæå ñèëüíî ðàçîãðåâàåòñÿ èç-çà ñîóäàðåíèé ìîëåêóë ñ èîíàìè è ýëåêòðîíàìè, óñêîðÿåìûìè ïîëåì. Ïîýòîìó ïðîèñõîäèò òåðìè÷åñêàÿ èîíèçàöèÿ ãàçà.

Íà ïîëîæèòåëüíîì ýëåêòðîäå äóãè ïîä âëèÿíèåì áîìáàðäèðîâêè ýëåêòðîíàìè îáðàçóåòñÿ óãëóáëåíèå — êðàòåð. Òåìïåðàòóðà â êðàòåðå ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè äîñòèãàåò 4000 °Ñ, à ïðè äàâëåíèè 2 • 106 Ïà ïðåâûøàåò 7000 °Ñ. Òåìïåðàòóðà êàòîäà ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè äîñòèãàåò 3000 °Ñ, à â êàíàëå ýëåêòðè÷åñêîé äóãè 5000—6000 °Ñ. Äëÿ ñðàâíåíèÿ çàìåòèì, ÷òî òåìïåðàòóðà íà ïîâåðõíîñòè Ñîëíöà 6000 °Ñ.

Ýëåêòðè÷åñêàÿ äóãà ìîæåò âîçíèêíóòü íå òîëüêî ìåæäó óãîëüíûìè, íî è ìåæäó ìåòàëëè÷åñêèìè ýëåêòðîäàìè.

Äóãîâîé ðàçðÿä âîçíèêàåò âî âñåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà âñëåäñòâèå ðàçîãðåâàíèÿ êàòîäà îñíîâíîé ïðè÷èíîé èîíèçàöèè ãàçà ñòàíîâèòñÿ òåðìîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ. Òàê, íàïðèìåð, â òëåþùåì ðàçðÿäå ïîëîæèòåëüíûå èîíû, áîìáàðäèðóþùèå êàòîä, íå òîëüêî âûçûâàþò âòîðè÷íóþ ýìèññèþ ýëåêòðîíîâ, íî è íàãðåâàþò êàòîä. Ïîýòîìó, åñëè óâåëè÷èòü ñèëó òîêà â òëåþùåì ðàçðÿäå (ýòîãî ìîæíî äîñòèãíóòü, óâåëè÷èâ íàïðÿæåíèå èëè ñáëèçèâ ýëåêòðîäû), òî òåìïåðàòóðà êàòîäà óâåëè÷èâàåòñÿ, è, êîãäà îíà äîñòèãàåò òàêîãî çíà÷åíèÿ, ÷òî íà÷èíàåòñÿ çàìåòíàÿ òåðìîýëåêòðîííàÿ ýìèññèÿ, òëåþùèé ðàçðÿä ïåðåõîäèò â äóãîâîé. Ïðè óâåëè÷åíèè ìîùíîñòè èñòî÷íèêà èñêðîâîé ðàçðÿä òîæå ìîæåò ïðåâðàòèòüñÿ â ýëåêòðè÷åñêóþ äóãó. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ âîçíèêíîâåíèÿ äóãîâîãî ðàçðÿäà íå îáÿçàòåëüíî ïðåäâàðèòåëüíîå ñáëèæåíèå ýëåêòðîäîâ.

Äóãîâîé ðàçðÿä èìååò ðàçíîîáðàçíûå òåõíè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ. Åãî èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ñâåòà â ïðîæåêòîðàõ, ïðîåêöèîííûõ è êèíîàïïàðàòàõ, ìàÿêàõ è ò. ä.

ýëåêòðîïå÷è

 ýëåêòðîìåòàëëóðãèè øèðîêî ïðèìåíÿþò ýëåêòðîïå÷è (ðèñ. 3.25), â êîòîðûõ èñòî÷íèêîì òåïëîòû ñëóæèò äóãîâîé ðàçðÿä.

Ýëåêòðè÷åñêóþ äóãó ïðèìåíÿþò òàêæå äëÿ ñâàðêè ìåòàëëè÷åñêèõ äåòàëåé (äóãîâàÿ ýëåêòðîñâàðêà). Âîçìîæíîñòü òàêîãî ïðèìåíåíèÿ äóãè áûëà ïðåäñêàçàíà Â. Â. Ïåòðîâûì è âïåðâûå ðàçðàáîòàíà ðóññêèìè èçîáðåòàòåëÿìè Í. È. Áåíàðäîñîì (1885) è Í. Ã. Ñëàâÿíîâûì (1890). Ïðè âûïîëíåíèè ýëåêòðîñâàðî÷íûõ ðàáîò ëèöî ñâàðùèêà, à â îñîáåííîñòè ãëàçà, äîëæíû áûòü çàêðûòû òîëñòûì ñòåêëîì äëÿ ïðåäîõðàíåíèÿ îò óëüòðàôèîëåòîâûõ ëó÷åé, èñïóñêàåìûõ äóãîé. Ýëåêòðîñâàðêà â íàøå âðåìÿ øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ â ìàøèíîñòðîåíèè, ïðè ïðîêëàäêå òðóáîïðîâîäîâ, ïðè ñòðîèòåëüñòâå çäàíèé, ìîñòîâ è äðóãèõ ñîîðóæåíèé.

Ïðè íèçêèõ äàâëåíèÿõ ïðîèñõîäèò òëåþùèé ðàçðÿä. Ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè ìîæíî ïîëó÷èòü ýëåêòðè÷åñêóþ äóãó, íàáëþäàòü êîðîííûé è èñêðîâîé ðàçðÿäû.

<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,