Сопротивление материалов выполнение курсовой Инженерная графика выполнение сборочного чертежа История искусства Курс лекций по физике Примеры решения задач
Постоянный электрический ток Закон Ома для участка цепи Источник тока Работа и мощность электрического тока Термодинамика Первое начало термодинамики Круговые процессы.

Электрический ток в газах

Молния состоит из отдельных электрических разрядов, длящихся, в среднем, t = 1×10 - 3 с, причём по каналу разряда проходит электрический заряд порядка Q = 25 Кл при напряжении на концах шнура U = 3×109 В. Определить энергию W, выделяющуюся при N = 10 разрядах и силу тока в канале одной молнии I1.

 Решение

 1. Электрическая энергия, выделяющаяся при разряде, определяется величиной заряда и напряжением, при котором это явление происходит

 . (1)

 2. Сила тока в канале одного разряда

  . (2)

 2.10.2. Концентрация ионизированных молекул в атмосферном воздухе при давлении р0 = 105 Па и температуре Т = 300 К составляет ni = 3×10 22 м - 3. Определить процент ионизированных молекул в воздухе c.

 Решение

 1. В соответствии с основным уравнением молекулярно - кинетической теории

 , (1)

где n - концентрация молекул воздуха, kB @ 1,4×10 - 23 Дж/К - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.

 2. Определим из уравнения (1) величину концентрации

 . (2)

 3. Процент ионизированных молекул определится как

 . (3)

 2.10.3. Стеклянный баллон, в котором на расстоянии d = 0,1м расположены электроды, заполнен парами ртути. Самостоятельный разряд в трубке наступает при напряжении U = 600 В, энергия ионизации паров ртути составляет Wi = 1,7×10 - 18 Дж. Определить среднюю длину свободного пробега электронов.

  Решение

 1. Длина свободного пробега электрона в газе <l>представляет собой расстояние, проходимое между двумя столкновениями. Величину <l> можно найти из уравнения работы, совершаемой полем при перемещении частицы

 . (1)

 2. Величина работы, в свою очередь, определяет энергию ионизации

 , (2)

откуда

 . (3)

  2.10.4. В электронно-лучевой трубке поток электронов, движущийся с кинетической энергией Wk = 10 кэВ, пролетает пространство d = 10 мм между вертикальными отклоняющими пластинами длиной L = 0,02 м. На какое расстояние у сместится поток электронов, если на пластины подано напряжение U = 10 кВ

 Решение

 1. Проанализируем движение электрона в электрическом поле конденсатора без учёта влияния силы гравитации (me @ 1×10 - 30 кг). Вдоль горизонтальной оси движение равномерное, поэтому время действия на электрон силы Кулона определится как t = L/v. По вертикальной оси движение ускоренное

  , (1)

где а = FK/me - ускорение электрона.

 2. Время t определим, воспользовавшись уравнением кинетической энергии

 . (2)

 3. Перепишем уравнение (1) с учётом значения времени t

 . (3)

 2.10.5. Энергия ионизации атома водорода составляет Wi = 2,18×10 - 18 Дж. Определить потенциал ионизации Ui водорода.

 Решение

  1. Процесс ионизации атома представляет собой удаление электрона от ядра, чтобы такое произошло, необходимо приложить энергию, равную или превышающую потенциальную энергию взаимосвязи отрицательно заряженного электрона и положительно заряженного ядра

 . (1)

 2.10.6. До какой температуры необходимо нагреть атомарный водород, чтобы при столкновении атомов происходила их ионизация?

  Решение

 1. Потенциал ионизации для водорода Ui = 13,6 B и энергия ионизации были определены в предыдущей задаче. Чтобы произошёл акт ионизации атомов при их столкновении, кинетическая энергия поступательной составляющей теплового движения электрона должна быть равна или должна превышать энергию ионизации

 , (2)

что соответствует условиям термоядерного взрыва.

 2.10.7. В центральную часть межэлектродного пространства параллельно поверхности плоских электродов влетает a - частица (дважды ионизированный атом гелия), которая образует на своей траектории цепочку ионов. Разность потенциалов между пластинами - U = 5 кВ, расстояние между ними - d = 4 см, подвижность ионов обоих знаков составляет b = 2 см2/(В×с). Через какое время после пролёта частицы ионы достигнут поверхности электронов?

 Решение

  1. Подвижность ионов определяется средней скоростью движения <v> и напряжённостью электрического поля

 , (1)

где E = U/d - напряжённость электрического поля.

 2. Средняя скорость движения, таким образом, запишется следующим образом

 . (2)

 3. Время движения до поверхности плоских электродов определится следующим образом

 . (3)

Азот ионизируется рентгеновским излучением. Определить проводимость азота l, если в каждом кубическом сантиметре содержится N = 107 пар ионов. Подвижность положительных ионов равна b+ = 1,27 см2/(В×с), отрицательных - b- = 1,81 см2/(В×с).

  Решение

 1. Плотность тока равна , где n - концентрация ионов, q - заряд ионов, при обычной ионизации принимается равным заряду электрона, т.е. . Если на ионы массой m действует постоянная сила Кулона, то уравнение второго закона Ньютона примет вид

 . (1)

 2. Подставим в уравнение (1) значение средней скорости движения ионов

 , (2)

величина  - называется проводимостью или электропроводностью. Уравнение (2) перепишем в виде

  . (3)

 3. Если инерционное время t больше времени движения ионов, то

 , (4)

 . (5)

Диполь с электрическим моментом р = 1 пКл м равномерно вращается с частотой n = 10 3 с 1 относительно оси, проходящей через центр диполя перпендикулярно своему плечу. Получить закон изменения потенциала во времени для некой точки, отстоящей от центра диполя на расстоянии r = 1 см и лежащей в плоскости диполя. В начальный момент времени потенциал равен нулю (0) = 0.
Магнитное поле движущегося электрического заряда