Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Нахождение возможных состояний разряда удобно производить графически. Для этого на графике вольт-амперной характеристики проведем прямую, уравнение которой есть (176.1) («линия нагрузки»). Она отсекает на оси У отрезок, равный ЭДС источника а, и наклонена к оси ! на угол с« = агс16 г.
Тогда возможные при этих условиях состоя- Я ния разряда будут определяться точками пересечения характеристики и линии нагрузки. Положим, что состояние разряи да характеризуется точкой характеристики а (см. рнс 303). Если теперь увеличивать ЭДС источника, то линия нагрузки будет перемещаться вверх, Рис 304 К вопросу об оставаясь параллельной самой себе, н устойчивости влектривв- разряд будет плавно менять свое соских разрядов стояние в соответствии с участком ха- рактеристики аб. Если после достижения точки б увеличивать ЭДС еще больше, то разряд скачком перейдет в новое состояние, описываемое точкой в.
Прн этом напряжение на проводнике уменьшится, а сила тока увеличится. Если же мы захотим поддерживать то же напряжение, которое было в точке б, то нам придется еще увеличить ЭДС источника. При этом будем передвигаться по ветви характеристики вг вверх, и сила тока увеличится еще больше. Если исходить нз правой ветви характеристики, например из точки г, и постепенно уменьшать ЭДС источника, то мы пройдем все состояния разряда, изображаемые ветвью гве. При этом будут существовать и состояния, соответствующие отрезку вг, которые нельзя было получить при увеличении ЭДС При достижении точки е произойдет опять скачкообразное изменение разряда, и он перейдет в новое устойчивое состояние а. При этом сила тока скачкообразно уменьшится, а напряжение возрастет.
Если же мы захотим сохранить напряжение таким, каким оно было в точке е, то мы должны будем уменьшить ЭДС источника. Таким образом, наблюдаемая на опыте зависимость ! от У не будет воспроизводить истинную вольт-амперную характеристику, а будет иметь вид петлеобразной кривой, покгзанной в верхнем правом углу рис. 303 (гистерезис разряда). При некотором значении напряжения, разном при прямом и обратном ходе, сила тока будет делаться неустойчивой и скачком изменять свою величину. 1 17Б УотойЧИВОСтЬ ЭЛККТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ 409 Из сказанного ясно, что для устойчивости тока нужно, чтобы линия нагрузки при любом значении ЭДС пересекла вольтамперную характеристику только один раз, а это значит, что она должна идти более круто, чем характеристика (штриховая линия на рис.
303). Или, иначе, внешнее сопротивление г должно быть больше модуля диффере1щиального сопротивления Л, в любой точке характеристики: г > )В,) (Я-тип). (176,2) Наряду с характеристиками Я-типа существуют и характеристики другого типа, показанного на рис 305 1характеристикн Х-типа). Примером проводника с хьрьктеристикой Х- и типа может служить туннельный полупроводниковый диод 1Э 203). Она может также возникнуть в вакуумных лампах вследствие динатронного эффекта 13 164). Если проводник имеет 8 г вольт-амперную характеристику Х-типа, то при постепенном увеличении ЭДС мы сначала будем двигаться по участку характеристики аб (рис.
305). В точке б произойдет скачкообразное и изменение разряда. Однако ! в данном случае увеличится не ток, а напряжение, а сила Рис ЗОЬ Вольт-ампериак карактеритока станет меньше. Для стика 7У-типа поддержания тока неизменным необходимо сместиться вдоль ветви характеристики вг, отчего скачок напряжения сделается еще больше. При обратном уменьшении тока мы сумеем дойти до состояния разряда е, после чего опять произойдет скачок, и т.д. Поэтому наблюдаемая на опыте зависимость У от 1 может иметь вид, показанный в правом верхнем углу рис.
305. Отличие от предыдущего случая Я-характеристики заключается в том, что здесь неустойчивым может оказаться напряжение, а не ток. Для устойчивости разряда необходимо, чтобы линия нагрузки проходила более полого, чем вольт-амперная характеристика, т.е, чтобы выполнялось условие г ( )В,! 1М-тип). (176.3) Из сказанного также ясно, что если вольт-амперная харак- теристика не имеет падающего участка (т.е. В, всюду положи- 410 гл хю РАЗРЯДЫ В ГАЗАХ тельно), то линия нагрузки при любом значении Г пересекает характеристику только один раз, и поэтому разряд в таком проводнике будет всегда устойчив.
В предыдущих рассуждениях мы не учитывали емкость и индуктивность цепи. Поэтому формулы (176.2) и (176.3) выражают условие устойчивости для постоянного тока. Оно необходимо, но может оказаться недостаточным. Чтобы разряд в данном состоянии был устойчивым, нужно еще, чтобы при случайных малых изменениях тока и напряжения в цепи возникали такие процессы, которые препятствовали бы этим изменениям, для чего необходимо выполнение дополнительных условий, рассмотренных в Добавлении 9 (его следует читать после гл.
ХХ). 5 177. Плазма В различных формах газового разряда иногда образуется сильно ионизованный гез, в котором концентрация электронов приблизительно равна концентрации положительных ионов. Такая система из электронов и положительных ионов, распределенных с одинаковой концентрацией, получила незнание электпронно-ионной плазлмА или просто плазмы. Плазму мы имеем в положительном столбе тлеющего разряда.
Она образуется также в главном канале искрового разряда. Так как концентрация электронов и ионов в плазме одинакова, то объемный заряд в ней, как и в металлах, равен нулю. Кроме того, при значительной ионизации газа электропроводность плазмы может быть очень большой. Поэтому по характеру своей электропроводности ионная плазма приближается к металлам Если плазма находится в электрическом поле, то в ней возникает электрический ток и выделяется тепло.
При этом энергию в поле получают сначала электроны как более подвижные частицы, которые затем передают энергию ионам при соударениях. Однако при соударениях, вследствие большой разницы масс обеих частиц, электрон передает иону не всю энергию, а только ее часть. При низких давлениях, когда число соударений относительно мало, это приводит к тому, что средняя кинетическая энергия электронов оказывается больше средней кинетической энергии ионов.
Или, иными словами, температура электронного газа в плазме выше температуры ионного газа (неизотермическая плазма). Эти температуры можно измерить косвенными методами, причем оказывается, что, например, в положительном столбе тлеющего разряда при давлениях порядка 0,1 мм рт ст. температура электронов может достигать 10~ К и выше., в то время как температура ионов не превышает нескольких сотен градусов. 411 1 777 ПЛАЗМА При повышении давления увеличивается число соударений и улучшается теплообмен между электронным и ионным газами, отчего разность между их температурами уменьшается. При достаточно высоком давлении электроны и ионы имеют одинаковую температуру (изотермическая плазма). Изотермическую плазму мы имеем всегда при ионизацин с помощью высокой температуры, например, в искровом канале.
В лабораторных условиях плазма получается не только в газовых разрцдах. В электропроводящнх твердых телах (металлы, полупроводники) мы имеем подвижные электроны проводимости и неподвижные положительные ионы с общим объемным зарядом, равным нулю, т.е. тоже электронно-ионную плазму. Однако наиболее часто плазма встречается в космических телах. Основная масса вещества космоса практически полностью ионизирована вследствие высокой температуры и действия различных излучений и находится в состоянии сильно ионизованной плазмы. В частности, Солнце полностью состоит из плазмы.
Верхние ионизованные слои атмосферы Земли (ионосфера) тоже представляют собой плазму. Плазма как сильно ионизованный гез имеет некоторое сходство с обычными газами и подчиняется многим газовым законам. Однако между плазмой и обычными газами имеются н радикальные отличия. Они особенно резко проявляются тогда, когда имеется магнитное поле.
В этом случае на частицы плазмы (ионы и электроны) действуют болыпие силы (силы Лоренца), пе существующие в газе нейтральных атомов. При движении частиц вдоль магнитного поля эти силы равны нулю. При движении же поперек магнитного ноля они максимальны и препятствуют этому движению. Второе отличие заключается в том, что ионы и электроны в плазме сильно взаимодействуют между собой с помощью кулоновских сил. Оба обстоятельства в сочетании с большой электропроводностью сильно ионизованной плазмы приводят к тому, что свойства плазмы и уравнения ее движения при наличии электрических и магнитных полей оказываются резко отличающимися от таковых для обычных газов и жидкостей.
Изучение законов движения плазмы, рассматриваемой как особого рода жидкость с большой электропроводностью, составляет предмет магнитной гидродинамики плазмы и имеет большое значение для понимания многих астрофизических процессов. Исследование свойств плазмы имеет исключительное практическое значение, так как с помощью использования плазмы открывается принципиальная возможность осуществления управляемых термоядерных реакций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
