Номер 3, страница 190 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 52. Электрический разряд в газах. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 3, страница 190.

3. В чём отличие тлеющего и дугового разрядов?

Тлеющий и дуговой разряды являются двумя основными типами самостоятельного газового разряда, но они существенно различаются по своим физическим характеристикам, условиям возникновения и внешнему виду. Основные отличия заключаются в следующем:

• Условия возникновения (давление, ток, напряжение):

  Тлеющий разряд возникает при низких давлениях газа (от долей до десятков Торр) и относительно небольших токах (от микроампер до единиц ампер). Для его поддержания требуется высокое напряжение (сотни и тысячи вольт).

  Дуговой разряд, напротив, характеризуется очень большими токами (от единиц до сотен тысяч ампер) и низким напряжением горения (десятки вольт). Он может существовать в широком диапазоне давлений, в том числе при атмосферном и выше. Дуговой разряд часто возникает из тлеющего при увеличении тока выше определенного предела.

• Механизм эмиссии электронов с катода:

  В тлеющем разряде основной механизм — это вторичная электронная эмиссия. Положительные ионы, ускоренные сильным полем у катода, выбивают из него электроны. При этом катод остается относительно холодным.

  В дуговом разряде доминирует термоэлектронная эмиссия. Катод под действием интенсивной бомбардировки ионами раскаляется до очень высокой температуры (тысячи градусов) и начинает испускать электроны, подобно нити накала в лампе. Это обеспечивает высокую плотность тока.

• Температура плазмы:

  Тлеющий разряд — это пример неравновесной («холодной») плазмы. В нем температура электронов ($T_e$) очень высока (десятки тысяч кельвинов), в то время как температура тяжелых частиц (ионов и нейтральных атомов, $T_g$) остается низкой, близкой к комнатной.

  Дуговой разряд — это равновесная («горячая») плазма. Температуры всех компонент плазмы (электронов, ионов, атомов) примерно одинаковы и очень высоки (несколько тысяч кельвинов).

• Внешний вид и плотность тока:

  Тлеющий разряд при низких давлениях заполняет почти весь объем разрядной трубки, имеет сложную структуру (темные и светлые области) и низкую плотность тока. Свечение обычно неяркое, «тлеющее».

  Дуговой разряд имеет вид очень яркого, ослепительного шнура (столба дуги), стянутого между электродами. Плотность тока в нем чрезвычайно высока, особенно в прикатодной области (катодном пятне).

• Применение:

  Тлеющий разряд используется в газоразрядных лампах (неоновые вывески, люминесцентные лампы), в газовых лазерах, для плазменного напыления и травления в микроэлектронике.

  Дуговой разряд применяется в электросварке, в дуговых сталеплавильных печах, в мощных источниках света (дуговые лампы, прожекторы), в плазмотронах для резки металлов.

Ответ:

Ключевое отличие тлеющего разряда от дугового заключается в механизме эмиссии электронов с катода и, как следствие, в плотности тока и температуре. В тлеющем разряде эмиссия происходит за счет выбивания электронов ионами с холодного катода (вторичная эмиссия), что приводит к малым токам, высокому напряжению и «холодной» плазме. В дуговом разряде катод раскален добела, и электроны испускаются за счет высокой температуры (термоэлектронная эмиссия), что обеспечивает огромные токи при низком напряжении и формирование «горячей», очень яркой плазмы.