Проводимость различных сред

Будем менять напряжение, подаваемое на электроды. Число электронов, достигающих анод, будет изменяться. Соответственно, чем больше напряжение между катодом и анодом, тем больше сила тока. При некотором значении напряжения сила тока достигает максимума и при дальнейшем увеличении напряжения не меняется. Наблюдается ток насыщения, при котором все электроны, вылетевшие из нити, достигают пластины. При повышении температуры нити увеличивается число вылетевших электронов и соответственно сила тока насыщения. Описанная зависимость силы тока в вакууме от напряжения на электродах представлена на рисунке 17.

Рис. 17

Электрический ток в газах

3. Выясним, какими частицами создаётся электрический ток в газах.

Проделаем опыт. Зарядим электрометр с помощью наэлектризованной эбонитовой палочки. Сообщённый электрометру отрицательный заряд будет в течение некоторого времени сохраняться. Это означает, что окружающий его воздух не является проводником. Теперь поднесём к шару электрометра, не касаясь его, зажжённую спичку (рис. 18). Электрометр сразу разрядится. Очевидно, пламя сделало воздух проводником, и избыточные электроны с электрометра перешли в воздух. Объясним наблюдаемое явление.

Рис. 17

Вам известно, что воздух состоит из атомов и молекул различных газов, которые в обычном состоянии нейтральны. При нагревании увеличивается скорость теплового движения молекул, и некоторые молекулы при столкновении распадаются на положительные ионы и электроны. Происходит ионизация газа. Нейтральные атомы или молекулы газа могут присоединить к себе электроны и превратиться в отрицательные ионы. Роль ионизатора в данном случае выполняло пламя спички. Ионизаторами могут служить также ультрафиолетовое и рентгеновское излучения.

Таким образом, электрический ток в газах представляет собой направленное движение положительных и отрицательных ионов и электронов. Протекание тока через газ называют газовым разрядом.

Различают два типа газовых разрядов: несамостоятельный и самостоятельный.

Несамостоятельный газовый разряд наблюдался в описанном опыте (см. рис. 18). Этот разряд происходил благодаря тому, что использовался ионизатор, который способствовал созданию ионов в воздухе.

Рис. 19

Посмотрим, как сила тока в газе зависит от приложенного напряжения. Обратимся к опыту. Установка представляет собой стеклянную трубку с воздухом, в которую впаяны два металлических электрода. Электроды подключены к источнику тока (рис. 19). С помощью излучения газ ионизируют, а затем, изменяя напряжение, подаваемое на трубку, наблюдают за изменением силы тока.

Рис. 20

Опыт показывает, что вначале при увеличении напряжения между электродами сила тока возрастает (рис. 20). Это происходит до некоторого значения напряжения. Дальнейшее увеличение напряжения не приводит к изменению силы тока, она остаётся постоянной. Наблюдается ток насыщения.

Рис. 21

Это происходит потому, что при небольших значениях напряжения не все ионы и электроны достигают электродов. Некоторые из них рекомбинируют и образуют нейтральные молекулы. Чем больше напряжение, тем больше заряженных частиц достигает электродов. Наконец, напряжение принимает такое значение, при котором все образовавшиеся под действием данного ионизатора ионы и электроны участвуют в направленном движении. Теперь некоторое увеличение напряжения не будет влиять на силу тока.

Если после достижения насыщения продолжать увеличивать напряжение, то наступит момент, когда сила тока резко возрастёт (рис. 21). Это означает, что число заряженных частиц в трубке увеличилось, т. е. появились новые ионы и электроны. Причиной этого является то, что электроны приобретают в электрическом поле большую энергию, которой достаточно для того, чтобы ионизировать нейтральный атом. Таким образом, дальнейшая ионизация атомов и молекул осуществляется за счёт столкновения с ними электронов, обладающих достаточной для ионизации энергией. Вследствие этого число заряженных частиц быстро возрастает.

Поскольку разряд будет существовать, даже если убрать ионизатор, его называют самостоятельным.

<<< К началу Окончание >>>