Мякинин -

Тема: Электрический ток в газах. Виды газового разряда и их применение. Понятие о
плазме
Класс: 11В
Преподаватель: Хмелевский В. В.
Цели:
Образовательные: обобщение и систематизация знаний
учащихся об электрическом токе в газах.
Развивающие: развитие логического мышления, умения выделять главное
Воспитательные: содействовать формированию у учеников интереса к более
глубокому изучению физических явлений, связанных с понятием «электрический ток»
Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний
Методы обучения: объяснительно-иллюстративный
Формы организации урока: фронтальная
Оборудование и источники информации: учебник, видеофильм
Ведущая идея: Явление прохождения электрического тока через газ называется газовым
разрядом. Существуют самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды.
Различают несколько типов самостоятельных разрядов: тлеющий, искровой, коронный,
дуговой
План урока
1. Организационный этап – 2 мин
2. Проверка домашнего задания – 10 мин
3. Изучение нового материала - 22 мин
4. Закрепление -10 мин
5. Домашнее задание -1 мин
Структура урока:
Организационный этап:
Приветствую учащихся, прошу их подготовиться к проверке домашнего задания.
Проверка домашнего задания:
Итак, на прошлом уроке вы познакомились с темой «Электрический ток в газах».
Сегодня мы обобщим ваши знания по этой теме и познакомимся с видами газового
разряда, а также с понятием плазмы. Но, для начала, ответьте мне, пожалуйста, на
следующие вопросы:
 Чем является газ с точки зрения проводимости?
 Каким должен быть газ, чтобы стать проводником?
 Назовите способы ионизации.
 Что называется процессом рекомбинации?
 Что такое газовый разряд? Какие бывают газовые разряды?
 Обратимся к вольт-амперной характеристике. С ее помощью объясните
особенности газового разряда.
 С чем связано изменение характера газового разряда с несамостоятельного на
самостоятельный?
Изучение нового материала:
В зависимости от условий, при которых происходит образование носителей заряда
(давление газа, напряжение, приложенное к электродам, форма и температура
электродов), различают несколько типов самостоятельных разрядов: тлеющий, искровой,
порочный, дуговой.
Тлеющим называется газовый разряд в разреженных газах, находящихся при
низких давлениях (0,1 — 0,01 мм рт. ст.). Для его осуществления напряжение подается на
электроды, впаянные в торцы длинной цилиндрической трубки с газом. При тлеющем
разряде катод в трубке испускает электроны вследствие бомбардировки его
положительными ионами, а также фотонами, образующимися в процессе рекомбинации,
идущем практически по всему объему трубки. Для тлеющего разряда характерно
значительное падение потенциала в ограниченной области пространства вблизи катода
— катодном пространстве. Заполняя трубку различными газами, можно получать
различную окраску свечения: так для неона характерно красное свечение, для аргона —
синевато-зеленое.
Тлеющий разряд широко применяется как источник света в рекламных газосветных
трубках, в газовых лазерах, а также для катодного распыления металлов при
изготовлении высококачественных металлических зеркал.
Искровой разряд возникает при давлениях порядка атмосферного при увеличении
напряжения между электродами в газе до напряжения пробоя. Он сопровождается ярким
свечением газа при проскакивании искры, характерным звуком и выделением некоторого
количества теплоты.
При искровом разряде из электронных лавин, возникающих под действием сильного
электрического поля, образуются стримеры — тонкие разветвленные каналы,
заполненные ионизированным газом (от английского stream — течение, поток). При
образовании стримеров первоначальная ионизация происходит под действием
электрического поля. Хаотически возникающие по всей области разряда электронноионные лавины достаточно быстро сливаются в один проводящий канал, сопротивление
которого мало. Под действием внешнего напряжения сила тока в канале быстро
нарастает, вызывая сильное свечение и фотоионизацию газа. Заметим, что время
существования стримера порядка 10-7с.
Искровые разряды могут возникнуть вследствие электризации при расчесывании
сухих волос или снятии шерстяного свитера, при разрядке конденсатора через воздух.
Молния во время грозы также является гигантским искровым разрядом в атмосфере.
Искровой разряд применяется для воспламенения горючей смеси в двигателях
внутреннего сгорания.
Молния — атмосферная электрическая искра, проскакивающая между облаком и
поверхностью Земли во время грозы. Сила тока в молнии, как правило, составляет от 10
до 40 кА, напряжение между «электродами» — 108 — 109 В. Ее длительность — десятки,
сотни миллисекунд, длина светящегося канала может достигать 10 км, а диаметр — 4 м.
При ударе молнии протекает заряд q ≈ 10 — 50 Кл.
В сильном неоднородном электрическом поле при атмосферном давлении возникает
коронный разряд. Для получения такого поля, один из электродов должен быть
заостренным (игла, спица, тонкая проволока), тогда в малой области пространства вокруг
острия возникает электрическое поле, способное ионизировать среду. Ионизированный
газ, «стекая» с острия, светится, образуя «корону» вокруг электрода.
В естественных условиях коронный разряд возникает под влиянием атмосферного
электричества на верхушках деревьев, корабельных мачт (огни Святого Эльма), а также
при больших напряжениях на проводах линий электропередач. Коронный разряд
применяется в электрофильтрах для очистки промышленных газов от примесей.
Напомним, что действие молниеотвода также основано на возникновении коронного
разряда вблизи его острого конца, что приводит к разрядке атмосферного электричества
без удара молнии. Можно сказать, что молниеотвод служит для «замены» опасного вида
газового разряда (искрового) на безопасный (коронный).
Коронные разряды являются источниками радиопомех, а также вызывают
потери (токи утечки) на высоковольтных линиях передач.
В пространстве между сильно нагретыми электродами возникает дуговой
электрический разряд. Он характеризуется большой силой тока (десятки и сотни ампер) и
малым напряжением (десятки вольт). Дуговой разряд поддерживается за счет мощной
термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. Так при атмосферном давлении
температура катода около 4000 К, а при давлении 20 атм — около 7000 К, что больше
температуры внешней поверхности Солнца (6000 К). При таких температурах с
поверхности катода вылетает большое число электронов, что значительно повышает
концентрацию свободных носителей заряда, т. е. проводимость газа. При увеличении
проводимости газа падает сопротивление электрической дуги, вот почему для получения
большой силы тока достаточно весьма низкого напряжения.
Дуговой разряд широко применяется в электропечах для плавки, сварки и резания
металлов, особенно тугоплавких, в качестве мощных источников света (прожекторы,
проекционные киноаппараты).
Таким образом, для протекания всех газовых разрядов газ предварительно
необходимо ионизировать. Ионизированное состояние газа в силу специфики своих
свойств получило название плазмы — нового агрегатного состояния вещества.
Плазма — четвертое агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой
степенью ионизации его частиц при равенстве концентраций положительно и
отрицательно заряженных частиц.
Плазму, содержащую электроны и положительные ионы, называют электронноионной. Если в плазме наряду с заряженными частицами имеются и нейтральные
молекулы, то ее называют частично ионизированной. Плазму, состоящую только из
заряженных частиц, называют полностью ионизированной.
Подчеркнем, что в масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное
агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы
и радиационные пояса Земли. Живописные северные сияния и светящийся газ в
рекламных трубках также представляют собой «живую» плазму.
Плазма находит широкое применение на производстве при резке и шлифовке
металлов, травлении различных поверхностей, введении добавок в полупроводники,
нанесении защитных и упрочняющих покрытий.
Закрепление:
Для закрепления материала предлагаю ученикам посмотреть видеофильм по теме
«Электрический ток в газах. Виды газового разряда»
Домашнее задание:
§45
Конспект ученика:
Предлагается ученикам заполнить таблицу:
Тип разряда
Условия
возникновения
Характерные
признаки
Применение
Плазма — четвертое агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой
степенью ионизации его частиц при равенстве концентраций положительно и
отрицательно заряженных частиц.