Іскровий або дуговий розряд виникає при. Іскровий розряд та його застосування

Іскровий розряд,іскра, одна з форм електричного розряду у газах; виникає зазвичай при тисках атмосферного порядку і супроводжується характерним звуковим ефектом - «тріском» іскри. У природних умовІ. н. найчастіше спостерігається у вигляді блискавки . І. н. у власному значенні цього терміна відбувається, якщо потужність джерела енергії, що живить його, недостатня для підтримки стаціонарного дугового розряду або тліючого розряду . У цьому випадку одночасно з різким зростанням розрядного струму напруга на розрядному проміжку протягом дуже короткого часу (від кілька мксекдо кількох сотень мксек) падає нижче напруги згасання І. р., що призводить до припинення розряду. Потім різниця потенціалів між електродами знову зростає, досягає напруги запалення І. н. та процес повторюється. В інших випадках, коли потужність джерела енергії досить велика, також спостерігається вся сукупність явищ, характерних для І. р., але є лише перехідним процесом, що веде до встановлення розряду іншого типу - найчастіше дугового.

І. н. є пучок яскравих, швидко зникаючих або змінюють один одного ниткоподібних, часто сильно розгалужених смужок - іскрових каналів. Ці канали заповнені плазмою, до складу якої в потужному І. н. входять не тільки іони вихідного газу, а й іони речовини електродів, що інтенсивно випаровується під дією розряду. Механізм формування іскрових каналів (і, отже, виникнення І. р.) пояснюється стримерною теорією електричного пробою газів. Згідно з цією теорією, з електронних лавин, що виникають в електричному полі розрядного проміжку, за певних умов утворюються стримери - тонкі розгалужені канали, що тьмяно світяться, містять іонізовані атоми газу і відщеплені від них вільні електрони. Стримери, подовжуючись, перекривають розрядний проміжок і з'єднують електроди безперервними нитками, що проводять. Перетворення стримерів на іскрові канали, що відбувається потім, супроводжується різким зростанням сили струму і кількості енергії, що виділяється в них. Кожен канал швидко розширюється, у ньому стрибкоподібно підвищується тиск, внаслідок чого на його межах виникає ударна хвиля . Сукупність ударних хвиль від іскрових каналів, що розширюються, породжує звук, сприйманий як «тріск» іскри (у разі блискавки - грім).

Величини, що характеризують І. н. (напруга запалювання, напруга згасання, максимальна сила струму, тривалість), можуть змінюватися в широких межах залежно від параметрів розрядного ланцюга, величини розрядного проміжку, геометрії електродів, тиску газу і т. д. досить велике. Градієнт напруги в іскрі знижується від кількох десятків кв/сму момент пробою до 100 в/смчерез кілька мікросекунд. Максимальна силаструму в потужному І. н. може досягати значень порядку кількох сотень ка.

Особливий вид І. н. - ковзний І. р., що виникає вздовж поверхні поділу газу та твердого діелектрика, поміщений між електродами. Області ковзного І. р., в яких переважають заряди якогось одного знака, індукують на поверхні діелектрика заряди іншого знака, внаслідок чого іскрові канали стелиться поверхнею діелектрика (див. Ліхтенберга фігури ). Процеси, близькі до тих, що відбуваються при І. р., властиві також кистьового розряду .

І. н. знайшов різноманітні застосування у техніці. З його допомогою ініціюють вибухи та процеси горіння, вимірюють високу напругу; його використовують у спектроскопічному аналізі, у перемикачах електричних ланцюгів, для високоточної обробки металів (див. Електроіскрова обробка ) і т.п.

Літ.див. при ст. Електричний розряд у газах .

Приєднаємо кульові електроди до батареї конденсаторів (рис. 151) і почнемо заряджання конденсаторів за допомогою електричної машини. У міру зарядки конденсаторів збільшуватиметься різниця потенціалів між електродами, а отже, збільшуватиметься і напруженість поля в газі. Поки напруженість поля невелика, у газі не можна помітити жодних змін. Однак при досить великій напруженості поля (близько 3 МВ/м) між електродами з'являється електрична іскра, що має вигляд звивистого каналу, що яскраво світиться, з'єднує обидва електроди. Газ поблизу іскри нагрівається до високої температури і раптово розширюється, чому виникають звукові хвилі, і ми чуємо характерний тріск. Конденсатори в цій установці існують для того, щоб зробити іскру потужнішою.

Мал. 151. Якщо напруженість поля в повітрі досягає приблизно 3 МВ/м, то настає електричний пробій газу і виникає електрична іскра

Описана форма газового розрядуносить назву іскрового розрядуабо іскрового пробою газу. При настанні іскрового розряду газ раптово, стрибком втрачає свої діелектричні властивості і стає хорошим провідником. Напруженість поля, за якої настає іскровою пробою газу, має різне значенняу різних газів і залежить від їхнього стану (тиску, температури).

При заданій напрузі між електродами напруженість поля тим менше, що далі знаходяться електроди один від одного. Тому чим більша відстаньміж електродами, тим більше напруга між ними необхідне настання іскрового пробою газу. Ця напруга називається напругою пробою.

Знаючи, як залежить напруга пробою від відстані між електродами будь-якої певної форми, можна виміряти невідому напругу максимальної довжині іскри. На цьому засновано пристрій іскрового вольтметра (рис. 152), зручного для грубої оцінки великої напруги (наприклад, у рентгенівських установках). Він складається із двох металевих ізольованих куль, одна з яких може плавно переміщатися. Кулі приєднують до джерела, напруга якого хочуть виміряти, і зближують їх до того часу, поки виникне іскра. Вимірюючи відстань між кулями і відповідну напругу, при якій відбувається пробій, складають спеціальні таблиці, за допомогою яких потім визначають напругу та довжину іскри. Як приклад вкажемо, що з відстані 0,5 див між кулями діаметра 5 див напруга пробою дорівнює 17,5 кВ, а з відривом 5 див – близько 100 кВ.

Мал. 152. Іскровий вольтметр

Виникнення пробою пояснюється так. У газі завжди є кілька іонів і електронів, що виникають від випадкових причин. Зазвичай, однак, їх кількість настільки мала, що газ практично не проводить електрики. При порівняно невеликих значеннях напруженості поля, з якими зустрічаємося щодо несамостійної провідності газів, зіткнення іонів, які у електричному полі, з нейтральними молекулами газу відбуваються як і, як зіткнення пружних куль. При кожному зіткненні частинка, що рухається, передає частину своєї кінетичної енергії, що покоїться, і обидві частинки після зіткнення розлітаються, але ніяких внутрішніх зміну них не відбувається. Однак при достатній напруженості поля кінетична енергія, накопичена іоном у проміжку між двома сударениями, може стати достатньою, щоб іонізувати нейтральну молекулу при зіткненні. В результаті утворюється новий негативний електрон та позитивно заряджений залишок – іон. Такий процес іонізації називають ударною іонізацією, а роботу, яку потрібно витратити, щоб зробити відривання електрона від атома, – роботою іонізації. Робота іонізації залежить від будови атома і тому різна для різних газів.

Електрони та іони, що утворилися під впливом ударної іонізації, збільшують число зарядів у газі, причому у свою чергу вони починають рух під дією електричного поля і можуть зробити ударну іонізацію нових атомів. Таким чином, цей процес «підсилює сам себе», і іонізація в газі швидко сягає дуже великої величини. Все явище цілком аналогічне сніговій лавиніу горах, для зародження якої буває досить нікчемного грудка снігу. Тому й описаний процес був названий іонною лавиною (рис. 153 та 154). Утворення іонної лавини є процес іскрового пробою, бо мінімальна напруга, у якому виникає іонна лавина, є напруга пробою. Ми бачимо, що при іскровому пробої причина іонізації газу полягає в руйнуванні атомів і молекул при зіткненнях з іонами (ударна іонізація).

Мал. 153. Вільний електрон 1 при зіткненні з нейтральною молекулою розщеплює її на електрон 2 та вільний позитивний іон. Електрони 1 і 2 при подальшому зіткненні з нейтральними молекулами знову розщеплюють їх на електрони 3 і 4 і вільні позитивні іони, і т.д.

Мал. 154. Лавиноподібне розмноження позитивних іонівта електронів при зіткненні позитивних іонів з нейтральними молекулами

93.1. Відомо, що чим менше тиск газу (при незмінній температурі), тим менше атомів міститься в одиниці об'єму газу і тим більший шляхвільно пролітають атоми між двома послідовними зіткненнями. Зважаючи на це, зрозумійте, як змінюватиметься (збільшуватиметься чи зменшуватиметься) напруга пробою газового проміжку при зменшенні тиску газу.

Електрична іскра

Декілька іскрових розрядів, знятих при тривалій витримці

Іскровий розряд(іскра електрична) - нестаціонарна форма електричного розряду, що відбувається у газах. Такий розряд виникає зазвичай при тисках атмосферного порядку і супроводжується характерним звуковим ефектом - «тріском» іскри. Температура в головному каналі іскрового розряду може досягати 10 000 К. У природі іскрові розряди часто виникають у вигляді блискавок.

Умови

Іcкровий розряд зазвичай відбувається, якщо потужність джерела енергії недостатня для підтримки стаціонарного дугового розряду або розряду, що тліє . У цьому випадку одночасно з різким зростанням розрядного струму напруга на розрядному проміжку протягом дуже короткого часу (від кількох мікросекунд до кількох сотень мікросекунд) падає нижче напруги згасання іскрового розряду, що призводить до припинення розряду. Потім різниця потенціалів між електродами знову зростає, досягає напруги запалювання і повторюється. В інших випадках, коли потужність джерела енергії досить велика, також спостерігається вся сукупність явищ, характерних для цього розряду, але є лише перехідним процесом, що веде до встановлення розряду іншого типу - найчастіше дугового.

Природа

Іскровий розряд є пучок яскравих, швидко зникаючих або змінюють один одного ниткоподібних, часто сильно розгалужених смужок - іскрових каналів. Ці канали заповнені плазмою , до складу якої потужному іскровому розряді входять як іони вихідного газу, а й іони речовини електродів , інтенсивно испаряющегося під впливом розряду. Механізм формування іскрових каналів (і, отже, виникнення іскрового розряду) пояснюється стримерною теорією електричного пробою газів. Відповідно до цієї теорії, з електронних лавин, що виникають в електричному полі розрядного проміжку, певних умовутворюються стримери - тонкі розгалужені канали, що тьмяно світяться, які містять іонізовані атоми газу і відщеплені від них вільні електрони. У тому числі можна назвати т. зв. лідер - розряд, що слабко світиться, «прокладає» шлях для основного розряду. Він, рухаючись від одного електрода до іншого, перекриває розрядний проміжок і з'єднує електроди безперервним провідним каналом. Потім у зворотному напрямкупрокладеним шляхом проходить головний розряд, що супроводжується різким зростанням сили струму і кількості енергії, що виділяється в них. Кожен канал швидко розширюється, у результаті на його кордонах виникає ударна хвиля. Сукупність ударних хвиль від іскрових каналів, що розширюються, породжує звук, сприйманий як «тріск» іскри (у разі блискавки - грім).

Напруга запалювання іскрового розряду, як правило, досить велика. Напруженість електричного поляв іскрі знижується від кількох десятків кіловольт на сантиметр (кв/см) у момент пробою до ~100 вольт на сантиметр (в/см) через кілька мікросекунд. Максимальна сила струму в потужному іскровому розряді може досягати значень кількох сотень тисяч ампер.

Особливий вид іскрового розряду ковзний іскровий розряд, що виникає вздовж поверхні поділу газу та твердого діелектрика, поміщеного між електродами, за умови перевищення напруженістю поля пробивної міцності повітря. Області ковзного іскрового розряду, в яких переважають заряди якогось одного знака, індукують на поверхні діелектрика заряди іншого знака, внаслідок чого іскрові канали стелиться поверхнею діелектрика, утворюючи при цьому так звані фігури Ліхтенберга. Процеси, близькі до тих, що відбуваються при іскровому розряді, властиві також кистьовий розряд, який є перехідною стадією між коронним і іскровим.

Джерела

• А. А. Воробйов, Техніка високих напруг. - Москва-Ленінград, Держенерговидав, 1945.
• Фізична енциклопедія, т.2 - М.: Велика Російська Енциклопедіястор.218.
• Райзер Ю. П.Фізика газового розряду - 2-ге вид. - М: Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3

Див. також

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Електрична іскра" в інших словниках:

Іскра, що перескакує з тіла, в якому електрика накопичилася в достатню кількістьна провідник, що близько знаходиться; е. в. у величезних розмірах є блискавка. Словник іноземних слів, що увійшли до складу російської мови Павленков Ф.,… … Словник іноземних слів російської мови

електрична іскра- - [Я.Н.Лугинський, М.С.Фезі Жилінська, Ю.С.Кабіров. Англо-російський словник з електротехніки та електроенергетики, Москва, 1999 р.] Тематики електротехніка, основні поняття EN spark of electricityelectric spark … Довідник технічного перекладача

Те саме, що Іскровий розряд. Велика Радянська Енциклопедія

Див. Розряд електричний … Енциклопедичний словникФ.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Те саме, що іскровий розряд. * * * ІСКРА ЕЛЕКТРИЧНА ІСКРА ЕЛЕКТРИЧНА, те ж, що іскровий розряд (див. ІСКРОВИЙ РОЗРЯД) … Енциклопедичний словник

- (іскри неправ.), іскри, дружин. 1. Найдрібніша частинка палаючої або розпеченої речовини. «Моє багаття в тумані світить, іскри гаснуть на льоту.» Полонський. Вибити іскру із каменю. Електрична іскра. Запустити іскру. 2. Дрібна блискуча частка з ... Тлумачний словникУшакова

іскра- ы, мн. іскор, ж. 1) Найдрібніша частинка якого л. палаючої або розпеченої речовини. Іскри багаття. Електрична іскра. Чирикали птахи і були щирі. Сяє сонце на лаку карет. З точильного каменю не сипалися іскри, а сипалися гасли, в променях… Популярний словник російської

Фаліна М.С. 1

Моїсеєв В.Г. 1

1 Муніципальне казенне загальноосвітня установа«Миколо-Поломська середня загальноосвітня школа» Парфеньевського муніципального районуКостромській області

Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версіяроботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF

1. Вступ.

Даний дослідницький проектспрямований на дослідження умов виникнення іскрового розряду – блискавки та можливості використання цієї енергії.

Тема: Дослідження властивостей іскрового розряду та його застосування

Проблема:«Позавчора ми нічого не знали про електрику, вчора ми нічого не знали про величезні резерви енергії, що містяться в атомному ядрі, Про що ми не знаємо сьогодні? »/ Луї де Бройль /

Актуальність: Людина навчилася використовувати енергію води, ладу гідроелектростанції, енергію атома, ладу атомні електростанції, енергію вітру, будування вітрових електростанцій. Широко використовується сонячна енергія, що акумулюється за допомогою сонячних батарей.

У майбутньому людство шукатиме й інші альтернативні джерела енергії. Рано чи пізно людина навчиться використовувати енергію іскрового розряду - блискавки, будуватиме грозові електростанції. У багатьох країнах вже проводять такі дослідження, наприклад, у США. У нашій країні також працюють над проблемами використання іскрового розряду. У цьому полягає актуальність цієї роботи. Грозова енергетика - це поки що лише теоретичний напрямок. Суть методики полягає в затриманні енергії блискавок і перенаправленні її в електромережу. Дане джерелоенергії відновлюємо та належить до альтернативних, тобто. екологічно безпечним.

Блискавка є чистою енергією, і її застосування не тільки усуватиме численні екологічні небезпеки, але також значно зменшуватиме дорожнечу виробництва енергії. Енергія блискавки є відновлюваним джерелом і відноситься до альтернативним джереламенергії.

Гіпотеза: Блискавка може стати екологічно безпечним джерелом дешевої енергії і буде в майбутньому використана в різних областяхжиття суспільства.

Ціль: Дослідження умов виникнення іскрового розряду та можливості використання енергії іскрового розряду для потреб енергетики.

Завдання:

Знайти та вивчити інформацію про блискавку, її властивості

Підготувати потрібне обладнання.

Провести досліди.

1. Отримати іскровий розряд за допомогою електростатичної машини, оцінити максимальну напругу пробою

2. Дослідити умови виникнення іскрового розряду у перетворювачі напруги

3. Оцінити пробивні можливості іскрового розряду твердих тіл(папери, фольги).

4. Отримати іскровий розряд - блискавку за допомогою трансформатора Тесла, оцінити напругу між електродами, а також дію іонізатора на виникнення та перебіг розряду.

4)Вести спостереження та зробити аналіз.

У роботі були використані відомі методи дослідження:

1. Теоретичні методи- це гіпотетичний (вивчення за допомогою наукової гіпотези)

та загальнологічні методи (аналіз, синтез, аналогія, узагальнення)

2. Емпіричні методи- це, перш за все експеримент (штучне відтворення явищ і процесів у заданих умов, в ході якого перевіряється гіпотеза), спостереження, порівняння, вимір, опис

1 етап - Організація дослідження

1) Підбір літератури та додаткової інформації, вивчення та оформлення знайдених матеріалів.

Багато цікавої та корисної для мене інформації я знайшла у мережі Інтернет, вивчила велика кількістьстатей про електричних розрядах.

1. Я знаю, що електричний заряд- це фізична величина, Що характеризує здатність тіл вступати в електромагнітні взаємодії. Вимірюється у Кулонах.

А електричне поле- це особлива формаматерії, що існує навколо тіл або частинок, які мають електричнимзарядом, а також у вільному виглядіу електромагнітних хвилях.

2. Я знаю, що таке блискавкаце гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, зазвичай може відбуватися під час грози, що виявляється яскравим спалахом світла і громом, що супроводжує її. Сукупність імпульсів - пробоїв повітряного проміжку між грозовим хмарою і землею, які у вигляді іскрового розряду.

Історія дослідження блискавки.

Вже в 17-му столітті висловлювалися припущення, що блискавка - це гігантська іскра, що нічим, крім розмірів, що не відрізняється від іскри, що проскакує між двома різноіменно зарядженими кульками. А проскакує блискавка між двома різноіменно зарядженими грозовими хмарами або між грозовою хмарою та землею. Дослідження електрики проводилися у багатьох країнах, але найбільший внесок у створення теорії атмосферної електрики зробили російські академікиМихайло Васильович Ломоносов та Георг Ріхман. Електрична природаблискавки було розкрито у дослідженнях американського фізикаБ. Франкліна, за ідеєю якого було проведено досвід із вилучення електрики з грозової хмари. Бенджамін Франклін - видатний американський політичний діяч, займався фізикою лише сім років, але встиг зробити дуже багато. Франклін провів усім відомий досвід із повітряним змієм, запускаючи його при наближенні грозових хмар. До верхнього кінця вертикальної планки хрестовини змія він прикріпив загострений дріт. Як тільки змій опинявся під грозової хмари, цей дріт починав вилучати з хмари електричний вогонь. У 1752 р. доведено, що грозові хмари справді сильно заряджені. Михайло Васильович Ломоносов та його друг Георг Ріхман у 1752-1753 pp. спільно проводили дослідження атмосферної електрики, за допомогою винайденого Ріхманом електричного покажчика – прообразу електрометра. Ріхман встановив електричний стан атмосфери без грому і блискавки. А Ломоносов розробив теорію утворення атмосферної електрики, походження якої він пов'язував із висхідними та низхідними потоками повітря. У себе вдома Георг Ріхман влаштував експериментальну установкуз вивчення грозових розрядів – «громову машину». 26 липня 1753 р. під час сильної грози, коли вчений наблизився до електрометра «грозової машини» на відстань 30 см, несподівано з товстого залізного прута прямо в нього вдарив блідо-синій вогненна кулязавбільшки з кулак. Це була кульова блискавка. Пролунав оглушливий вибух і Ріхман упав мертвий.

Ломоносов важко переживав смерть свого друга і зробив все від нього залежне, щоб ім'я Георга Ріхмана назавжди залишилося в історії науки.

У 1989 році був виявлений особливий виглядблискавок - ельфи, блискавки в верхній атмосфері. 1995 року було відкрито інший вид блискавок у верхній атмосфері — джети.

Іскровий розряд та умови його виникнення

При великій напруженості електричного поля між електродами (близько 3 10 6 В/м) у повітрі при атмосферному тискувиникає іскровий розряд.Іскровий розряд, на відміну коронного, призводить до пробою повітряного проміжку. При іскровому розряді в газі виникають канали іонізованого газу. стримери,мають вигляд переривчастих яскравих зигзагоподібних ниток.

Нитки пронизують простір між електродами та зникають, змінюючись новими. При цьому спостерігається яскраве свічення газу та виділяється велика кількість теплоти. Внаслідок нагрівання тиск газу в стримерах сильно підвищується. Розширюючись, газ випромінює звукові хвилі, що супроводжують розряд.

Після пробою розрядного проміжку напруга на електродах сильно падає, тому що в момент розряду провідність газу внаслідок його іонізації різко зростає. В результаті, якщо джерело напруги малопотужне, розряд припиняється. Потім напруга знову підвищується і т.д.

В освіті іскрового розряду поряд з іонізацією за допомогою електронного удару велику рольграють процеси іонізації газу випромінюванням самої іскри.

Напруга пробою знижується при дії на газ зовнішнього іонізатора. Якщо прикласти до газового проміжку напругу, дещо меншу за пробивну, і внести в простір між електродами запалений газовий пальник, то виникає іскра. Таку ж дію має і освітлення негативного електрода. ультрафіолетовим світлом, або направити лазерний проміньвздовж електродів, а також інші іонізатори.

Блискавка - гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, що зазвичай відбувається під час грози, що проявляється яскравим спалахом світла і супроводжуючим її громом. Струм у розряді блискавки досягає 10 - 100 тисяч ампер, напруга досягає сотень мільйонів вольт. Середня довжинаблискавки 2,5 км, деякі розряди простягаються в атмосфері на відстань до 20 км. Блискавки також були зафіксовані на Венері, Юпітері, Сатурні та Урані. Найчастіше блискавка виникає у купово-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Існують дві заряджені області у хмарах, позитивна та негативна, це дві половини електричного ланцюга, Негативний розряд прагне позитивного, і цей заряд називається Лідером, практично не видимий окомлюдини через величезну швидкість протікання та слабку яскравість. Інший позитивний заряд, Стрімер, прагне негативного лідера, і цей заряд дуже яскравий і довгий за часом удару блискавки. Електричний заряд Лідер виходить здебільшого з хмари, а Стрімер виходить із поверхні землі або іншої хмари з позитивно зарядженою областю. Блискавка це не один розряд, а більше кількох десятків пульсуючих розрядів, чому видиме мерехтіння блискавки вважається одним розрядом помилково.

3. Я знаю, що конденсатори- це пристрій для накопичення заряду енергії електричного поля.

Блискавка – це короткочасний енергетичний сплеск, тривалість якого дорівнює часткам секунди, і його потрібно дуже швидко освоювати. Для вирішення цього завдання потрібні найпотужніші конденсатори, яких ще немає, а ціна їх, ймовірно, буде дуже високою. Можна застосувати і різноманітні коливальні системиз контурами 2-го та 3-го роду, що дозволяють узгоджувати навантаження з внутрішнім опоромгенератора. Потужність розрядів також дуже відрізняється. Більшість блискавок - це 5-20 кА, але бувають сполохи силою струму 200 кА, а кожен з них потрібно привести до стандарту 220 В і 50-60 Гц змінного струму.

Щільність заряджених іонів 1 куб. м атмосфери низька, опір повітря велике. Відповідно "зловити" блискавку зможе тільки іонізований електрод, максимально піднятий над поверхнею землі, але він зможе вловлювати енергію тільки у вигляді мікрострумів. Якщо підняти електрод занадто близько до наэлектризованным хмар, це може спровокувати блискавку, тобто. вийде короткочасний, але потужний сплеск напруги, що призведе до поломки обладнання блискавкової ферми.

4. Я дізналася, що блискавка безпосередньо пов'язана з плазмою.Уважно розглядаючи численні фотографії блискавок, отримані методом високошвидкісної зйомки, ми приходимо до висновку, що блискавка - це зовсім не лавина електричних зарядів, а порожнистий плазмовий канал, причому зосереджений струм у його стінках. Стає зрозумілою причина величезної швидкості зворотного лідера блискавки — яскравого мерехтіння, яке виникає після того, як блискавка досягає землі під час так званого основного процесу. Такий зворотний лідер розвивається як коливальний процес усередині порожнистої плазмової труби, подібно до коливань в замкнутому контурі. Це електричні коливання, швидкість яких може бути незрівнянно вищою, ніж у коливань щільності повітря.

5. Я вивчила властивості плазми:

1. Концентрація позитивних та негативних частиноку плазмі практично однакова.

2. Висока електропровідність - при високій температуріплазма наближається до надпровідників.

3. Плазма має сильну взаємодію з електричним та магнітним полем.

4. Кожна заряджена частка плазми взаємодіє з більшим числомзаряджених частинок.

5. Плазма пов'язана зі свіченням.

Ці властивості визначають якісну своєрідність плазми, що дозволяє вважати її четвертим станом речовини.

6. Виписала для себе все найцікавіше.

2) Придбання необхідного обладнаннята речовин.

Мені знадобиться: електростатична машина, шкільний перетворювач напруги, джерело живлення.

2 етап - Експериментальна роботаз фотографіями основних робіт

Опис досліджень

Іскровий розряд можна одержати за допомогою різних приладів.

Щоб отримати іскровий розряд за допомогою електростатичної машини, потрібно добре просушити.

Розведемо кульки електростатичної машини приблизно на 2 см. Після кількох обертів обертання ручки електростатичної машини отримуємо іскровий розряд. В електростатичній машині механічна енергіяобертання перетворюється на енергію іскрового розряду. Поступово збільшуючи відстань між кульками електростатичної машини отримуємо, що максимальна відстань між кульками буде 55 мм. Напруга пробою становить приблизно 50 000 вольт.

Візьмемо шкільний перетворювач напруги.

Від джерела живлення 12 вольт він перетворює на 25 000 вольт. Відстань між електродами можна міняти. Встановимо між кульками перетворювача відстань 2 див.

При включенні перетворювача виникає ціла серіяіскрових розрядів.

Збільшуємо відстань між кульками, розряди відбуваються рідше, а потім припиняються. Значить, напруженість електричного поля стала меншою за граничну, при якій відбувається пробою іскрового проміжку. Збільшимо напругу живлення перетворювача, розряди виникають знову, отже, напруженість в іскровому проміжку збільшилася і перевищила напругу пробою. Збільшимо відстань між кульками до припинення іскрового розряду. Освітимо іскровий проміжок ультрафіолетовим випромінюванням, серія розрядів з'являється знову. Значить у іскровому проміжку, внаслідок іонізації, з'явилися іони та електрони та виникає самостійний іскровий розряд.

Поміщаючи в іскровий проміжок аркуш паперу, картону, фольги

можна переконатися, що іскровий розряд пробиває мікроскопічні отвори,

звідси випливає можливість використання іскрового розряду для механічного на матеріали, механічна обробка матеріалів цікавить технологів.

Іскровий розряд можна отримати за допомогою трансформатора Тесла.

При напрузі живлення 12 В іскровий розряд пробиває відстань 105 мм, що відповідає напрузі між електродами приблизно 100 000 В. При такій напрузі електричні розряди дуже схожі на блискавки під час грози.

Лідер кожного наступного розряду шукає і знаходить свій шлях, свою траєкторію, спостерігається танець розрядів-блискавок.

Під час усіх експериментів із іскровими розрядами з'являється характерний запах. При електричних розрядах утворюється озон О 3 який насичує повітря киснем. Так само як після грози легко дихається, відчувається чисте насичене киснем повітря.

3 етап - Висновки та висновки

В результаті проведених досліджень та вимірювань було встановлено, що іскровий розряд виникає в сильному електричному полі, якщо напруженість поля перевищить 3 х 10 6 В/м. Проводилася оцінка напруги пробою, яка залежить від вологості повітря та зменшується при дії іонізатора. Іскровий розряд механічно впливає на матеріали і може застосовуватися в технологіях обробки матеріалів.

У всіх приладах, за допомогою яких отримували іскровий розряд, використовувалися або конденсатори, як накопичувачі електричної енергії, або коливальні системи. Спіймати блискавку під час грози, зберегти її деякий час, перетворити її на інші види, привабливо, але поки що важко здійснити, але я вважаю в майбутньому, можливо.

Таким чином, у ході дослідження висунута гіпотеза підтвердилася: блискавка може стати екологічно безпечним джерелом дешевої енергії та буде в майбутньому використана у різних сферах життя суспільства.

Дослідження іскрового розряду тема дуже важлива, цікава як сама гроза. Дослідження її можна лише на якийсь час перервати, а не закінчити.

Навіть одне із застосувань свідчить про його важливість. Приєднуючи електроди до тіла хворого, лікарі дають імпульсний розряд електричного струму напругою 2500 - 4000 В. Згасло, було, серце стрепенеться і починає працювати, людина знаходить життя.

Блискавкові ферми поки що є мрією. Вони стали б невичерпними екологічно безпечними джерелами дуже дешевої енергії. розвитку даного напрямуенергетики перешкоджає ряд фундаментальних проблем: передбачити час і місце грози неможливо, блискавка - це короткочасний енергетичний сплеск, тривалість якого дорівнює часткам секунди, і його потрібно дуже швидко освоювати Для вирішення цього завдання потрібні найпотужніші конденсатори, яких ще не існує, а ціна їх, ймовірно , буде дуже висока

Незважаючи на очевидні складнощі, ідея створення блискавкових ферм жива: дуже хочеться людству приборкати природу і отримати доступ до величезних відновлюваних запасів енергії.

4 етап - Оформлення проекту

5 етап - Оформлення презентації

Література

1. За ред. Академіка Г.С. Ландсберга « Елементарний підручникфізики» т.2 Підручник. М.: "Наука", 1973.

2. Мякішев Г.Я. , Синяков А.З. «Фізика. Електродинаміка». 10 – 11 клас. Підручник.-М.: Дроф, 2012.

3. За ред. А.А. Пінського «Фізика» 10 клас. Підручник.-М.: «Освіта», 2014.

4.Підручник фізики за 10 клас / Г.Я.Мякішева та Б.Б.Буховцева

5. Сучасний довідник школяра 5-11 класи – всі предмети / О.М. Роганін, К.Е. Немченко

6.Про природу/М.М. Балашов

Уявлення про іскровий розряд Цей розряд характеризується переривчастою формою. Він виникає у газі зазвичай при тисках атмосферного порядку. У природних умовах іскровий розряд спостерігається у вигляді блискавок. Зовні іскровий розряд являє собою пучок яскравих зигзагоподібних тонких смужок, що розгалужуються, миттєво пронизують розрядний проміжок, що швидко гаснуть і постійно змінюють один одного. Ці смужки називають іскровими каналами. Канали, що розвиваються від позитивного електрода, мають чіткі ниткоподібні обриси, а розвиваються від негативних - дифузні краї та дрібніше розгалуження.

Т.к. іскровий розряд виникає при великих тискахгазу, то потенціал запалення дуже високий. Але після того, як розрядний проміжок стає "іскровим" каналом, опір проміжку стає дуже малим, через канал проходить короткочасний імпульс струму. великої сили, протягом якого розрядний проміжок припадає лише незначне опір. Якщо потужність джерела дуже велика, то після такого імпульсу струму розряд припиняється. Напруга між електродами починає зростати до колишнього значення, і пробій газу повторюється з утворенням нового іскрового каналу. Електрична іскра виникає в тому випадку, якщо електричне поле в газі досягає певної певної величини Ек (критична напруженість поля або напруження пробою), яка залежить від роду газу та його стану. Наприклад, для повітря при нормальних умовахЕк3*106 В/м. Величина Ек збільшується зі збільшенням тиску. Відношення критичної напруженості поле до тиску газу р для даного газу залишається приблизним у широкій області зміни тиску: Ек/рconst.

Час наростання напруги тим більше, чим більше ємність між електродами. Тому включення конденсатора паралельно розрядному проміжку збільшує час між двома наступними іскрами, а самі іскри стають потужнішими. Через канал іскри проходить великий електричний заряд, тому збільшується амплітуда і тривалість імпульсу струму. При великій ємності канал іскри яскраво світиться і має вигляд широких смуг. Те саме відбувається зі збільшенням потужності джерела струму. Тоді говорять про конденсований іскровий розряд, або про конденсовану іскру. Максимальна сила струму в імпульсі, при іскровому розряді, змінюється в широких межах, залежно від параметрів ланцюга розряду та умов у розрядному проміжку, досягаючи кількох сотень кілоампер. При подальшому збільшенні потужності джерела іскровий розряд перетворюється на дуговий розряд. В результаті проходження імпульсу струму через канал іскри в каналі виділяється велика кількість енергії (близько 0,1 - 1 Дж на кожен сантиметр довжини каналу). З виділенням енергії пов'язане стрибкоподібне збільшення тиску в навколишньому газі - утворення ударної циліндричної хвилі, температура на фронті якої ~104 К.

Відбувається швидке розширення каналу іскри зі швидкістю порядку теплової швидкості атомів газу. У міру просування ударної хвилі температура її фронті починає падати, а сам фронт відходить від кордону каналу. Виникнення ударних хвиль пояснюються звукові ефекти, що супроводжують іскровий розряд: характерне потріскування у слабких розрядах і потужні гуркіт у разі блискавок. У момент існування каналу, особливо при високих тисках, спостерігається яскравіше світіння іскрового розряду. Яскравість свічення неоднорідна за перерізом каналу і має максимум у його центрі.

Механізм іскрового розряду В даний час загальноприйнятою вважається так звана стрімерна теорія іскрового розряду, підтверджена прямими дослідами. Якісно вона пояснює основні особливості іскрового розряду, хоч у кількісному відношенні і не може вважатися завершеною. Якщо поблизу катода зародилася електронна лавина, то її шляху проходить іонізація і збудження молекул і атомів газу. Істотно, що світлові кванти, що випускаються збудженими атомами і молекулами, поширюючись до анода зі швидкістю світла, самі виробляють іонізацію газу, і дають початок першим електронним лавинам.

Вільні електрони отримують у такому полі величезні прискорення. Ці прискорення спрямовані вниз, оскільки нижня частина хмари заряджена негативно, а поверхня позитивно. На шляху від першого зіткнення до іншого, електрони набувають значної кінетичну енергію. Тому, зіштовхуючись із атомами чи молекулами, вони іонізують їх. В результаті народжуються нові (вторинні) електрони, які, у свою чергу, прискорюються в полі хмари, а потім у зіткненнях іонізують нові атоми і молекули. Виникають цілі лавини швидких електронів, що утворюють біля самого "дна" хмари, плазмові "нитки" - стрімер. Зливаючись один з одним, стримери дають початок плазмовому каналу, яким згодом пройде імпульс основного струму. Цей плазмовий канал, що розвивається від "дна" хмари до поверхні землі, наповнений. вільними електронамиі іонами, і тому може добре проводити електричний струм. Його називають лідером чи точніше ступінчастим лідером. Справа в тому, що канал формується не плавно, а стрибками - "східцями".

Чому в русі лідера наступають паузи і до того ж відносно регулярні – достеменно невідомо. Існує кілька теорій ступінчастих лідерів. У 1938 році Шонланд висунув два можливі поясненнязатримки, що викликає східчастий характер лідера. Згідно з одним з них, має відбуватися рух електронів вниз каналом провідного стримера (пілота). Однак частина електронів захоплюється атомами і позитивно зарядженими іонами, так що потрібен деякий час для надходження нових електронів, що просуваються, перш ніж виникне градієнт потенціалу, достатній для того, щоб струм тривав.

Згідно з іншою точкою зору, час потрібен для того, щоб позитивно заряджені іони зібралися під головкою каналу лідера і таким чином створили на ній достатній градієнт потенціалу. В 1944 Брюс запропонував інше пояснення, в основі якого лежить переростання тліючого розряду в дуговий. Він розглянув коронний розряд", аналогічний розряду вістря, що існує навколо каналу лідера не тільки на головці каналу, але і по всій його довжині. Він дав пояснення тому, що умови для існування дугового розряду встановлюватимуться на деякий час після того, як канал розвинеться на певну відстань і, отже, виникнуть ступені, це ще до кінця не вивчено і конкретної теорії поки немає.

Отже, є блискавки Блискавка і грім спочатку сприймалися людьми як вияв волі богів і, зокрема, як прояв божого гніву. Разом з тим допитливий людський розум з давніх-давен намагався осягнути природу блискавок і грому, зрозуміти їх природні причини. У давнину над цим розмірковував Аристотель. Над природою блискавок думав Лукрецій. Дуже наївно видаються його спроби пояснити грім як наслідок того, що "хмари збиваються там під натиском вітрів".

Блискавка - природний розряд великих скупчень електричного зарядуу нижніх шарах атмосфери. Одним із перших це встановив американський державний діячта вчений Б.Франклін. У 1752 році він провів досвід з паперовим змієм, до шнура якого було прикріплено металевий ключ, і отримав від ключа іскри під час грози. З того часу блискавка інтенсивно вивчалася як цікаве явищеприроди, а також через серйозні ушкодження ліній електропередачі, будинків та інших будівель, що викликаються прямим ударом блискавки або наведеною нею напругою.

Види блискавок Більшість блискавок виникає між хмарою і земною поверхнею, однак, є блискавки, що виникають між хмарами. Усі ці блискавки прийнято називати лінійними. Довжина окремої лінійної блискавки може вимірюватись кілометрами. Ще одним видом блискавок є стрічкова блискавка. При цьому наступна картина, якби виникли кілька майже однакових лінійних блискавок, зрушені відносно один одного. Було помічено, що в деяких випадках спалах блискавок розпадається на окремі ділянки, що святяться, завдовжки кілька десятків метрів. Це явище отримало назву чіткої блискавки. Згідно з Маланом такий вид блискавок пояснюється на основі затяжного розряду, після свічення якого здавалося б яскравішим у тому місці, де канал згинається у напрямку спостерігача, який спостерігає його кінцем до себе.

Фізіка лінійної блискавки Лінійна блискавка являє собою кілька імпульсів, швидко наступних друзівза другом. Кожен імпульс - це пробій повітряного проміжку між хмарою і землею, що у вигляді іскрового розряду. Спочатку розглянемо перший імпульс. У його розвитку є дві стадії: спочатку утворюється канал розряду між хмарою і землею, а потім по каналу, що утворився, швидко проходить імпульс основного струму.

Кульова блискавка 1. Дата, час, метеоумови появи ШМ. – Дата та час – будь-які. Разом з тим пік спостережень припадає на липень місяць (45,4% спостережень). За іншими місяцями статистика виглядає так: травень – 6,4%, червень – 17,5%, серпень – 20%, вересень – 4,0%, з жовтня до квітня (сумарно) – 6,7%. – Метеоумови будь-які, найчастіше ШМ спостерігають у зв'язку з розрядами лінійних блискавок при грозах, ураганах, штормах, смерчах, сніжних чи піщаних буранах, землетрусах.

2. Тривалість спостереження зазвичай трохи більше 1 хвилини. 3. Колір. У більшості випадків спостерігачі відзначають білий (23% спостережень), жовтий (23%), червоний (18%), помаранчевий (14%) колір блискавки. Іноді відзначається зелений, блакитний, синій, фіолетовий кольориабо суміш квітів. 4. Іноді ШМ нерухомі, плавно рухаються складною траєкторією, а іноді рухаються досить швидко. Можуть парити в повітрі, розміщуватись на будівлях або котитися вздовж проводів або країв предметів. 5. Можуть зникнути безшумно або з вибухом, пошкоджуючи оточуючі речі. Після зникнення ШМ часто залишається різко пахнучий серпанок. 6. Форма ШМ може бути чітко окресленою або розпливчастою. 7. Іноді ШМ уникають хороших провідників, інколи ж притягуються до них.

8. При спостереженні ШМ бувають як спокійними, так і іскристими або такими, що видають сильний тріск і шипіння, тихі дзижчать, свистячі, шиплячі звуки. 9. Іноді ШМ самі поділяються на дрібніші ШМ. Зустрічаються навіть конструкції з двох ШМ, з'єднаних ланцюгом бусин, що світяться. 10. Діаметр ШМ, найчастіше, - 10 ÷ 25 см, рідше більше 1м. 11. Форма найчастіше сферична або овальна форми, рідко сигароподібна. Обриси чіткі чи розпливчасті. 11. Форма найчастіше сферична або овальна форми, рідко сигароподібна. Обриси чіткі чи розпливчасті. 12. Яскравість вище за яскравість фону.