§ 5. ВИДИ САМОСТІЙНИХ ГАЗОВИХ РОЗРЯДІВ

• До змісту відповідей

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ

Першообразом якого сучасного пристрою, на вашу думку, є це пристосування?

Це пристосування є першообразом сучасного блискавковідводу (громовідводу).

Як працює цей пристрій?

Металевий лезо меча виконує роль приймача електричного розряду, а мокра мотузка слугує провідником, через який накопичений електричний заряд безпечно відводиться в морську воду.

Як він пов’язаний із темою параграфа?

Цей пристрій пов’язаний із темою параграфа, оскільки його призначення полягає в керуванні іскровим газовим розрядом (блискавкою) для захисту об’єктів від руйнування.

1. Чому під час газових розрядів випромінюється світло?

Світло випромінюється тому, що під час зіткнення з вільними електронами атоми газу отримують енергію та переходять у збуджений стан. Майже миттєво атоми повертаються до основного стану, випромінюючи надлишкову енергію у вигляді фотонів — «порцій» світла.

2. Чому виникає блискавка?

Блискавка виникає через перерозподіл електричних зарядів у грозових хмарах, що створює величезну напругу (до сотень мільйонів вольт) між хмарами або між хмарою та Землею. За такої напруги відбувається ударна іонізація повітря, що призводить до появи лавин вільних іонів і електронів та виникнення потужного іскрового газового розряду.

3. Як захиститися від удару блискавки?

Щоб захиститися від удару блискавки, необхідно дотримуватися правил безпеки: перебуваючи в полі, не можна бігти, натомість слід присісти; у лісі заборонено ховатися під високими та поодинокими дерева; не можна купатись у відкритих водоймах; у автомобілі слід зачинити вікна та двері; заборонено запускати повітряних зміїв.

4. Як виникає коронний газовий розряд?

Коронний газовий розряд виникає за атмосферного тиску у сильному, різко неоднорідному електричному полі поблизу гострих частин предметів. Під дією електричного поля грозової хмари на гострих виступах накопичуються заряди, внаслідок чого поле стає настільки сильним, що заряд «стікає» з вістря, йонізуючи навколишнє повітря.

А ЯК НАСПРАВДІ?

Чи правильно зображено на рисунку призначення блискавковідводу?

Зображення на рисунку не є цілком точним, оскільки призначення блискавковідводу полягає не у «вловлюванні» блискавки, а в запобіганні її виникненню шляхом поступового стікання заряду через коронний розряд, або у безпечному відведенні струму в землю, якщо удар все ж таки відбувся.

5. Який газовий розряд використовують під час електрозварювання?

Під час електрозварювання використовують дуговий газовий розряд (електричну дугу), який характеризується високою температурою та яскравим випромінюванням світла.

6. Який вид газового розряду «працює» в рекламних вивісках?

У рекламних вивісках, що виготовлені у формі кольорових газорозрядних трубок, «працює» тліючий газовий розряд, який виникає за низького тиску.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Назвіть основні види самостійних газових розрядів.

Основними видами самостійних газових розрядів є іскровий, коронний, дуговий та тліючий розряди.

2. Наведіть приклади іскрового газового розряду. За яких умов він виникає?

Прикладами іскрового розряду є блискавка, іскра між зарядженими кондукторами електрофорної машини, іскри під час знімання синтетичного одягу та розряд у запальних свічках бензинових двигунів. Іскровий розряд виникає за атмосферного тиску та великої напруги між електродами.

3. Назвіть основні правила безпеки, яких необхідно дотримуватися під час грози.

Під час грози необхідно дотримуватися таких правил:

• перебуваючи в полі, не можна бігти, натомість слід присісти, щоб не вивищуватися над місцевістю;
• у лісі не можна ховатися під високими деревами, а в полі — під поодинокими деревами чи копицями сіна;
• заборонено купатись у відкритих водоймах;
• якщо гроза застала в автомобілі, слід зачинити вікна та двері й перечекати негоду всередині;
• не можна запускати повітряного змія, оскільки мокра мотузка стає провідником електрики.

4. Що являє собою коронний розряд?

Коронний розряд — це самостійний газовий розряд, що виникає за атмосферного тиску в сильному, різко неоднорідному електричному полі поблизу гострих частин предметів і має вигляд слабкого фіолетового світіння у формі корони або пучків.

5. Які особливості дугового розряду забезпечили його широке застосування?

Широке застосування дугового розряду забезпечили такі його особливості, як надзвичайно висока температура іонізованого газу (від 4000 до 7000 °С) та випромінювання потужного сліпучого світла. Ці властивості дозволяють використовувати дугу для зварювання і плавлення металів, а також як потужне джерело світла в прожекторах.

6. За яких умов виникає тліючий розряд? Де його використовують?

Тліючий розряд виникає за низького тиску, який становить приблизно 0,01 мм рт. ст., та невеликої напруги на електродах. Його використовують у люмінесцентних лампах (лампах денного світла), рекламних газосвітних трубках, кольорових газорозрядних індикаторах та квантових джерелах світла — газових лазерах.

ВПРАВА № 5

1. Який вид самостійного газового розряду зображено на фото? Яке природне явище має такий самий вигляд?

На фото зображено іскровий газовий розряд. Природним явищем, що має такий самий вигляд, є блискавка.

2. Самостійний газовий розряд якого виду допомагає запобігти удару блискавки? Як це відбувається?

Запобігти удару блискавки допомагає коронний розряд. Він виникає на гострому краї блискавковідводу, завдяки чому електричний заряд не накопичується на будівлі, а поступово стікає з вістря в атмосферу, йонізуючи навколишнє повітря.

3. Який вид самостійного газового розряду описував давньоримський філософ і поет Луцій Анней Сенека (4 р. до н. е. — 65 р.), говорячи, що перед грозою «зорі ніби сходять із неба та сідають на щогли кораблів»?

Луцій Анней Сенека описував коронний газовий розряд, який також називають «вогнями святого Ельма».

4. Чому однією з умов виникнення тліючого газового розряду є низький тиск?

Низький тиск необхідний для того, щоб відстань між частинками газу була достатньо великою, аби електрони встигали розігнатися електричним полем і набути енергії, необхідної для ударної йонізації атомів, навіть у слабкому електричному полі.

5. Чому під час дугового газового розряду вугільні електроди із часом зменшуються в розмірах, при цьому анод зменшується швидше?

Під час дугового розряду електроди нагріваються до дуже високої температури, що спричиняє інтенсивне випаровування вуглецю з їхньої поверхні. Анод зменшується швидше, оскільки він бомбардується потоком електронів, які мають велику кінетичну енергію, внаслідок чого він нагрівається сильніше за катод.

6. Дізнайтеся, як було доведено, що блискавка має електричну природу; які вчені першими дослідили природу блискавки.

Електрична природа блискавки була доведена в середині XVIII століття за допомогою експериментів із вловлювання електричного заряду з грозових хмар. Першими природу блискавки дослідили американський учений Бенджамін Франклін, який провів експеримент із повітряним змієм у 1752 році, а також Михайло Ломоносов і Георг Ріхман, які проводили досліди з металевими стрижнями, виведеними на дахи будівель.

7. Скориставшись додатковими джерелами інформації, наведіть кілька прикладів шкідливої дії блискавки. Які правила поведінки під час грози ви додали б до поданого в параграфі переліку?

Шкідлива дія блискавки проявляється у виникненні лісових пожеж, руйнуванні будівель через термічну та механічну дію, виведенні з ладу ліній електропередач та електронних приладів, а також в ураженні людей і тварин електричним струмом. До переліку правил поведінки варто додати: вимкнути мобільні телефони, від’єднати електроприлади від мережі живлення, зачинити вікна та кватирки в приміщенні для уникнення протягів, а також уникати перебування поруч із металевими парканами, трубами та іншими довгими металевими об’єктами.