Електрони та їх роль в електричному струмі

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 -

плазми не пряма лінія , а падаюча крива ( мал. № 8 ) . Із зростанням температури і збільшенням сили струму збільшується і кількість електронів у плазмі , а тому напруга , потрібна для розряду , зменшується . Зменшення опору плазми може привести до небезпечного зростання сили струму , тому до плазми послідовно приєднують додатковий резистор . Щодо цього властивості плазми подібні до властивостей напівпровідників . У напівпровідників опір, так само як і у плазми , тим більший , чим нижча температура.

Неізотермічна плазма може зберігатися тільки при наявності електричного поля , а ізотермічна стійка .

Постає питання , як і в якій посудині тримати речовину з температурою в сотні тисяч і мільйон градусів ? Здавалось би задача нерозв'язна , оскільки будь-яка речовина при такій температурі переходить у плазму . Виявилось , що плазма може бути “ підвішеною “ в магнітному полі всередині вакуумної камери так , щоб не доторкалось її стінок .

ТЕЗИ

- 1 -

1 . Як відкрили електрон ?

Існування найдрібніших частинок , що мають найменший електричний заряд , доведено багатьма дослідами . Визначними є досліди Йоффе і Міллікена , які призвели до відкриття зарядженої частинки . Одна з основних властивостей електрона - електричний заряд . Маса електрона і його заряд сталий . Це довів фізик Дж. Томсон у своїх дослідах , він також визначив масу електрона і його заряд . Для цього він спостерігав осадження в скляній посудині хмарки з дрібненьких водяних краплинок , які сконденсувалися з насиченої водяної пари на іонах водню . Визначні з історії фізики досліди Томсона на відхилення катодного проміння в магнітному або електричному полі показали , що катодне проміння - це пучок швидких електрично заряджених частинок , отже це потік електронів .