Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока возникает в результате

Тест с ответами: “Электрический ток”

1. Что называют электрическим током:
а) направленное движение электронов
б) направленное движение заряженных частиц +
в) направленное движение частиц

2. Что необходимо, чтобы в проводнике возник электрический ток:
а) создание в проводнике электрического поля +
б) действие на электроны сил, вызывающих их движение
в) наэлектризовать проводник

3. Назначение источника тока:
а) создавать электрические заряды в проводнике
б) освобождать электроны в проводнике от связи с атомами
в) поддерживать существование в проводнике электрического поля +

4. Во всех источниках тока происходит этот процесс:
а) разделение положительно и отрицательно заряженных частиц +
б) скопление электронов или ионов
в) создание потоков заряженных частиц

5. Полюсами источника тока называется место, где:
а) электрические заряды взаимодействуют
б) разделяются электрические заряды
в) накапливаются электрические заряды разного знака +

6. Какие полюса и их количество имеет источник тока?
а) 3; положительный, отрицательный и нейтральный
б) 2; положительный и отрицательный +
в) 2; отрицательный и нейтральный

7. Для разделения в источнике тока электрических зарядов необходима такая энергия:
а) химическая
б) механическая
в) внутренняя
г) все ответы верны +

8. В гальваническом элементе разделение заряженных частиц происходит за счёт этой энергии:
а) энергии химических реакций +
б) энергии света
в) внутренней

9. Что в гальваническом элементе служит положительным электродом, а что — отрицательным:
а) положительным — слой смолы, отрицательным — цинковый сосуд
б) положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд +
в) положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер

10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как:
а) его зарядили от другого источника тока +
б) его согрели в теплом помещении
в) наэлектризовали его электроды

11. За направление электрического тока условно принимают то направление, по которому движутся в проводнике:
а) электроны и отрицательные ионы
б) отрицательные ионы
в) положительные ионы +

12. При протекании электрического тока через растворы солей в растворах выделяются вещества. В этом проявляется:
а) тепловое действие тока
б) химическое действие тока +
в) магнитное действие тока

13. При силе тока 4 А с электрическим сопротивлением 2 Ом, чему равно напряжение на участке цепи:
а) 8 В +
б) 2 В
в) 16 В

14. Если напряжение увеличить в 4 раза, а сопротивление остается неизменным, как изменится сила тока на участке цепи:
а) уменьшится в 4 раза
б) не изменится
в) увеличится в 4 раза +

15. Резисторы с сопротивлением 2 Ом и 3 Ом соединены последовательно. Необходимо выбрать верное утверждение:
а) сила тока в первом резисторе меньше, чем во втором
б) общее сопротивление резисторов больше 3 Ом +
в) общее сопротивление резисторов равно 1,2 Ом

16. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Её сопротивление изменится?
а) не изменится
б) увеличится в 4 раза
в) уменьшится в 4 раза +

17. Что необходимо для того чтобы в проводнике возник электрический ток:
а) только создать в нем электрическое поле +
б) только наличие в нем свободных электрических зарядов
в) только иметь потребителя электрической энергии

18. Устройство плавкого предохранителя основано на действии электрического тока:
а) на химическом
б) на тепловом +
в) на магнитном

19. В электрическую цепь включены параллельно друг другу сопротивления 2 Ом и 3 Ом. По меньшему из них течет ток 6 А. По большему – течет ток:
а) 4 А +
б) 2 А
в) 3 А

20. Сила тока измеряется в:
а) Джоулях
б) Омах
в) Амперах +

21. Каким бывает электрический ток:
а) заряженным и незаряженным
б) кратковременным и долговременным +
в) быстрым и медленным

22. В обычных условиях газ:
а) не проводит электрический ток +
б) проводит электрический ток
в) может проводить или не проводить ток в зависимости от вида газа

23. Ток начинает существовать когда:
а) когда молекулы начинают двигаться хаотично
б) появляются свободные заряды +
в) когда молекулы газа начинают сталкиваться друг с другом

24. Какие разряды электрического тока существуют:
а) самостоятельные +
б) ограниченные
в) неограниченные

25. Какой разряд можно назвать самым слабым:
а) тлеющий
б) тихий +
в) искровой

26. Что называется рекомбинацией:
а) аналогичный процесс ионизации
б) происходит одновременно с ионизацией
в) обратный процесс ионизации +

27. В результате чего возникает электрический ток в газах:
а) ионизации +
б) понижения температуры
в) расщепления молекул

28. Какой из разрядов электрического тока применяется в бактерицидных лампах:
а) дуговой
б) искровой
в) тлеющий +

29. Как называются разряды, которые существуют, пока на них действует тело из вне:
а) тлеющие разряды
б) несамостоятельные разряды +
в) самостоятельные разряды

30. Что называется электрическим полем:
а) особый вид материи, проявляющий себя в действии на электрические заряды +
б) вид материи, имеющий электрические заряды
в) особый вид материи, проявляющий себя в действии на движущиеся электрические заряды

Поражение электрическим током

Поражение электрическим током возникает при соприкосновении с электрической цепью, в которой присутствуют источники напряжения и/или источники тока, способные вызвать протекание тока по попавшей под напряжение части тела. Обычно чувствительным для человека является пропускание тока силой более 1 мА. Кроме того, на установках высокого напряжения возможен удар электрическим током без прикосновения к токоведущим элементам, в результате утечки тока или пробоя воздушного промежутка с образованием электродуги.

Читайте так же:
Тепловое реле по силе тока

Сила поражения и тяжесть зависит от многих факторов: мощности разряда, от времени воздействия, от характера тока (постоянный или переменный), от биологических параметров человека — состояния здоровья, возраста, влажности тела, а также от места соприкосновения и пути прохождения тока по организму.

Содержание

  • 1 Клиническая картина
  • 2 Электроожоги
  • 3 Факты
  • 4 Поражение электрическим током в ветеринарии
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Клиническая картина [ править | править код ]

При поражении электрическим током могут наблюдаться нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы, дыхания, нервной системы, электроожоги. Время наступления и степень выраженности этих расстройств широко варьируют.

По степени тяжести поражение электрическим током делят на четыре степени:

  • Первая степень. Наблюдаются судорожные сокращения мышц без потери сознания.
  • Вторая степень. Характерны судорожное сокращение мышц и потеря сознания.
  • Третья степень. На фоне судорожного сокращения мышц с потерей сознания имеются нарушения сердечной деятельности или дыхания.
  • Четвертая степень. Клиническая смерть. Причиной смерти могут быть: первичный паралич сердца; первичный паралич дыхания; одновременный паралич сердца и дыхания; электрический шок (паралич мозга); тяжелые электроожоги.

При воздействии тока низкого напряжения может возникать спинальный атрофический паралич, обусловленный поражением серого вещества. Его развитие также отсрочено — через недели или месяцы появляется похудание мышц, иннервируемых из сегментов, через которые прошел ток. Через несколько месяцев наступает стабилизация процесса, иногда возможно улучшение.

Поражение головного мозга. Череп имеет высокое сопротивление, предохраняя головной мозг от воздействия электричества. Через него проходит ток только высокого напряжения. Тепло, генерируемое при этом прохождении, вызывает коагуляцию крови в подлежащих дуральных синусах и коагуляционный некроз мозга. Воздействие электротока вызывает и цереброваскулярные осложнения, такие как инфаркт мозга, субарахноидальные и внутримозговые кровоизлияния. Точная причина их развития неизвестна. Вероятно высокая температура вызывает коагуляционый некроз эндотелия и мышечной оболочки сосудов мозга, артерии становятся дилятированными, образуются фузиформные аневризмы. Кроме того может развиться тромбоз, кардиоэмболия из пристеночного тромба, разрыв сосуда. Тромбоз венозных синусов также может быть причиной развития инфаркта мозга. Другими причинами цереброваскулярных осложнений могут быть острая внутричерепная гипертензия (до 400 мм.водн.ст.) и остановка сердца.

В отдаленном периоде после электротравмы иногда развивается психоорганический синдром вследствие прогрессирующей атрофии вещества мозга и гидроцефалии. Характерны упорные головные боли, астенизация, нарушения памяти, эмоциональная и вегетативная лабильность. Нередки также периферические вегетативные синдромы (локальный цианоз, гипергидроз или ангидроз, локальное поседение или выпадение волос и др.). После электротравмы возможны затяжные астенические состояния, при которых часто отмечаются психопатии. Дифференциация указанных синдромов, иногда внешне сходных, требует детального клинического обследования. [1]

Электроожоги [ править | править код ]

Электроожог — это повреждение тканей в местах входа, выхода и на пути движения тока.

Электрические ожоги являются частым компонентом электротравмы. Принято различать следующие виды ожогов при электротравме:

  • электроожоги (ожог от поражения электрическим током);
  • смешанные ожоги (при смешанных поражениях имеется электроожог и термический ожог от пламени электрической дуги или загоревшейся одежды);
  • комбинированные поражения (это сочетание электроожогов с механическими повреждениями, часто пострадавшие откидываются в сторону от токонесущих предметов. В результате они могут получить повреждения мягких тканей, костей, закрытые черепно-мозговые травмы)

Электрические ожоги возникают при прохождении через ткань электрического тока значительной силы и напряжения. Так как кожа человека оказывает сильное сопротивление электрическому току, то в местах входа и выхода тока наблюдаются наибольшие повреждения.

Электроожоги делят по глубине поражения в соответствии с классификацией, аналогичной термическим ожогам. Однако электроожоги вызывают почти всегда глубокие повреждения, поэтому поражения I и II бывают редко. В связи с этим оправдано выделять только две степени электроожогов:

  • Третья Б степень — некроз кожи и подкожной клетчатки.
  • Четвертая степень — некроз мышц и костей.

Наиболее часто приходится встречаться с контактными электроожогами, так называемыми метками тока, которые образуются в местах входа и выхода тока и обусловлены термическим действием и металлизацией вследствие электрохимического действия. Они могут иметь вид от точечного кровоизлияния, резаной или колотой раны, до обугливания части тела. Чаще всего «метки тока» представляют круглый дефект разного цвета (от белесоватого до грязно-бурого). Диаметр их колеблется от нескольких миллиметров до 3 см. В центре имеется углубление с ожогом ткани IIIб степени или даже обугливанием, по краям валикообразное утолщение. Окружающая кожа имеет вид пчелиных сот, образование которых обусловлено «взрыванием» тканевой жидкости (превращается в пар) в момент прохождения тока. Они малоболезненные и не сопровождаются реактивными сосудистыми реакциями. Особенностью электроожогов является потеря чувствительности неповрежденной кожи вблизи зоны повреждения, это обусловлено повреждением нервных волокон и кожных рецепторов.

Глубину поражения при электроожогах определить трудно. Характерно несоответствие видимой поверхности ожога истинному объёму поражения, так как ткани, расположенные под кожей, зачастую погибают на значительно большем расстоянии. Иногда наблюдаются поражения мышц, нервов, кровеносных сосудов и костей. Часто возникают сосудистые расстройства, причины их разнообразны. Крупные сосуды могут быть коагулированы вместе с окружающими тканями, так как вследствие повреждения током их интимы развивается тромбоз.

Читайте так же:
Тепловой выключатель косвенного нагрева 95861211

Факты [ править | править код ]

  • Из-за высокого электрического сопротивления человеческих тканей происходит довольно быстрое их нагревание, что вызывает ожоги.
  • Даже сравнительно малые напряжения, порядка 110—230 В, при кратковременном контакте с грудной клеткой могут вызывать сбой в работе сердечной мышцы (60 мА для переменного тока, 300—500 мА для постоянного). Удар током также используется для восстановления работы сердца, таким образом устраняя эффект фибрилляции. Такой прибор называется дефибриллятором.
  • Удар током может вызвать сбой в работе нервной системы, например, беспорядочные сокращения мышц. Повторяющиеся удары могут вызвать невропатию. Острая электротравма может стать причиной асистолии.
  • При поражении головы электрическим током возможна потеря сознания.
  • При достаточно высоких напряжении и силе тока могут возникать так называемые электрические дуги, наносящие сильные термические ожоги.

Поражение электрическим током в ветеринарии [ править | править код ]

Электротравмы возникают при неправильном устройстве электрических установок, используемых в животноводстве, отсутствии заземления, соприкосновении животных с плохо изолированными или оборванными проводами или предметами, в результате поломки оказавшимися токонесущими. Легко диагностировать электротравму по характерным нервным явлениям и анамнезу. [2]

Электротравма

Электротравма – это комплекс повреждений, возникающих вследствие поражения техническим или природным электричеством. Чаще является следствием производственной травмы, хотя может встречаться и в быту. Обычно сопровождается появлением меток тока (электроожогов). Может проявляться нарушениями сознания и общего состояния, аритмией, тахикардией, колебаниями АД, признаками дыхательной недостаточности. У некоторых больных выявляются переломы вследствие резкого сокращения мышц. Диагноз электротравмы выставляют на основании анамнеза, клинических признаков, КТ, рентгенографии, ЭКГ, ЭхоЭГ и других исследований. Лечение консервативное: инфузионная терапия, перевязки.

МКБ-10

  • Причины электротравмы
    • Факторы риска
  • Патогенез
  • Классификация
  • Симптомы электротравмы
  • Осложнения
  • Диагностика
  • Лечение электротравмы
    • Помощь на месте
    • Консервативное лечение
    • Хирургическое пособие
  • Цены на лечение

Общие сведения

Электротравма – относительно редкое повреждение, составляющее не более 1-2,5% от общего количества травм. Отличительными особенностями электротравмы являются нарушения деятельности всех органов и систем, обусловленные трансформацией электрической энергии в тепловую (нагреванием), механическим воздействием и электролизом. Отмечается высокий процент летальности (5-16%) и высокая вероятность развития разнообразных осложнений как сразу после электротравмы, так и в отдаленном периоде.

Обычно электротравма выявляется у электриков и электромонтеров. Тяжелые повреждения в быту возникают относительно редко, исключение – дети и подростки, которые из любопытства или из шалости проникают на промышленные территории, в распределительные будки и т. д. Непосредственной причиной электротравмы, как правило, становится, нарушение техники безопасности, наличие оголенных проводов и отсутствие заземления. Лечение электротравмы осуществляют травматологи-ортопеды в сотрудничестве с врачами-комбустиологами, реаниматологами и другими специалистами.

Причины электротравмы

Тяжесть повреждения зависит от характера поражающего тока, длительности воздействия, состояния организма и условий внешней среды. Установлено, что переменные токи опаснее постоянных, при этом наибольшую опасность для жизни человека представляют токи напряжением свыше 250V. Причиной электротравмы может стать:

  • непосредственный контакт человека с источником тока
  • электрическая дуга (переход электронов на кожу, являющуюся проводником, при наличии небольшого расстояния между человеком и источником тока)

Поражение вольтовой дугой электротравмой не является – в этом случае возникают обычные термические ожоги кожи и ожоги сетчатки.

Длительность воздействия тока при электротравме может определяться двумя различными факторами: силой тока и психическим состоянием пациента. При воздействии тока силой более 15 мА мышцы судорожно сокращаются, что препятствует прерыванию контакта пострадавшего с источником тока (человека «приковывает» к источнику). С другой стороны, при воздействии тока большой силы возможен и обратный эффект – отбрасывание пострадавшего с электротравмой в сторону.

Если человек бодрствует, находится в ясном сознании и пребывает в хорошей физической форме, в ряде случаев он может быстрее прекратить контакт с источником тока и, тем самым, уменьшить тяжесть поражения. Однако зависимость между психическим статусом и последствиями электротравмы неоднозначна. Исследователи доказали, что организм становится менее чувствительным к электротравме в двух противоположных состояниях: при торможении (во сне, во время наркоза, в состоянии опьянения) и при возбуждении (когда пострадавший ожидает удара).

Факторы риска

В числе факторов, способствующих увеличению тяжести электротравмы, выделяют:

  • истощение
  • голодание
  • переутомление
  • перегревание организма.

При воздействии током равной поражающей силы у женщин, как правило, диагностируется более тяжелая электротравма, чем у мужчин. У пациентов, страдающих соматическими заболеваниями, наблюдаются более тяжелые поражения, чем у здоровых людей. При сухой коже тяжесть электротравмы уменьшается, при потной или мокрой – увеличивается.

Резиновая или кожаная обувь и перчатки обеспечивают хорошую изоляцию и снижают как вероятность развития электротравмы, так и ее тяжесть в случае поражения током. Мокрая одежда, а также металлические детали в одежде и обуви ухудшают изоляцию и способствуют усугублению тяжести электротравмы.

Патогенез

Зона непосредственного поражения тканей при электротравме находится в области прохождения «петли тока» (между точками входа и выхода тока). Наиболее опасными считаются петли, проходящие через область сердца. Патологические изменения в организме при электротравме развиваются в результате механического воздействия, нагревания и рефлекторных реакций.

Степень нагрева тканей зависит от их структуры, например, кожа и кости нагреваются в десятки и даже сотни раз сильнее внутренних органов. Температура внутренних органов при электротравме может варьировать в зависимости от их кровенаполнения, функционального состояния и других показателей. Из-за нагревания и механического воздействия тока нарушаются свойства клеток и тканей, возникает отек, гиперемия, образуются кровоизлияния, а в последующем – очаги некроза.

Читайте так же:
Где применяется тепловое действие тока в быту

Больше всего при электротравме страдает центральная нервная система. При этом тяжесть поражения определяется как непосредственными реакциями в момент поражения током, так и патологическими изменениями нервных клеток в результате травмы. Самой частой причиной смерти при электротравме является остановка сердца, которая может развиться либо из-за фибрилляции желудочков, либо из-за сильного спазма сосудов сердца. И в том, и в другом случае, в основе нарушений лежит рефлекторная реакция организма на действие тока.

Классификация

В зависимости от клинических симптомов выделяют 4 степени реакции на поражение током:

  • 1 степень – судороги при сохранении сознания
  • 2 степень – судороги с потерей сознания
  • 3 степень – судороги с потерей сознания, нарушением деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой системы
  • 4 степень – мнимая смерть. Предполагается, что мнимая смерть при электротравме развивается вследствие запредельного охранительного торможения ЦНС. Многих пострадавших с этим состоянием удается вернуть к жизни.

Симптомы электротравмы

В момент повреждения пострадавший может чувствовать толчок, жгучий удар или спазм мышц. После прекращения действия тока превалируют симптомы со стороны ЦНС. Возможна общая слабость, потеря или помутнение сознания. Признаки электротравмы чаще напоминают клиническую картину при сотрясении головного мозга. Возникает головная боль и головокружение, больной вялый, заторможенный, безразличный к окружающему. Реже при электротравме отмечается возбуждение, покраснение кожи и двигательное беспокойство.

Со стороны сердечно-сосудистой системы наблюдается сначала повышение, а затем понижение АД, учащение пульса и аритмии. Нередко выявляется расширение границ сердца. В легких появляются влажные хрипы, на рентгенографии грудной клетки обнаруживаются признаки эмфиземы. Возможен кашель, в некоторых случаях (особенно при существовавшей ранее легочной патологии) отмечаются признаки острой дыхательной недостаточности. У некоторых пациентов с электротравмой возникает понос, тошнота и рвота.

В местах вхождения и выхождения тока обычно образуются электроожоги (метки тока), однако отсутствие таких повреждений не является поводом для исключения электротравмы, поскольку у 20-40% пострадавших такие метки отсутствуют. При электротравме могут возникать ожоги различной степени тяжести:

  • 1 степень – небольшие очаги коагуляции эпидермиса без образования пузырей;
  • 2 степень – тотальное поражение эпидермиса с образованием пузырей;
  • 3 степень – поражение всей толщи кожи, включая дерму, с развитием поверхностного некроза;
  • 4 степень – поражение не только кожи, но и подлежащих тканей (клетчатки, мышц и т. д.) с развитием глубокого некроза.

Глубокие ожоги (3 и 4 степени) при электротравме встречаются чаще поверхностных. В тяжелых случаях возможно разрушение обширных участков тканей, в том числе – обугливание конечностей. При этом граница поражения кожи зачастую находится дистальнее границы разрушения мышц – под внешне неизмененной кожей проксимальных отделов конечности при разрезе обнаруживаются обескровленные, тусклые омертвевшие мышечные ткани, по виду напоминающие вареное мясо.

В ряде случаев сильный спазм мышц при электротравме становится причиной развития тяжелой контрактуры суставов. Из-за судорожного сокращения мышц иногда образуются переломы и вывихи. Чаще всего выявляется компрессионный перелом позвоночника и вывих плеча. Из-за термического и механического поражения кость в зоне прохождения петли тока становится более хрупкой, поэтому после электротравмы повышается вероятность перелома пострадавшего сегмента (или сегментов) конечности.

Осложнения

В отдаленном периоде возможно образование грубых рубцов. После тяжелых электротравм наблюдаются нарушения ритма, гипертония и дистрофические изменения миокарда. При поражении области прохождения нервов могут возникать периферические невриты. Увеличивается вероятность развития энцефалопатии, инсульта, инфаркта, нарушений со стороны мочеполовой системы и желудочно-кишечного тракта. Иногда после электротравмы страдают органы слуха и зрения.

Диагностика

Диагноз устанавливается на основании характерного анамнеза, жалоб и клинической симптоматики. Для оценки состояния сердечно-сосудистой системы может назначаться ЭКГ и Эхо-КГ. При подозрении на переломы позвоночника или костей конечностей производится рентгенография соответствующих сегментов. По показаниям выполняется КТ, МРТ и другие исследования.

Лечение электротравмы

Помощь на месте

Пострадавшего с электротравмой необходимо как можно быстрее освободить от контакта с источником тока. Если это возможно, следует обесточить систему. Если такой возможности нет, нужно отодвинуть провод в сторону сухой деревянной палкой, либо удалить пациента из зоны действия тока. Спасающий должен позаботиться о собственной безопасности и использовать защитные средства. Нужно надеть толстые резиновые перчатки и резиновую обувь, встать на резиновый коврик или сухие деревянные доски и т. д. Первая медицинская помощь:

  1. Реанимационные мероприятия. При отсутствии признаков жизни следует немедленно начать искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. Реанимационные мероприятия при электротравме продолжают либо до восстановления пульса и дыхания, либо до появления трупных пятен.
  2. Фармакологическая поддержка. При оживлении больного для стимуляции дыхательного центра используют лобелин или цитизин. Для нормализации сердечной деятельности применяют никетамид, кофеин и камфору. Адреналин вводят подкожно, а при необходимости – и внутрисердечно.

Консервативное лечение

Пациента с электротравмой срочно доставляют в отделение комбустиологии или травматологии и ортопедии. Во время пребывания в стационаре осуществляют тщательный контроль за состоянием больного, проводят инфузионно-трансфузионную терапию, назначают препараты для нормализации деятельности всех органов и систем.

Читайте так же:
Тепловой источник тока схема

Местное лечение обычно консервативное. При выраженных признаках мышечного спазма и нарушении кровообращения конечности выполняют футлярные блокады. Проводят перевязки. При небольшой площади электроожогов заживление обычно наступает даже в случае глубоких повреждений.

Хирургическое пособие

При значительной площади ожоговых поверхностей и обугливании мягких тканей необходимы оперативные вмешательства сразу после травмы или в отдаленном периоде. Обугленные конечности при поступлении ампутируют на уровне кровоточащих (живых) мышц. При обширных глубоких электроожогах после формирования четкой границы между зоной некроза и здоровыми тканями осуществляют некрэктомию. В последующем выполняют пластические операции по восстановлению кожи, сухожилий и других анатомических структур.

Электрический ток в газах

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: носители свободных электрических зарядов в газах.

При обычных условиях газы состоят из электрически нейтральных атомов или молекул; свободных зарядов в газах почти нет. Поэтому газы являются диэлектриками — электрический ток через них не проходит.

Мы сказали «почти нет», потому что на самом деле газах и, в частности, в воздухе всегда присутствует некоторое количество свободных заряженных частиц. Они появляются в результате ионизирующего воздействия излучений радиоактивных веществ, входящих в состав земной коры, ультрафиолетового и рентгеновского излучений Солнца, а также космических лучей — потоков частиц высокой энергии, проникающих в атмосферу Земли из космического пространства. Впоследствии мы вернёмся к этому факту и обсудим его важность, а сейчас заметим лишь, что в обычных условиях проводимость газов, вызванная «естественным» количеством свободных зарядов, пренебрежимо мала, и её можно не принимать во внимание.

На изолирующих свойствах воздушного промежутка основано действие переключателей в электрических цепях (рис. 1 ). Например, небольшого воздушного зазора в выключателе света оказывается достаточно, чтобы разомкнуть электрическую цепь в вашей комнате.

Можно, однако, создать такие условия, при которых электрический ток в газовом промежутке появится. Давайте рассмотрим следующий опыт.

Зарядим пластины воздушного конденсатора и подсоединим их к чувствительному гальванометру (рис. 2 , слева). При комнатной температуре и не слишком влажном воздухе гальванометр не покажет заметного тока: наш воздушный промежуток, как мы и говорили, не является проводником электричества.

Рис. 2. Возникновение тока в воздухе

Теперь внесём в зазор между пластинами конденсатора пламя горелки или свечи (рис. 2 , справа). Ток появляется! Почему?

Свободные заряды в газе

Возникновение электрического тока между пластинами кондесатора означает, что в воздухе под воздействием пламени появились свободные заряды. Какие именно?

Опыт показывает, что электрический ток в газах является упорядоченным движением заряженных частиц трёх видов. Это электроны, положительные ионы и отрицательные ионы.

Давайте разберёмся, каким образом эти заряды могут появляться в газе.

При увеличении температуры газа тепловые колебания его частиц — молекул или атомов — становятся всё интенсивнее. Удары частиц друг о друга достигают такой силы, что начинается ионизация — распад нейтральных частиц на электроны и положительные ионы (рис. 3 ).

Рис. 3. Ионизация

Степенью ионизации называется отношение числа распавшихся частиц газа к общему исходному числу частиц. Например, если степень ионизации равна , то это означает, что исходных частиц газа распалось на положительные ионы и электроны.

Степень ионизации газа зависит от температуры и резко возрастает с её увеличением. У водорода, например, при температуре ниже степень ионизации не превосходит , а при температуре выше степень ионизации близка к (то есть водород почти полностью ионизирован (частично или полностью ионизированный газ называется плазмой)).

Помимо высокой температуры имеются и другие факторы, вызывающие ионизацию газа.

Мы их уже вскользь упоминали: это радиоактивные излучения, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи, космические частицы. Всякий такой фактор, являющийся причиной ионизации газа, называется ионизатором.

Таким образом, ионизация происходит не сама по себе, а под воздействием ионизатора.

Одновременно идёт и обратный процесс — рекомбинация, то есть воссоединение электрона и положительного иона в нейтральную частицу (рис. 4 ).

Рис. 4. Рекомбинация

Причина рекомбинации проста: это кулоновское притяжение противоположно заряженных электронов и ионов. Устремляясь навстречу друг другу под действием электрических сил, они встречаются и получают возможность образовать нейтральный атом (или молекулу — в зависимости от сорта газа).

При неизменной интенсивности действия ионизатора устанавливается динамическое равновесие: среднее количество частиц, распадающихся в единицу времени, равно среднему количеству рекомбинирующих частиц (иными словами, скорость ионизации равна скорости рекомбинации).Если действие ионизатора усилить (например, повысить температуру), то динамическое равновесие сместится в сторону ионизации, и концентрация заряженных частиц в газе возрастёт. Наоборот, если выключить ионизатор, то рекомбинация начнёт преобладать, и свободные заряды постепенно исчезнут полностью.

Итак, положительные ионы и электроны появляются в газе в результате ионизации. Откуда же берётся третий сорт зарядов — отрицательные ионы? Очень просто: электрон может налететь на нейтральный атом и присоединиться к нему! Этот процесс показан на рис. 5 .

Читайте так же:
От чего зависит тепловое действие электрического тока

Рис. 5. Появление отрицательного иона

Образованные таким образом отрицательные ионы будут участвовать в создании тока наряду с положительными ионами и электронами.

Несамостоятельный разряд

Если внешнего электрического поля нет, то свободные заряды совершают хаотическое тепловое движение наряду с нейтральными частицами газа. Но при наложении электрического поля начинается упорядоченное движение заряженных частиц — электрический ток в газе.

Рис. 6. Несамостоятельный разряд

На рис. 6 мы видим три сорта заряженных частиц, возникающих в газовом промежутке под действием ионизатора: положительные ионы, отрицательные ионы и электроны. Электрический ток в газе образуется в результате встречного движения заряженных частиц: положительных ионов — к отрицательному электроду (катоду), электронов и отрицательных ионов — к положительному электроду (аноду).

Электроны, попадая на положительный анод, направляются по цепи к «плюсу» источника тока. Отрицательные ионы отдают аноду лишний электрон и, став нейтральными частицами, возвращаются в обратно газ; отданный же аноду электрон также устремляется к «плюсу» источника. Положительные ионы, приходя на катод, забирают оттуда электроны; возникший дефицит электронов на катоде немедленно компенсируется их доставкой туда с «минуса» источника. В результате этих процессов возникает упорядоченное движение электронов во внешней цепи. Это и есть электрический ток, регистрируемый гальванометром.

Описанный процесс, изображённый на рис. 6 , называется несамостоятельным разрядом в газе. Почему несамостоятельным? Потому для его поддержания необходимо постоянное действие ионизатора. Уберём ионизатор — и ток прекратится, поскольку исчезнет механизм, обеспечивающий появление свободных зарядов в газовом промежутке. Пространство между анодом и катодом снова станет изолятором.

Вольт-амперная характеристика газового разряда

Зависимость силы тока через газовый промежуток от напряжения между анодом и катодом (так называемая вольт-амперная характеристика газового разряда) показана на рис. 7 .

Рис. 7. Вольт-амперная характеристика газового разряда

При нулевом напряжении сила тока, естественно, равна нулю: заряженные частицы совершают лишь тепловое движение, упорядоченного их движения между электродами нет.

При небольшом напряжении сила тока также мала. Дело в том, что не всем заряженным частицам суждено добраться до электродов: часть положительных ионов и электронов в процессе своего движения находят друг друга и рекомбинируют.

С повышением напряжения свободные заряды развивают всё большую скорость, и тем меньше шансов у положительного иона и электрона встретиться и рекомбинировать. Поэтому всё большая часть заряженных частиц достигает электродов, и сила тока возрастает (участок ).

При определённой величине напряжения (точка ) скорость движения зарядов становится настолько большой, что рекомбинация вообще не успевает происходить. С этого момента все заряженные частицы, образованные под действием ионизатора, достигают электродов, и ток достигает насыщения — а именно, сила тока перестаёт меняться с увеличением напряжения. Так будет происходить вплоть до некоторой точки .

Самостоятельный разряд

После прохождения точки сила тока при увеличении напряжения резко возрастает — начинается самостоятельный разряд. Сейчас мы разберёмся, что это такое.

Заряженные частицы газа движутся от столкновения к столкновению; в промежутках между столкновениями они разгоняются электрическим полем, увеличивая свою кинетическую энергию. И вот, когда напряжение становится достаточно большим (та самая точка ), электроны за время свободного пробега достигают таких энергий, что при соударении с нейтральными атомами ионизируют их! (С помощью законов сохранения импульса и энергии можно показать, что именно электроны (а не ионы), ускоряемые электрическим полем, обладают максимальной способностью ионизировать атомы.)

Начинается так называемая ионизация электронным ударом. Электроны, выбитые из ионизированных атомов, также разгоняются электрическим полем и налетают на новые атомы, ионизируя теперь уже их и порождая новые электроны. В результате возникающей электронной лавины число ионизированных атомов стремительно возрастает, вследствие чего быстро возрастает и сила тока.

Количество свободных зарядов становится таким большим, что необходимость во внешнем ионизаторе отпадает. Его можно попросту убрать. Свободные заряженные частицы теперь порождаются в результате внутренних процессов, происходящих в газе — вот почему разряд называется самостоятельным.

Если газовый промежуток находится под высоким напряжением, то для самостоятельного разряда не нужен никакой ионизатор. Достаточно в газе оказаться лишь одному свободному электрону, и начнётся описанная выше электронная лавина. А хотя бы один свободный электрон всегда найдётся!

Вспомним ещё раз, что в газе даже при обычных условиях имеется некоторое «естественное» количество свободных зарядов, обусловленное ионизирующим радиоактивным излучением земной коры, высокочастотным излучением Солнца, космическими лучами. Мы видели, что при малых напряжениях проводимость газа, вызванная этими свободными зарядами, ничтожно мала, но теперь — при высоком напряжении — они-то и породят лавину новых частиц, дав начало самостоятельному разряду. Произойдёт, как говорят, пробой газового промежутка.

Напряжённость поля, необходимая для пробоя сухого воздуха, равна примерно кВ/см. Иными словами, чтобы между электродами, разделёнными сантиметром воздуха, проскочила искра, на них нужно подать напряжение киловольт. Вообразите же, какое напряжение необходимо для пробоя нескольких километров воздуха! А ведь именно такие пробои происходят во время грозы — это прекрасно известные вам молнии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector