Să realizăm următorul experiment.
imagine
Să conectăm electrometrul la discurile condensatorului plat. După aceasta, încărcăm condensatorul. La temperaturi normale și aer uscat, condensatorul se va descărca foarte lent. Din aceasta putem concluziona că curentul în aer între discuri este foarte mic.
Prin urmare, în conditii normale gazul este dielectric. Dacă acum încălzim aerul dintre plăcile condensatorului, acul electrometrului se va apropia rapid de zero și, în consecință, condensatorul se va descărca. Aceasta înseamnă că un curent electric este stabilit în gazul încălzit, iar un astfel de gaz va acționa ca un conductor.
Curentul electric în gaze
Descărcarea gazoasă este procesul de trecere a curentului printr-un gaz. Din experiență este clar că odată cu creșterea temperaturii, conductivitatea aerului crește. Pe lângă încălzire, conductivitatea unui gaz poate fi crescută în alte moduri, de exemplu, prin expunerea la radiații.
În condiții obișnuite, gazele sunt compuse în principal din atomi și molecule neutre și, prin urmare, sunt dielectrice. Când expunem un gaz la radiații sau îl încălzim, unii dintre atomi încep să se dezintegreze în ioni pozitivi, iar electronii încep să se ionizeze. Ionizarea unui gaz are loc datorită faptului că, atunci când este încălzit, viteza moleculelor și atomilor crește foarte puternic, iar atunci când se ciocnesc între ele, se descompun în ioni.
Conductibilitatea gazului
Conducția în gaze este realizată în principal de electroni. Gazele combină două tipuri de conductivitate: electronică și ionică. Spre deosebire de soluțiile electrolitice, în gaze formarea ionilor are loc fie în timpul încălzirii, fie datorită acțiunii ionizatorilor externi – radiații, în timp ce în soluțiile electrolitice formarea ionilor este cauzată de slăbirea legăturilor intermoleculare.
Dacă la un moment dat ionizatorul își oprește efectul asupra gazului, se va opri și curentul. În acest caz, ionii și electronii încărcați pozitiv se pot uni din nou - recombina. Dacă nu există câmp extern, atunci particulele încărcate vor dispărea numai din cauza recombinării.
Dacă acțiunea ionizatorului nu este întreruptă, atunci se va stabili echilibrul dinamic. Într-o stare de echilibru dinamic, numărul de perechi de particule nou formate (ioni și electroni) va fi egal cu numărul de perechi care dispar - datorită recombinării.
1. Ionizarea, esența și tipurile ei.
Prima condiție pentru existența curentului electric este prezența purtătorilor de încărcare liberi. În gaze apar ca urmare a ionizării. Sub influența factorilor de ionizare, un electron este separat de o particulă neutră. Atomul devine un ion pozitiv. Astfel, apar 2 tipuri de purtători de sarcină: un ion pozitiv și un electron liber. Dacă un electron se alătură unui atom neutru, apare un ion negativ, adică. al treilea tip de purtători de taxe. Gazul ionizat este numit conductor de al treilea fel. Există 2 tipuri de conductivitate posibile aici: electronică și ionică. Concomitent cu procesele de ionizare, are loc procesul invers - recombinare. Pentru a separa un electron de un atom, trebuie consumată energie. Dacă energia este furnizată din exterior, atunci factorii care favorizează ionizarea se numesc externi (temperatură ridicată, radiatii ionizante, radiații UV, puternice câmpuri magnetice). În funcție de factorii de ionizare, se numește ionizare termică sau fotoionizare. Ionizarea poate fi cauzată și de șoc mecanic. Factorii de ionizare sunt împărțiți în naturali și artificiali. Naturalul este cauzat de radiațiile de la Soare și de fondul radioactiv al Pământului. Pe lângă ionizarea externă, există și ionizarea internă. Este împărțit în șoc și pas.
Ionizare prin impact.
La o tensiune suficient de mare, electronii accelerați de câmp la viteze mari devin ei înșiși o sursă de ionizare. Când un astfel de electron lovește un atom neutru, electronul este scos din atom. Acest lucru se întâmplă atunci când energia electronului care provoacă ionizarea depășește energia de ionizare a atomului. Tensiunea dintre electrozi trebuie să fie suficientă pentru ca electronul să dobândească energia necesară. Această tensiune se numește tensiune de ionizare. Are propriul său sens pentru fiecare.
Dacă energia unui electron în mișcare este mai mică decât este necesar, atunci la impact are loc doar excitația unui atom neutru. Dacă un electron în mișcare se ciocnește cu un atom pre-excitat, are loc ionizarea în trepte.
2. Descărcare de gaz neauto-susținută și caracteristicile curent-tensiune ale acesteia.
Ionizarea conduce la îndeplinirea primei condiții de existență a curentului, adică. la apariţia unor taxe gratuite. Pentru ca un curent să apară, este necesară prezența unei forțe externe, care va forța sarcinile să se miște într-o direcție, adică. este necesar un câmp electric. Curent electricîn gaze sunt însoțite de o serie de fenomene: lumină, sunet, formarea ozonului, oxizi de azot. Un set de fenomene care însoțesc trecerea curentului printr-o descărcare gaz - gaz. Procesul de curgere a curentului în sine este adesea menționat ca o descărcare de gaz.
O descărcare se numește neauto-susținută dacă există numai în timpul acțiunii unui ionizator extern. În acest caz, după terminarea ionizatorului extern, nu se formează noi purtători de sarcină, iar curentul se oprește. În timpul unei descărcări care nu se autosusțin, curenții au o magnitudine valoare mică, și nu există nicio strălucire de gaz.
Evacuarea independentă a gazelor, tipurile și caracteristicile acesteia.
O descărcare independentă de gaz este o descărcare care poate exista după încetarea ionizatorului extern, adică. datorită ionizării de impact. În acest caz, se observă fenomene luminoase și sonore, iar puterea curentului poate crește semnificativ.
Tipuri de autodescărcare:
1. descărcare silențioasă - urmează direct după una care nu se autosusține, puterea curentului nu depășește 1 mA, nu există fenomene sonore sau luminoase. Folosit în fizioterapie, contoare Geiger-Muller.
2. descărcare luminoasă. Pe măsură ce tensiunea crește, liniștea se transformă în mocnit. Apare la o anumită tensiune - tensiune de aprindere. Depinde de tipul de gaz. Neonul are 60-80 V. Depinde si de presiunea gazului. Descărcarea strălucitoare este însoțită de o strălucire, este asociată cu recombinarea, care are loc cu eliberarea de energie. Culoarea depinde și de tipul de gaz. Se folosește în lămpi indicatoare (neon, bactericide UV, iluminare, fluorescente).
3. descărcarea arcului.
Puterea curentului este de 10 - 100 A. Însoțită de o strălucire intensă, temperatura în golul de descărcare în gaz atinge câteva mii de grade. Ionizarea ajunge la aproape 100%. 100% gaz ionizat - plasmă de gaz rece. Are o conductivitate bună. Folosit în lămpile cu mercur de înaltă și ultra-înaltă presiune.
4. O descărcare prin scânteie este un tip de descărcare cu arc. Aceasta este o descărcare puls-oscilativă. În medicină se utilizează expunerea la vibrații de înaltă frecvență La densități mari de curent se observă fenomene sonore intense.
5. descărcare corona. Acesta este un tip de descărcare luminoasă. Se observă în locurile în care există o schimbare bruscă a intensității câmpului electric. Aici apare o avalanșă de sarcini și o strălucire de gaze - o coroană.
CURENTUL ELECTRIC ÎN GAZEÎn starea lor naturală, gazele nu conduc curentul electric, adică. sunt dielectrici. Acest lucru poate fi verificat cu ușurință folosind un curent simplu dacă circuitul este întrerupt de un spațiu de aer.
Proprietățile izolatoare ale gazelor se explică prin faptul că atomii și moleculele de gaze în starea lor naturală sunt particule neutre, neîncărcate. De aici este clar că, pentru a face un gaz conductiv, este necesar într-un fel sau altul să se introducă în el sau să se creeze în el purtători de încărcare liberi - particule încărcate. În acest caz, sunt posibile două cazuri: fie aceste particule încărcate sunt create prin acțiunea unui factor extern sau introduse în gaz din exterior - conductivitate neindependentă, fie sunt create în gaz prin acțiunea câmpului electric. el însuși existent între electrozi - conductivitate independentă.
În figura de mai sus, galvanometrul din circuit arată că nu există curent în ciuda tensiunii aplicate. Aceasta indică absența conductibilității gazelor în condiții normale.
Să încălzim acum gazul în intervalul 1-2 până la foarte temperatură ridicată, aducând în ea un arzător aprins. Galvanometrul va indica apariția curentului, prin urmare, la temperaturi ridicate, proporția de molecule de gaz neutru se descompune în ioni pozitivi și negativi. Acest fenomen se numește ionizare gaz 
Dacă direcționați un flux de aer de la o suflantă mică în golul de gaz și plasați o flacără ionizantă în calea fluxului, în afara spațiului, atunci galvanometrul va afișa ceva curent. 
Aceasta înseamnă că ionii nu dispar instantaneu, ci se mișcă împreună cu gazul. Cu toate acestea, pe măsură ce distanța dintre flacără și intervalul 1-2 crește, curentul slăbește treptat și apoi dispare. În acest caz, ionii încărcați opus tind să se apropie unul de celălalt sub influența forței de atracție electrică și, la întâlnire, se reunesc într-o moleculă neutră. Acest proces se numește recombinare ionii.
Încălzirea unui gaz la o temperatură ridicată nu este singura modalitate de a ioniza moleculele sau atomii de gaz. Atomii neutri sau moleculele de gaz pot fi, de asemenea, ionizați sub influența altor factori.
Conductivitatea ionică are o serie de caracteristici. Astfel, adesea ionii pozitivi și negativi nu sunt molecule ionizate unice, ci grupuri de molecule atașate la un electron negativ sau pozitiv. Din acest motiv, deși sarcina fiecărui ion este egală cu una sau două, rareori mai multe, sarcini elementare, masele lor pot diferi semnificativ de masele atomilor și moleculelor individuali. În acest fel, ionii de gaz diferă semnificativ de ionii de electroliți, care reprezintă întotdeauna anumite grupe de atomi. Datorită acestei diferențe, legile lui Faraday, care sunt atât de caracteristice conductivității electroliților, nu se aplică conductivității ionice a gazelor.
A doua diferență, de asemenea foarte importantă, între conductivitatea ionică a gazelor și conductivitatea ionică a electroliților este că legea lui Ohm nu este respectată pentru gaze: caracteristica curent-tensiune are mai multe caracter complex. Caracteristica curent-tensiune a conductoarelor (inclusiv electroliților) are forma unei linii drepte înclinate (proporționalitatea lui I și U pentru gaze are o formă variată).
În special, în cazul conductivității care nu se autosusține, la valori mici ale lui U, graficul arată ca o linie dreaptă, adică. Legea lui Ohm rămâne aproximativ în vigoare; Pe măsură ce U crește, curba se îndoaie cu o oarecare tensiune și se transformă într-o linie dreaptă orizontală. 
Aceasta înseamnă că pornind de la o anumită tensiune, curentul rămâne constant în ciuda creșterii tensiunii. Această valoare a curentului constantă, independentă de tensiune este numită curent de saturație.
Nu este greu de înțeles sensul rezultatelor obținute. Inițial, odată cu creșterea tensiunii, numărul de ioni care trec prin secțiunea transversală de descărcare crește, adică. Curentul I crește, deoarece ionii dintr-un câmp mai puternic se mișcă cu o viteză mai mare. Cu toate acestea, indiferent cât de repede se mișcă ionii, numărul acestora care trec prin această secțiune pe unitatea de timp nu poate fi mai mare decât numărul total de ioni creați în descărcare pe unitatea de timp de factorii ionizanți externi.
Experimentele arată însă că, dacă, după atingerea curentului de saturație în gaz, tensiunea continuă să crească semnificativ, atunci cursul caracteristicii curent-tensiune este brusc perturbat. La o tensiune suficient de mare, curentul crește brusc. 
Saltul actual arată că numărul de ioni a crescut imediat brusc. Motivul pentru aceasta este câmpul electric însuși: acesta conferă viteze atât de mari unor ioni, de exemplu. atât de multă energie încât atunci când astfel de ioni se ciocnesc cu molecule neutre, acestea din urmă sunt rupte în ioni. Număr total ionii este acum determinată nu de factorul ionizant, ci de acțiunea câmpului însuși, care poate susține el însuși ionizarea necesară: conductivitatea de la neindependenți devine independentă. Fenomenul descris al apariției bruște a conductibilității independente, care are natura unei defalcări a golului de gaz, nu este singura, deși foarte importantă, formă de apariție a conductibilității independente.
Descărcare prin scânteie. La o intensitate a câmpului suficient de mare (aproximativ 3 MV/m), între electrozi apare o scânteie electrică, care are aspectul unui canal de înfășurare strălucitor care conectează ambii electrozi. Gazul din apropierea scânteii se încălzește până la o temperatură ridicată și se extinde brusc, provocând unde sonore, și auzim un trosnet caracteristic.
Forma descrisă de descărcare de gaz se numește descărcare de scânteie sau spargerea scânteii de gaz. Când are loc o descărcare de scânteie, gazul își pierde brusc proprietățile dielectrice și devine un bun conductor. Intensitatea câmpului la care are loc defalcarea scânteii de gaz are o valoare diferită pentru diferite gaze și depinde de starea acestora (presiune, temperatură). Cu cât distanța dintre electrozi este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea dintre ei pentru ca gazul să aibă loc prin scântei. Această tensiune se numește tensiunea de avarie.
Știind cum tensiunea de defalcare depinde de distanța dintre electrozii de orice formă anume, este posibil să se măsoare tensiunea necunoscută de-a lungul lungimii maxime a scânteii. Dispozitivul unui voltmetru cu scânteie pentru tensiuni înalte brute se bazează pe aceasta. 
Este alcătuit din două bile metalice montate pe suporturile 1 și 2, al 2-lea stand cu bila se poate deplasa mai aproape sau mai departe de primul folosind un șurub. Bilele sunt conectate la o sursă de curent, a cărei tensiune trebuie măsurată și reunite până când apare o scânteie. Măsurând distanța folosind o scară de pe suport, puteți da o estimare aproximativă a tensiunii de-a lungul lungimii scânteii (exemplu: cu un diametru al bilei de 5 cm și o distanță de 0,5 cm, tensiunea de avarie este de 17,5 kV, si cu distanta de 5 cm - 100 kV).
Apariția unei defecțiuni se explică după cum urmează: într-un gaz există întotdeauna un anumit număr de ioni și electroni care apar din cauze aleatorii. Cu toate acestea, numărul lor este atât de mic încât gazul practic nu conduce electricitatea. La o intensitate a câmpului suficient de mare, energia cinetică acumulată de ion în intervalul dintre două ciocniri poate deveni suficientă pentru a ioniza o moleculă neutră la ciocnire. Ca rezultat, se formează un nou electron negativ și un reziduu încărcat pozitiv - un ion. 
Electronul liber 1, când se ciocnește cu o moleculă neutră, o împarte în electronul 2 și un ion pozitiv liber. Electronii 1 și 2, la ciocnirea ulterioară cu molecule neutre, îi împart din nou în electroni 3 și 4 și ioni pozitivi liberi etc.
Acest proces de ionizare se numește ionizare de impactși munca care trebuie cheltuită pentru a îndepărta un electron dintr-un atom - munca de ionizare. Lucrarea de ionizare depinde de structura atomului și, prin urmare, este diferită pentru diferite gaze.
Electronii și ionii formați sub influența ionizării prin impact măresc numărul de sarcini din gaz și, la rândul lor, intră în mișcare sub influența unui câmp electric și pot produce ionizare prin impact a unor noi atomi. Astfel, procesul se întărește singur, iar ionizarea în gaz atinge rapid o valoare foarte mare. Fenomenul este similar cu o avalanșă de zăpadă, motiv pentru care a fost numit acest proces avalanșă de ioni.
Formarea unei avalanșe de ioni este procesul de spargere a scânteilor, iar tensiunea minimă la care are loc o avalanșă de ioni este tensiunea de spargere.
Astfel, în timpul defalcării unei scântei, motivul ionizării gazului este distrugerea atomilor și moleculelor în timpul ciocnirilor cu ionii (ionizare de impact).
Fulger. Un fenomen natural frumos și periculos - fulgerul - este o descărcare de scânteie în atmosferă.
Deja la mijlocul secolului al XVIII-lea, s-a acordat atenție asemănării exterioare a fulgerului cu o scânteie electrică. S-a sugerat că norii de tunete poartă sarcini electrice mari și că fulgerul este o scânteie gigantică, cu nimic diferită, cu excepția dimensiunii, de scânteia dintre bilele unei mașini electrice. Acest lucru a fost subliniat, de exemplu, de fizicianul și chimistul rus Mihail Vasilevici Lomonosov (1711-65), împreună cu alții probleme științifice care se ocupă de electricitatea atmosferică.
Acest lucru a fost dovedit în experiența din 1752-1753. Lomonosov și omul de știință american Benjamin Franklin (1706-90), care au lucrat simultan și independent unul de celălalt.
Lomonosov a construit o „mașină de tunet” - un condensator situat în laboratorul său și încărcat cu electricitate atmosferică printr-un fir, al cărui capăt a fost scos din cameră și ridicat pe un stâlp înalt. În timpul unei furtuni, scânteile ar putea fi extrase manual din condensator.
Franklin, în timpul unei furtuni, a zburat un zmeu pe o sfoară, care era echipată cu un vârf de fier; o cheie a ușii era legată de capătul sforii. Când sfoara s-a udat și a devenit conductor de curent electric, Franklin a reușit să extragă scântei electrice din cheie, să încarce borcanele Leyden și să efectueze alte experimente efectuate cu o mașină electrică (De remarcat că astfel de experimente sunt extrem de periculoase, deoarece fulgerele pot lovi zmeii și, în același timp, încărcături mari vor trece prin corpul experimentatorului în Pământ. Au existat cazuri atât de triste în istoria fizicii. Așa a murit G.V., care a lucrat cu Lomonosov în 1753 la Sankt Petersburg).
Astfel, s-a demonstrat că norii de tunete sunt într-adevăr foarte încărcați cu electricitate.
Diferite părți ale unui nor de tunete poartă încărcături de semne diferite. Cel mai adesea, partea inferioară a norului (reflectată spre Pământ) este încărcată negativ, iar partea superioară este încărcată pozitiv. Prin urmare, dacă doi nori se apropie unul de celălalt cu părți încărcate opus, atunci fulgerele fulgeră între ei. Cu toate acestea, o descărcare de fulger poate apărea în alte moduri. Trecând peste Pământ, un nor de tunet creează sarcini induse mari pe suprafața sa și, prin urmare, norul și suprafața Pământului formează două plăci ale unui condensator mare. Diferența de potențial dintre nor și Pământ atinge valori enorme, măsurate în sute de milioane de volți, iar în aer apare un câmp electric puternic. Dacă puterea acestui câmp devine suficient de mare, atunci poate apărea o defecțiune, adică fulgerul lovind Pământul. În același timp, fulgerele lovesc uneori oamenii și provoacă incendii.
Conform numeroaselor studii efectuate asupra fulgerului, sarcina de scânteie este caracterizată de următoarele cifre aproximative: tensiunea (U) între nor și Pământ 0,1 GV (gigavolt);
puterea curentului (I) în fulger 0,1 MA (megaamperi);
durata fulgerului (t) 1 μs (microsecundă);
Diametrul canalului luminos este de 10-20 cm.
Tunetul care apare după fulger are aceeași origine ca și sunetul trosnetului când sare o scânteie de laborator. Și anume, aerul din interiorul canalului fulgerului devine foarte fierbinte și se extinde, motiv pentru care apar unde sonore. Aceste valuri, reflectate de nori, munți etc., creează adesea un ecou lung - tunete.
Descărcarea corona. Apariția unei avalanșe de ioni nu duce întotdeauna la o scânteie, dar poate provoca și o descărcare de alt tip - o descărcare corona.
Să întindem un fir metalic ab, având un diametru de câteva zecimi de milimetru, pe două suporturi izolatoare înalte, și să-l conectăm la polul negativ al unui generator producând o tensiune de câteva mii de volți. Vom duce al doilea pol al generatorului pe Pământ. Rezultatul este un fel de condensator, ale cărui plăci sunt firul și pereții camerei, care, desigur, comunică cu Pământul. 
Câmpul din acest condensator este foarte neomogen, iar intensitatea lui lângă un fir subțire este foarte mare. Prin creșterea treptată a tensiunii și observarea firului în întuneric, puteți observa că la o anumită tensiune apare o strălucire slabă (corona) în apropierea firului, acoperind firul pe toate părțile; este însoțită de un șuierat și de un ușor trosnet. Dacă un galvanometru sensibil este conectat între fir și sursă, atunci cu aspectul unei străluciri, galvanometrul arată un curent vizibil care curge de la generator prin fire către fir și de la acesta prin aerul camerei către pereți; între sârmă și pereți este transferat de ionii formați în încăpere din cauza ionizării la impact. Astfel, strălucirea aerului și apariția curentului indică o ionizare puternică a aerului sub influența unui câmp electric. O descărcare corona poate apărea nu numai în apropierea firului, ci și la vârf și, în general, în apropierea oricăror electrozi, lângă care se formează un câmp neomogen foarte puternic.
Aplicarea descărcării corona. Purificarea gazelor electrice (precipitatoare electrice). Un vas plin cu fum devine brusc complet transparent dacă în el sunt introduși electrozi metalici ascuțiți conectați la o mașină electrică și toate particulele solide și lichide sunt depuse pe electrozi. Explicația experimentului este următoarea: de îndată ce corona este aprinsă în fir, aerul din interiorul tubului devine puternic ionizat. Ionii de gaz se lipesc de particulele de praf și le încarcă. Deoarece în interiorul tubului există un câmp electric puternic, particulele de praf încărcate se deplasează sub influența câmpului către electrozi, unde se depun.
Contoare particule elementare
. Un contor de particule Geiger-Müller constă dintr-un mic cilindru metalic echipat cu o fereastră acoperită cu folie și un fir metalic subțire întins de-a lungul axei cilindrului și izolat de acesta. Contorul este conectat la un circuit care conține o sursă de curent a cărei tensiune este de câteva mii de volți. Tensiunea este aleasă ca fiind necesară pentru apariția unei descărcări corona în interiorul contorului. 
Când un electron cu mișcare rapidă intră în contor, acesta din urmă ionizează moleculele de gaz din interiorul contorului, determinând o scădere ușoară a tensiunii necesare pentru a aprinde coroana. În contor are loc o descărcare, iar în circuit apare un curent slab de scurtă durată. Pentru a-l detecta, se introduce în circuit o rezistență foarte mare (câțiva megaohmi) și se conectează în paralel cu acesta un electrometru sensibil. De fiecare dată când un electron rapid lovește contorul, foaia electrometrului se va înclina.
Astfel de contoare fac posibilă înregistrarea nu numai a electronilor rapizi, ci și, în general, a oricăror particule încărcate, care se mișcă rapid, capabile să producă ionizare prin ciocniri. Contoarele moderne detectează cu ușurință intrarea chiar și a unei particule în ele și, prin urmare, fac posibilă verificarea cu o fiabilitate deplină și o claritate foarte clară că particulele încărcate elementare există cu adevărat în natură.
Paratrăsnet. Se estimează că aproximativ 1.800 de furtuni au loc simultan în atmosfera întregului glob, producând în medie aproximativ 100 de fulgere pe secundă. Și, deși probabilitatea ca orice individ să fie lovit de fulger este neglijabilă, fulgerul provoacă totuși mult rău. Este suficient să subliniem că în prezent aproximativ jumătate din toate accidentele de pe liniile electrice mari sunt cauzate de fulgere. Prin urmare, protecția împotriva trăsnetului este o sarcină importantă.
Lomonosov și Franklin nu numai că au explicat natura electrică a fulgerului, dar au indicat și modul în care ar putea fi construit un paratrăsnet pentru a proteja împotriva loviturilor de fulger. Un paratrăsnet este un fir lung, al cărui capăt superior este ascuțit și întărit deasupra celui mai înalt punct al clădirii protejate. Capătul inferior al firului este conectat la o foaie de metal, iar foaia este îngropată în Pământ la nivelul apei din sol. În timpul unei furtuni, pe Pământ apar sarcini induse mari și un câmp electric mare apare la suprafața Pământului. Tensiunea sa este foarte mare în apropierea conductorilor ascuțiți și, prin urmare, o descărcare corona este aprinsă la capătul paratrăsnetului. Ca urmare, sarcinile induse nu se pot acumula pe clădire și nu apar fulgere. În acele cazuri în care apare fulgerul (și astfel de cazuri sunt foarte rare), acesta lovește paratrăsnetul și încărcăturile intră în Pământ fără a provoca daune clădirii.
În unele cazuri, descărcarea corona de la un paratrăsnet este atât de puternică încât la vârf apare o strălucire clar vizibilă. Această strălucire apare uneori lângă alte obiecte ascuțite, de exemplu, la capetele catargelor navei, vârfurile ascuțite ale copacilor etc. Acest fenomen a fost observat cu câteva secole în urmă și a provocat groază superstițioasă în rândul marinarilor care nu i-au înțeles adevărata esență.
Arc electric.În 1802, fizicianul rus V.V. Petrov (1761-1834) a constatat că dacă atașați două piese la polii unei baterii electrice mari cărbuneși, aducând cărbunii în contact, depărtați-i ușor, între capetele cărbunilor se va forma o flacără strălucitoare, iar capetele cărbunilor înșiși vor deveni alb-încinse, emitând o lumină orbitoare.
Cel mai simplu dispozitiv pentru producerea unui arc electric este format din doi electrozi, pentru care este mai bine să luați nu cărbune, ci tije special făcute obținute prin presarea unui amestec de grafit, funingine și lianți. Sursa de curent poate fi o rețea de iluminat, în care este inclus un reostat pentru siguranță.
Forțând un arc să ardă la un curent constant în gaz comprimat (20 atm), a fost posibilă aducerea temperaturii capătului electrodului pozitiv la 5900°C, adică. la temperatura de suprafață a soarelui. O coloană de gaze și vapori, care are o conductivitate electrică bună și prin care trece o sarcină electrică, are o temperatură și mai mare. Bombardarea energetică a acestor gaze și vapori de către electroni și ioni, condus de câmpul electric al arcului, aduce temperatura gazelor din coloană la 6000-7000°C. O astfel de ionizare puternică a gazului este posibilă numai datorită faptului că arc catodul emite o mulțime de electroni, care, cu impactul lor, ionizează gazul în spațiul de descărcare. Emisia puternică de electroni din catod este asigurată de faptul că arc catodul în sine este încălzit la o temperatură foarte ridicată (de la 2200 la 3500°C). Când cărbunii sunt aduși în contact pentru a aprinde arcul, aproape toată căldura Joule a curentului care trece prin cărbuni este eliberată în punctul de contact, care are o rezistență foarte mare. Prin urmare, capetele cărbunilor devin foarte fierbinți și acest lucru este suficient pentru ca un arc să se declanșeze între ele atunci când se depărtează. Ulterior, catodul arcului este menținut în stare încălzită de curentul însuși care trece prin arc. Rolul principal în aceasta este jucat de bombardarea catodului de către ioni pozitivi care intră pe acesta.
Caracteristica curent-tensiune a arcului este complet unică. Într-o descărcare cu arc, pe măsură ce curentul crește, tensiunea la bornele arcului scade, adică. arcul are o caracteristică curent-tensiune în cădere.
Aplicarea descărcării cu arc. Iluminat. Datorită temperaturii ridicate, electrozii arc emit o lumină orbitoare (strălucirea coloanei arcului este mai slabă, deoarece emisivitatea gazului este mică) și, prin urmare, arcul electric este una dintre cele mai bune surse de lumină. Consumă doar aproximativ 3 wați pe candela și este semnificativ mai economic decât cele mai bune lămpi cu incandescență. Arcul electric a fost folosit pentru prima dată pentru iluminat în 1875 de către inginerul-inventatorul rus P.N. Yablochkin (1847-1894) și a primit numele de „lumina rusă” sau „lumina nordică”. Sudare. Un arc electric este folosit pentru a suda piesele metalice. Piesele sudate servesc ca electrod pozitiv; atingându-le cu cărbune conectat la polul negativ al sursei de curent, se creează un arc între corpuri și cărbune, topind metalul. Arcul de mercur. De mare interes este un arc de mercur care arde într-un tub de cuarț, așa-numita lampă de cuarț. În această lampă, descărcarea arcului nu are loc în aer, ci într-o atmosferă de vapori de mercur, pentru care o cantitate mică de mercur este introdusă în lampă, iar aerul este pompat afară. Lumina arcului de mercur este extrem de bogată în raze ultraviolete, care au substanțe chimice puternice și efect fiziologic. Pentru a putea folosi această radiație, lampa este făcută nu din sticlă, care absoarbe puternic razele UV, ci din cuarț topit. Lămpile cu mercur sunt utilizate pe scară largă în tratamentul diferitelor boli, precum și cercetarea stiintifica ca sursă puternică de radiații ultraviolete.
Ca sursă de informare a fost folosit manualul de fizică elementară.
editat de academicianul G.S. Landsberg (volumul 2). Moscova, editura „Nauka”, 1985.
Completat de MARKIDONOV TIMUR, Irkutsk.
Curentul electric este un flux care este cauzat de mișcarea ordonată a particulelor încărcate electric. Mișcarea sarcinilor este considerată a fi direcția curentului electric. Curentul electric poate fi pe termen scurt sau pe termen lung.
Conceptul de curent electric
În timpul descărcării unui fulger, poate apărea un curent electric, care se numește pe termen scurt. Și pentru a menține curentul pentru o lungă perioadă de timp, este necesară prezența unui câmp electric și a purtătorilor liberi de sarcină electrică.
Un câmp electric este creat de corpuri încărcate diferit. Puterea curentului este raportul dintre sarcina transferată prin secțiunea transversală a unui conductor într-un interval de timp și acest interval de timp. Se măsoară în Amperi.
Orez. 1. Formula curentă
Curentul electric în gaze
Moleculele de gaz nu conduc curentul electric în condiții normale. Sunt izolatori (dielectrici). Totuși, dacă condițiile se schimbă mediu, atunci gazele pot deveni conductoare de electricitate. Ca urmare a ionizării (atunci când este încălzit sau sub influența radiațiilor radioactive), în gaze apare un curent electric, care este adesea înlocuit cu termenul „descărcare electrică”.
Descărcări de gaze auto-susținute și neauto-susținute
Descărcările în gaze pot fi independente sau neauto-susținute. Actualul începe să existe când apar taxe gratuite. Descărcările care nu se autosusțin există atâta timp cât o forță externă acționează asupra ei, adică un ionizator extern. Adică, dacă ionizatorul extern nu mai funcționează, atunci curentul se oprește.
Autodescărcarea curentului electric în gaze există chiar și după încetarea ionizatorului extern. Descărcările independente în fizică sunt împărțite în liniște, strălucire, arc, scânteie, coroană.
- Linişti – cea mai slabă dintre categoriile independente. Puterea curentului în el este foarte mică (nu mai mult de 1 mA). Nu este însoțită de fenomene sonore sau luminoase.
- Mocnit – dacă creșteți tensiunea într-o descărcare liniștită, aceasta trece la următorul nivel – o descărcare strălucitoare. În acest caz, apare o strălucire, care este însoțită de recombinare. Recombinare – procesul de ionizare inversă, întâlnirea unui electron cu un ion pozitiv. Folosit în lămpi bactericide și de iluminat.
Orez. 2. Descărcare strălucitoare
- Arc – puterea curentului variază de la 10 A la 100 A. Ionizarea este de aproape 100%. Acest tip de descărcare are loc, de exemplu, la operarea unui aparat de sudură.
Orez. 3. Descărcarea arcului
- Scânteie – poate fi considerat unul dintre tipurile de descărcare cu arc. În timpul unei astfel de descărcări, o anumită cantitate de energie electrică curge într-un timp foarte scurt.
- Descărcarea corona – ionizarea moleculelor are loc în apropierea electrozilor cu raze mici de curbură. Acest tip de sarcină apare atunci când intensitatea câmpului electric se modifică brusc.
Ce am învățat?
Atomii și moleculele unui gaz înșiși sunt neutre. Se încarcă atunci când sunt expuse la exterior. Dacă vorbim pe scurt despre curentul electric din gaze, atunci acesta reprezintă mișcarea direcționată a particulelor (ioni pozitivi către catod și ioni negativi la anod). De asemenea, este important ca atunci când un gaz este ionizat, proprietățile sale conductoare să se îmbunătățească.
În gaze există descărcări electrice neauto-susținute și auto-susținute.
Fenomenul de curent electric care curge printr-un gaz, observat numai în condițiile unei influențe externe asupra gazului, se numește o descărcare electrică neauto-susținută. Procesul de îndepărtare a unui electron dintr-un atom se numește ionizare a atomului. Energia minimă care trebuie cheltuită pentru a îndepărta un electron dintr-un atom se numește energie de ionizare. Un gaz parțial sau complet ionizat în care densitățile sunt pozitive și sarcini negative sunt la fel, numite.
plasmă
În timpul unei autodescărcări, una dintre modalitățile de a ioniza atomii este ionizarea cu impact de electroni. Ionizarea prin impact de electroni devine posibilă atunci când un electron pe calea liberă medie A dobândește energie cinetică W k , suficient pentru a efectua munca de îndepărtare a unui electron dintr-un atom. Tipuri de descărcări independente în gaze - scânteie, corona, arc și descărcări strălucitoare.
Descărcare prin scânteie apare între doi electrozi încărcați cu sarcini diferite și având o diferență mare de potențial. Tensiunea dintre corpurile încărcate diferit ajunge până la 40.000 V. Descărcarea scânteii este de scurtă durată, mecanismul său este impactul electronic. Fulgerul este un tip de descărcare de scânteie.
În extrem de eterogen câmpuri electrice format, de exemplu, între un vârf și un plan sau între un fir de linie electrică și suprafața Pământului, apare o formă specială de descărcare independentă în gaze, numită descărcare corona.
Descărcarea arcului electric a fost descoperit de omul de știință rus V.V Petrov în 1802. Când doi electrozi de carbon intră în contact la o tensiune de 40-50 V, apar zone de secțiune transversală mică cu rezistență electrică ridicată.
Aceste zone devin foarte fierbinți și emit electroni, care ionizează atomii și moleculele dintre electrozi. Purtătorii de curent electric în arc sunt ioni și electroni încărcați pozitiv. O descărcare care are loc la presiune redusă se numește descărcare strălucitoare
