ЕЛЕКТРОНИ ТА ЇХ РОЛЬ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ СТРУМІ

- 15 -

5 . Четвертий стан речовини .

Плазма .

Кількість станів , у яких може бути речовина , не обмежується трьома . Ще Фарадей понад 140 років тому говорив про особливий , відмінний від звичайного стан – про “ електротонічний “ , тобто електрозбуджений стан матерії , а в1879 р. англійський фізик Крукс назвав свою доповідь так : “Про променисту матерію , або Четвертий стан матерії “ .

Що ж таке плазма ? Плазма – це іонізований газ , у якому густини позитивних і негативних зарядів практично збігаються . Властивості плазми настільки відрізняються від звичайних газів , що цілком справедливо фізики відносять її до особливого , четвертого стану речовини . Як відомо газ поганий провідник електрики . Заряджений електроскоп у сухому повітрі дуже довго не розряджається , у місці розриву електричного кола через повітряний проміжок струм не проходить і т.д.

Щоб середовище могло проводити струм , потрібно носії електричних зарядів : у металах це електрони , в рідинах – позитивні й негативні іони , які утворюються в результаті електролітичної дисоціації . Щоб зробити газ провідним , потрібно спричинити розщеплення його молекул і атом на іони й електрони . Іонізацію можна збудити нагріванням ультрафіолетом і рентгенівським промінням , і промінням радіоактивними речовинами .

Дуже ефективні досліди з світінням трубок Гейслера . У трубках міститься розріджений газ . Під дією високої напруги газ у трубках світився гарним сяйвом . Залежно від природи газу колір сяйва різний .

Уважно розглядаючи світіння в темряві , можна помітити , що між рожево-фіолетовим світним стовпом , який іде від позитивного електрода , і голубуватим світінням навколо катода є темний простір . Позитивний стовп займає більшу частину трубки .

У повітрі , яке заповнює трубку , завжди є хоч один позитивний іон . Під впливом електричного поля він прямує

- 16 -

до катода і вибиває з нього електрон . Дістаючи прискорення від електричного поля , цей електрон набуває значної енергії , і під час зіткнення його з молекулою утворюється новий електрон і позитивний іон . Електрони , які утворюються в такий спосіб , при достатньому розрідженні газу в трубці можуть розривати під час вільного пробігу досить велику швидкість і розбивати нові молекули .Кількість іонів і електронів лавиноподібно зростає . Ударяючись об нейтральні молекули й атоми , вони збуджують їх . Це означає , що електрони атомів переходять на віlдаленіші від ядра орбіти , запасаючи додаткову потенціальну енергію . Повертаючись на основну орбіту , електрони віддають цю енергію у вигляді світла . Спектральні дослідження плазми дають змогу зробити висновок і про її структуру . Виявилася , що в плазмі газового розряду швидкості теплового руху електронів і іонів , а також нейтральних атомів дуже відрізняється . Найбільшу швидкість хаотичного руху в газорозрядній трубці мають електрони . Маса електронів у тисячі й десятки раз менша від маси атома або іона , тому під час зіткнення з іонами чи нейтральними атомами електрони майже не змінюють своєї кінетичної енергії . Електрони відлітають від атомів або іонів подібно до того , як відлетів маленький гумовий м’ячик від масивного чавунного ядра , не змінюючи ні швидкості , ні напрямку руху ядра . Це дає підставу говорити про власну величезну температуру електронного газу плазми . Хоч світіння в газосвітній трубці холодне , температура електронного газу досягає сотень тисяч градусів . Така газорозрядна плазма внаслідок неоднорідності температур її складових частин дістала назву неізотермічної . Ізотермічною плазму називають , коли в ній температури електронного й іонного газів однакові .

За фізичними властивостями плазма відрізняється від газу . Вона має добру електро- і теплопровідність . Проте якщо порівняти електропровідність плазми з електропровідністю металів, то виявилося суттєва відмінність . Як відомо , для металів залежність сили струму від напруги визначається законом Ома . Для плазми закон Ома переважно не застосований . Характеристика

- 17 -