Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Высокотемпературная плазма является равновесной, или нэотермнческой, т. е. при определенной температуре убыль числа заряженных частиц восполняется в результате термической ионизацни. В такой плазме соблюдается равенство средних кинетических энергий составляющих плазму различных частиц, В состоянии подобной плазмы находятся звезды, звездные атмосферы, Солнце. Их температура достигает десятков миллионов градусов. Условием существования плазмы является некоторая минимальная плотность заряженных частиц, начиная с которой можно говорить о плазме как таковой.
Эта плотность определяется в физике плазмы из неравенства (.))(), где 1 — линейный размер системы заряженных частиц, 0— так называемый дебаевскнй радиус экраннрования, представляющий собой то расстояние, на котором происходит экранирование кулоновского поля любого заряда плазмы. Плазма обладает следующими основными свойствами: высокой степенью ионизации газа, в пределе — полной нонизациеи; равенством нулю результирующего пространственного заряда (концентрация положительных и отрицательных частиц в плазме практически одинакова); большой электропроводностью, причем ток в плазме создается в основном электронамн, как наиболее подвижными частицами; свечением; сильным взаимодействием с электрическим и магнитным полями; колебаниями электронов в плазме с большой частотой (яэ 1О" Гц), вызывающими общее вибрационное состояние плазмы; «коллективным» вЂ” - одновременным взаи- Контрольные вол росы Какие опыты были поставлены дли выяснения природы носителей электрического тока в метал.
л ах? Каковы основные идеи теории Лруде — Лоренца? Сравните порядок средних скоростей тепловога и упорядоченного движения электронов в ме- таллах (при условиях, близких к нормальным и приемлемых в электротехнике). Почему тепловое движение электронов не может привести к возникновению электрического тока? Выведите иа основе классической теории электропроводиости металлов дифференциальную форму законов Ома и Лжоуля — Ленца. Как классическая теория электропроводиости металлов объясняет зависимость сопротивления металлов от температуры? В чем заключаются трудности элементарной классической теории электропроводнасти ме- таллов? Каковы границы ее применения? Что называется работой выхода электрона и чем она обусловленаэ От чего она зави- сит? Какие существуют разновидности эмиссионных явлений? Лайте их определения.
Объясните вольт-амперную характеристику для вакуумного диода Можно ли изменять силу тока насыщения вакуумного диода? Если да, то квк? Каким образом можно вырвать электроны иэ холодного квтодв? Как называется это явле- ние? Лейте объяснение качественной зависимости коэффициента вторичной электронной эмиссии диэлектрика от энергии падающих электронов. Охарактеризуйте процесс иониэации; рекомбинации. В чем отличие самостоятельного газового разряда от несамостоятельного? Каковы условия, необходимые для его существования? Может ли возникнуть ток насыщения при самостоятельнои газовом раэрнде? Охарактеризуйте типы самостоятельного газового разряда.
В чеч их особенности? К квкоиу типу газового разряда относится молния? В чем отличие равновесной плазмы от неравновесной? Приведите основные свойства плазмы. Каковы возможности ее применения? мадействием громадного числа частиц (в обычных газах частицы взаимодействуют друг с другом попарно).
Эти свойства определяют качественное своеобразие плазмы, позволяющее считать ее особым, четвертым, состоянием вещества. Изучение физических свойств плазмы позволяет, с одной стороны, решать многие проблемы астрофизики, поскольку в космическом пространстве плазма— наиболее распространенное состояние вещества, а с другой — открывает принципиальные возможности осуществления управляемого термоядерного синтеза. Основным объектом исследований по управляемому термоядерному синтезу является высокотемпературная плазма (як 1Оэ К) из дейтерия и трития (см.
З 268). Низкотемпературная плазма ((1О К) применяется в газовых лазерах, в термоэлектронных преобразователях и магнитогидродинамических генераторах (МГЛ-генераторах) — установках для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, в плазменных ракетных двигателях, весьма перспективных для длительных космических палетов. Низкотемпературная плазма, получаемая в плазматронах, используется для резки и сварки металлов, для получения некоторых химических соединений (например, галогенидов инертных газов), которые не удается получить другими способами, и т. д.
!! ~еьтрииттэа ч юсьтр щаюь ююч Задачи 13.1. Концентрация электронаа проводимости а металле равна 2,5.10" см '. Определить среднюю скорость их упорядоченного движении цри плотности тока ! А/ммх. [0,25 мм/с] 13.2. Рабата выхода электрона иэ вольфрама састааляет 4,5 эВ. Определить, эо сколько раэ уаеличится платность тока насыщения при повышении течпературы ат 2000 до 2500 К. [В 290 раэ] 1З.З. Работа выхода электрона из металла равна 2,5 эВ. Определить скорость вылетающего из металла электрона, если ои обладает энергией !О " Дж. [1,15 Мм)с] 13.4. Воздух между пластинами плоского конденсатора ианиэируется рентгеновским излучением Сила тока, текущего между пластинамн, !О мкА.
Площадь каждой пластины конденсатора раина 200 см', расстояние между ними 1 см, разность яатенциалаа !00 В. Подвижность пало- жительных ионов Ь»=1,4 смэ/(В с) и отрицательных Ь =1,9 смх/(В с); заряд каждого иана равен элементарному заряду. Определить концентрацию пар ионов между пластинами, если так далек ат насыщения.
[9,5 !О" м '] 13.5. Ток насыщения при несамостоятельном разряде равен 9,6 пА. Определить число пар ионов, создаваемых а 1 с внешним иаииэаторам. ]3 10'] Глава 14 Магнитное поле 9 !09. Магнигное поле и его характеристики Рис. !60 Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так в пространстве, окружающем токи и постоннные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным.
Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориентацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (это явление впервые обнаружено датским физиком Х. Эрстедом (!777 †!85!)). Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движуи]леся в этом поле электрические заряды.
Опыт показынает, что характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный ток.
Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные заряды, при исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта, т.
е. за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в на- Гл а за !4 Уа~ннгнос палс правлении тока, текущего в рамке (рис. 160). Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее определенным образом. Этот результат связывается с определенным направлением магнитного поля.
За направление магнитного паля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке (рис. 161). За направление магнитного поля может быть также принято направление, совпадающее с направлением силы, которая действует Рнс. !6! на северный полюс магнитной стрелки, помещенной в данную точку. Так как аба полюса магнитной стрелки лежат в близких точках паля, то силы, действующие на оба полюса, равны друг другу. Следовательно, на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее так, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля. Рамкой с током можно воспользоваться также и для количественного описания магнитного поля.
Так как рамка с током испытывает ориентирующее действие поля, то на нее в магнитном поле действует пара сил. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки: М= (Р,„В), (109.1) где  — вектор магнитной индукции, являющейся количественной характеристикой магнитного поля, р — вектор магнитного момента рамки с током. Для плоского контура с током с' р,„=!5п, (109.2) где 5 — площадь поверхности контура (рамки), п — единичный вектор нормали к поверхности рамки. Направление р„, совпадает, таким образом, с направлением положительной нормали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
