Материал: Билеты по электричеству и магнетизму

при повышении температуры ускоряется процесс диссоциации, проводимость растет, а следовательно уменьшается сопротивление.

Пусть n0 – концентрация молекул растворяемого вещества, α – коэффициент диссоциации (распада). Тогда число диссоциированных молекул (число пар ионов в единице объема): = 0

Концентрация недиссоциированных молекул: ° = (1 − ) 0

Врастворе одновременно происходят акты диссоциации и рекомбинации (образование нейтральных атомов и молекул из свободных электронов).

Вравновесном состоянии скорости диссоциации и рекомбинации равны:

С увеличением концентрации растворяемого вещества коэффициент диссоциации уменьшается.

Проводимость электролитов зависит от температуры, поэтому с ее ростом:

1)Увеличивается α (равновесие сдвигается в сторону диссоциации)

2)Уменьшается вязкость жидкости (увеличивается подвижности)

То есть с увеличением температуры проводимости электролитов быстро (нелинейно) возрастает. Это особенно заметно в твердых элетролитах.

Законы Фарадея Законы Фарадея определяют количества первичных продуктов, выделяющихся на элеткродах

при электролизе (реакция, которая протекает на электродах при прохождении электрического тока через электролит (вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы)).

1-й закон Фарадея. «Масса вещества т, претерпевшего химическое превращение под действием электрического тока, пропорциональна количеству протекшего электричества q».

= × = × ×

k – электрохимический эквивалент вещества и численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

2-й закон Фарадея. «Масса вещества, выделяющегося при электролизе на каждом электроде, пропорциональна химическому эквиваленту».

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы А иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент: = 1 × , где F – постоянная Фарадея (есть заряд, переносимый при электролизе одним грамм-эквивалентом ионов).

20. Элеткрическая проводимость газов. Типы газовых разрядов и их характеристика. Плазма и ее основные свойства.

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Под воздействием некотрых внещних (ионизирующих) факторов (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, космические излучения, а также сильный термический разогрев газа) газы приобретают способность проводить ток.

Явление протекания тока в газе (при наличии разности потенциалов) – элеткрический газовый разряд.

Два типа газового разряда:

1) Несамостоятельный газовый разряд – при устранении внешнего ионизирующего воздействия то прекращается.

Под воздействием внешнего ионизирующего фактора в газе происходит процесс генерации пар носителей заряда (пара: элеткрон и положительный ион). При подключении к элеткродам внешнего напряжения носители заряда будут двигаться в поле, создавая электрический ток.

a.При подаче разности потенциалов в трубке возникает электрический ток.

b.При небольшой разности потенциалов не все образующиеся ионы достигают электродов.

c.По мере увеличение разности потенциалов (напряжения) между электродами трубки доля заряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается. При этом увеличивается и сила тока

вцепи.

d.При некотором определенном напряжении наступает такой момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе ионизатором за секунду, достигают за это же время электродов. При этом дальнейшего роста тока не происходит. Данное максимальное значение силы тока называют током насыщения .

e.Если действие ионизатора прекратить, то прекратиться и ток в цепи, т.е. газовый разряд, так как других источников ионов нет. Если убрать внешний ионизатор, то новых ионов не образуется, а те, что есть, достигнут электрода или рекомбинируют.

2) Самостоятельный газовый разряд – при устранении внешнего ионизирующего воздействия ток не прекращается.

Необходимое условие – формирование лавины электронов и ионов.

Основные процессы, приводящие к возникновению носители заряда при самостоятельном разряде:

a.Ударная ионизация.

I. Электронная – элеткрон разгоняется полем, нупруго сталкивается с атомом газа и выбивает из него электрон.

α – коэффициент электронной ионизации (среднее число ионов, возникающих при электронных ударах на единицу длины пробега электрона).

II.Ионная – ионизация атома при соударении с ионом.

β– коэффициент ионной ионизации (среднее число ионов, возникающих при соударениих с положительным ионом на единицу длины его пробега).

Подвижность ионов << подвижности электронов (α >> β).

b. Вторичная электронная эмиссия

Положительный ион, разогнанный электрическим полем, при соударении с катодом может выбить с поверхности электрон.

c. Фотонизация

При поглощении атомом или молекулой последовательно нескольких фотонов может произойти ионизация (многоступенчатый процесс). Доля фотонизации в развитии самостоятельного разряда мала.

d. При определенных условиях (очень высокая температура) возможна термическая ионизация.

Основные типы самостоятельных газовых разрядов Стационарные разряды:

1)Тлеющий разряд. Происходит при низких давлениях газаи ебольших токах.

2)Дуговой разряд. Происходит при низких и высоких давлениях газа и больших токах. Характеризуется высокой температурой. Основной механизм – термоэлеткронная эмиссия и термическая ионизация.

Нестационарные разряды:

3)Искровой разряд. Основной механизм – ударная ионизация. Возникает при напряженности

поля Е > Епроб. Величина поля пробоя Епроб зависит от давления газа Епробр .

4) Коронный разряд. Разновидность слаботочного тлеющего разряда. Возникает в области сильно неоднородного электрического поля. Основные механизмы – ударная и фото-ионизация, вторичная электронная эмиссия (испускания электронов из твёрдых тел или жидкостей).

Плазма Плазма - это частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных

и отрицательных зарядов практически одинаковы. Таким образом, плазма в целом является электрически нейтральной системой.

Количественной характеристикой плазмы является степень ионизации. Степенью ионизации плазмы называют отношение объемной концентрации заряженных частиц к общей

объемной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяется на слабо ионизованную ( составляет доли процентов), частично ионизованную ( порядка нескольких процентов) и полностью ионизованную ( близка к 100%). Слабо ионизованной

плазмой в природных условиях являются верхние слои атмосферы - ионосфера. Солнце, горячие звезды и некоторые межзвездные облака - это полностью ионизованная плазма, которая образуется при высокой температуре.

Плазму нельзя охарактеризовать одним значением температуры Т; различают электронную температуру Те, ионную температуру Тi (или ионные температуры, если в плазме имеются ионы нескольких сортов) и температуру нейтральных атомов Т (нейтральной компоненты). Подобная плазма называется неизотермической, в отличие от изотермической плазмы, в которой температуры всех компонентов одинаковы.

Плазма также разделяется на высокотемпературную (Тi 106-108 К и более) и низкотемпературную (Тi<=105 К).

Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. При высокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам (вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критич. темпры Тс электрич. сопротивление падает до нуля).

Низкотемпературная плазма применяется в газоразрядных источниках света - в светящихся трубках рекламных надписей, в лампах дневного света. Газоразрядную лампу используют во многих приборах, например, в газовых лазерах - квантовых источниках света.

Высокотемпературная плазма применяется в магнитогидродинамических генераторах. Недавно был создан новый прибор - плазмотрон. В плазмотроне создаются мощные струи

плотной низкотемпературной плазмы, широко применяемые в различных областях техники: для резки и сварки металлов, бурения скважин в твердых породах и т.д.

Свойства плазмы

1.Электропроводность (проводимость). Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяется на слабо ионизированную (доли процента), частично ионизированную (несколько процентов) и полностью ионизированную (100%). Слабо ионизированной плазмой является ионосфера — верхний слой земной атмосферы. В состоянии полностью ионизированной плазмы находятся Солнце, горячие звезды (температура порядка 10 6 - 10 8 К). При очень высокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам.

2.Между частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленно убывающие с расстоянием.

3.Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих ее частиц. Частицы плазмы могут участвовать в упорядоченных движениях.

4.Заряженные частицы плазмы очень подвижны, за счет чего легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей.