При атмосферном давлении. - раздел Право, ГЛАВА III Электрическое смещение Остановимся Теперь На Случае Прохождения Электрического Тока Через Газ При Ат...
Остановимся теперь на случае прохождения электрического тока через газ при атмосферном давлении. Ради простоты предположим, что мы имеем дело с воздухом. Представим себе (рис. 134) некоторый генератор электрической энергии D, электродвижущая сила которого, сохраняя свое направление, может изменяться в самых широких пределах.
Допустим, что к полюсам этого генератора присоединены балластное сопротивление R и металлическая пластина В с одной стороны, и какой либо прибор А, служащий для измерения силы тока, и вторая металлическая пластина С с другой стороны. Между параллельно расположенными пластинами В и С находится воздух, который может быть ионизирован каким-либо агентом, например, рентгеновыми лучами. Представим себе, что расстояние между В и С сохраняется строго неизменным и что интенсивность ионизирующего агента остается постоянной. Меняя электродвижущую силу генератора D от нуля до необходимого высшего предела, мы можем наблюдать в цепи ток, сила которого будет зависеть от разности потенциалов U1-U2 между пластинами В и С. Сила этого тока вначале может быть настолько слаба, что для его измерения необходим исключительно чувствительный прибор. В дальнейших стадиях процесса разряда через газ между В и С сила тока в цепи иногда значительно возрастает, так что ее можно измерить обычным амперметром.
Опыт показывает, что при очень незначительных величинах разности потенциалов U1-U2 сила тока в цепи, будучи весьма, вообще говоря, малой изменяется прямо пропорционально этой разности потенциалов, т. е., следовательно, в данной стадии разряда соблюдается закон Ома, и соотношение между силой тока и разностью потенциалов характеризуется прямолинейной зависимостью. На рис. 135 эта стадия разряда представлена начальным участком кривой OFGHV.
При возрастании разности потенциалов, однако, эта прямолинейность нарушается, и ток растет все медленнее и медленнее, что на рис. 135 представлено соответствующим загибом кривой (колено F). Сила тока ассимптотически приближается к некоторому значению Is называемому током насыщения и сохраняющему свое значение даже при сравнительно весьма боль-
шом возрастании разности потенциалов. Стадия тока насыщения, представлена на рис. 135 горизонтальной частью кривой между коленами F и G. Как показывают исследования, стадия насыщения характеризуется тем, что при этом все ионы, образующиеся в объеме газа между пластинами В и С за некоторый промежуток времени, успевают принять полное участие в процессе тока, т. е. доходят за тот же промежуток времени до соответствующих электродов. Этим определяется наибольшая сила тока, которая может быть достигнута при данной скорости образования ионов в данном объеме совершенно независимо от разности потенциалов. Дальнейшее возрастание силы тока невозможно, пока сохраняется неизменной скорость образования новых ионов. Ток может усилиться только в случае, если увеличится интенсивность основного ионизирующего агента или выступит на сцену какой-нибудь дополнительный ионизирующий агент. Но мы знаем, что роль такого дополнительного агента может играть само электрическое поле между пластинами В и С, если сила его достаточно велика (см. § 78, пп. 5 и 7). И действительно, опыт показывает, что по достижении разностью потенциалов U1-U2 некоторого сравнительно большого значения сила тока в рассматриваемой цепи, несмотря на неизменность основного ионизирующего агента, начинает вновь возрастать, сначала медленно (колено G на рис.133), а затем все быстрее и быстрее, достигая иногда довольно больших значений. Эта стадия разряда обычно сопровождается заметным свечением газа и некоторым своеобразным шумом, более или менее равномерным и сравнительно тихим. Это и есть стадия так называемого тихого разряда. Вообще говоря, стадия тихого разряда сама по себе неустойчива, что объясняется очень быстрым возрастанием скорости образования новых ионов, так как каждый
новый ион быстро приобретает в сильном электрическом поле кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы при соударении его с нейтральной молекулой газа разбить ее на отрицательный ион (электрон) и положительный остаток. Образовавшиеся ионы в свою очередь расщепляют другие нейтральные молекулы, и тик далее процесс продолжается, развиваясь лавинообразно. Стадия тихого разряда может протекать более или менее устойчиво только в том случае, если в рассматриваемой обстановке имеются какие-либо ограничительные условия, например, условия, вызывающие уменьшение электрической силы между пластинами В и С, т. е. понижение разности потенциалов U1-U2 при возрастании силы тока в цепи. Это может произойти между прочим в случае достаточно большого внутреннего сопротивления генератора D или в случае достаточно большого значения балластного сопротивления R, специально добавляемого иногда в цепь с этою именно целью — не дать возможности току чрезмерно возрастать и тем нарушать устойчивость режима.
При недостаточности указанных выше ограничительных сопротивлений сила тока в цепи быстро возрастает и достигает некоторого предела, характеризуемого точкой Н на схематической диаграмме, изображенной на рисунке 135. За данным пределом наступает разрывной разряд (искра, молния), сопровождающийся иногда очень значительными тепловыми, световыми и звуковыми эффектами. Если при этом мощность генератора D недостаточна велика или если сопротивления в цепи слишком еще велики, процесс может закончиться искрой между пластинами В и С при одновременном мгновенном падении разности потенциалов U1-U2, что обусловливается сравнительно большим значением силы тока при искре. После прекращения искры разность потенциалов вновь возрастает, причем быстро проходятся предшествующие стадии разряда .и опять проскакивает искра и т. д. более или менее часто в зависимости от общих условий, характеризующих электрическую цепь. Если же генератор D обладает достаточной мощностью и сопротивления в цепи малы, высокая температура газа на пути искры и бомбардировка положительными ионами той части поверхности отрицательного электрода С, на которую падает искра, могут обусловить столь значительный нагрев этой части поверхности, что из нее начинают выделяться очень обильно термионы (см. § 78, п. 8), образующие мощный поток электронов, направляющихся к положительному электроду В. При указанных общих условиях накаленное состояние некоторой части поверхности электрода С обычно в дальнейшем может поддерживаться, и наступает заключительная стадия разряда—вольтова дуга. Этой стадии на рис. 135 соответствует точка V. При вольтовой дуге сила тока в цепи может достигать чрезвычайно больших значений по сравнению с тем, что соответствует режимам разряда в пределах от точки О до точки Н. В то же время разность потенциалов U1-U2 падает до практически очень небольшого значения (обычно порядка десятков вольт).
Все выше рассмотренные стадии процесса прохождения тока через газообразную среду имеют место, вообще говоря, не только при атмосферном, но и при более высоких и при более низких давлениях. Мы остановились сначала на случае атмосферного давления как потому, что при этом некоторые весьма характерные особенности обычно довольно отчетливо выражены, так и ввиду известного практического значения этого случая разряда через газы. Вместе с тем, как увидим ниже в параграфах 87 и следующих, в случаях очень малых давлений газа выявляются многие добавочные явления, которые все же укладываются в общие рамки схемы, представленной на рис. 135. Следует еще иметь в виду, что масштабы силы тока и разности потенциалов на схематическом рис. 135 могут быть самые разнообразные, и общий вид кривой может значительно изменяться в зависимости от обстоятельств. В частности, при атмосферном давлении в случае отсутствия специального ионизирующего агента, благодаря ничтожной величине естественной ионизации газа, стадии разряда, характеризуемые участком OFG, могут быть столь слабо выражены, что нам покажется, что этот участок сливается с осью абсцисс, а участок GH начинается непосредственно от этой оси (обычно в точке, соответствующей напряжению в несколько тысяч вольт), если мы примем масштабы наиболее пригодные для стадий разряда, характеризуемых участком GHV. С другой стороны, при очень высоких давлениях участок GHV может как бы совершенно отсутствовать. Для обнаружения его потребуются в этом случае исключительно большие напряжения. При очень малых давлениях газа, когда средняя длина свободного пути молекул будет сравнительно большая, роль электрического поля в качестве ионизирующего агента выступает на первый план. Благодаря этому при масштабе напряжений, пригодном для случая больших давлений, ветвь GH может оказаться расположенной весьма близко к оси ординат. Все это, конечно, нисколько не меняет значения и смысла общей характеристики разряда через газ, представленой на рис. 135 кривой OFGHV.
Все темы данного раздела:
Общая характеристика электромагнитных процессов.
В предыдущих главах мы коснулись одной стороны электромагнитных явлений, а именно, рассмотрели некоторые общие свойства магнитного потока и магнитного поля. Теперь сосредоточим наше внимание на др
Электрическое смещение. Основные положения Максвелла.
Известно, что между заряженными телами создается электрическое поле. Это поле деформирует диэлектрик, приводит его в некоторое напряженное состояние, называемое обычно электрической поляризацией
Мера электрического смещения.
Допустим, что мы имеем некоторый диэлектрик, и пусть действующая в нем в точке А электрическая сила Б направлена, как указано стрелкой (рис. 105).
Ток смещения.
Когда мы говорим об электрическом смещении, не следует, вообще говоря, смешивать этого понятия с электрическим током. Термин „электрическое смещение" мы должны понимать как меру деформации, п
Теорема Максвелла.
Представим себе замкнутую поверхность s, внутри которой как-либо распределены электрические заряды q1,q2, q3 и т. д. Пусть ds представля
Природа электрического смещения.
Максвелл в своих рассуждениях относительно электрического смещения совершенно не касается природы электричества и того, как надо понимать его движение. Все это не имеет значения в формальных постр
Формулировки.
Возвратимся к формулировке теоремы Максвелла:
Взяв от обеих частей этого равенства производную по s, получим:
Механическая аналогия.
Остановимся теперь на одной простой механической схеме с целью лучшего уяснения принципа замкнутости тока, а также для того, чтобы наглядно показать значение введенного Максвеллом в науку представл
Непрерывность тока в случае электрической конвекции.
Переход электричества из одного места в другое путем движения заряженных тел вообще и, в частности, заряженных элементарных частиц называется электрической конвекцией и представляет собою
Связь электрического поля с электромагнитными процессами. Область электростатики.
В самом начале предыдущей главы (§ 45) мы касались в общих чертах вопроса об электрическом поле и указывали, что его следует рассматривать как одну из сторон того основного электромагнитного проц
Закон Кулона и вытекающие из него определения и соотношения.
В настоящем параграфе мы даем краткую сводку основных определений и соотношений, относящихся к электрическому полю я вытекающих из закона Кулона. В первую очередь, конечно, напомним формулировку эт
Электродвижущая сила и разность потенциалов. Закон электродвижущей силы.
Рассмотрим в некотором электрическом поле две точки, А и В. Линейный интеграл электрической силы вдоль некоторого пути перехода от точки А к точке В, т. е.:
Электрическая деформация среды.
С точки зрения Фарадея и Максвелла, участие промежуточной среды в передаче электрических действий от одного наэлектризованного тела к другому, а также во всех вообще процессах, совершающихся в эл
Линии смещения.
Линиями электрического смещения, или просто линиями смещения называются такие линии, построенные в электрическом поле, все элементы которых совпадают по направлению с векторами
Трубка смещения.
Трубкою смещения называется объем диэлектрика имеющий форму трубки, образующими которой служат линии смещения.
Рассмотрим некоторую трубку смещения в промежутке между двумя наэлектр
Фарадеевские трубки.
В связи с тем, что было изложено в предыдущем параграфе об особых свойствах трубок смещения, оказывается целесообразным так подбирать размеры этих трубок, чтобы величина полного электрического сме
Фарадеевская трубка и количество электричества, с нею связанное.
В дальнейшем мы будем мыслить все электрическое поле заполненным фарадеевскими трубками. Совершенно подобно тому, как это было в случае магнитного поля в отношении магнитных линий, можно рассматри
Вторая формулировка теоремы Максвелла.
Так как электрическое смещение сквозь поперечное сечение фарадеевской трубки равно единице, то, следовательно, каждая такая трубка, пересекая некоторую поверхность, привносит в величину полного эл
Электризация через влияние. Теорема Фарадея.
Так называемая электризация через влияние, т. е. возникновение электрических зарядов на нейтральном до того проводящем теле в случае поднесения его к какому-либо другому заряженному телу, представл
Энергия электрического поля.
Выше было в достаточной степени выяснено (§§ 1 и 47), что, согласно воззрениям Фарадея и Максвелла, в пространстве, в котором существует электрическое поле, среда находится в особом вынужденном сос
Механические проявления электрического поля.
Механические взаимодействия, наблюдаемые в электрическом поле между наэлектризованными телами и формально описываемые при помощи закона Кулона, могут быть объяснены, с точки зрения
&nbs
Преломление фарадеевских трубок.
При переходе фарадеевских трубок (и вообще линий смещения) из одной диэлектрической среды в другую обычно мы имеем дело с изменением направления у самой поверхности раздела диэлектриков. Это явле
Электроемкость и диэлектрическая постоянная.
Допустим, что потенциал какого-либо проводящего тела есть U, а потенциалы всех других проводников, находящихся в электрическом поле, равны нулю. В этом случае между потенциалом данного тела
Свойства диэлектриков.
В заключение настоящей главы мы дадим краткий обзор некоторых основных свойств изолирующих материалов (диэлектриков):
а) Диэлектрическая постоянная e. Она является главной характе
Общие соображения о природе тока.
В настоящей главе мы в самых общих чертах ознакомимся с современным состоянием вопроса о природе электрического тока. Хотя вопрос этот по существу относится к области чистой физики, однако,
Движение электричества внутри проводников.
Шестьдесят лет тому назад, говоря об электрическом токе как о явлении кинетического характера, Максвелл не мог не отметить того обстоятельства, что он ничего больше не в состоянии сказать о природ
Участие электрического поля в процессе электрического тока.
Основная мысль Фарадея относительно роли проводника, по которому течет ток, заключается, как было отмечено в предыдущем параграфе, в том, что проводник служит своего рода осью, вокруг которой надле
Участие магнитного поля в процессе электрического тока.
Представление о механизме того процесса, который происходит в пространстве вокруг проводника с током и который органически связан с магнитным полем, можно получить из картины преобразо-
Общие соображения.
В предыдущей главе мыпознакомились с общей характеристикой того сложного электромагнитного комплекса, который воспринимается нами, как электрический ток. Мы видели, что основной
Ионизирующие агенты.
Ионизирующим агентом называется всякий физический деятель, обусловливающий ионизацию газа, или, в более широком смысле этого термина, всякий деятель, обусловливающий появление в данном объе
Заряд и масса иона.
Из сказанного в предыдущих параграфах следует прежде всего, что заряды, несомые положительными и отрицательными ионами, будучи обратными по знаку, должны быть тождественными по абсолютной величин
Влияние давления газа на характер разряда.
Общий характер явлений, наблюдаемых при прохождении электрического тока через газ, т. е. при так называемом разряде через газ, зависит от целого ряда обстоятельств, как это уже отчасти должно быть
Основные соотношения, характеризующие ток через газы.
Обратимся к схеме, изображенной на рис. 134, и допустим, что газ в промежутке между электродами В к С ионизируется некоторым неизменно действующим агентом, интенсивность которого будем хара
Тихий разряд. Корона.
Как уже было разъяснено выше (см. §§ 78, 81 и 82), стадия тихого разряда через газы возникает всякий раз, когда электрическая сила достигает такого значения, при котором начинается ионизация газа
Разрывной разряд.
Интенсивная ионизация газа под влиянием сильного электрического поля, характеризующая стадию тихого разряда, может, как мы знаем, завершаться разрывным разрядом, если только в системе нет ограниче
Вольтова дуга.
Мы уже имелислучай указывать выше (см. § 81), что при достаточной мощности генератора, питающего цепь, и при достаточно малом общем сопротивлении цепи — разряд через газообразную среду между двум
Дуговые выпрямители.
Дуговые выпрямители основаны на использовании неодинаковой роли положительного и отрицательного электродов вольтовой дуги. В то время, как положительный электрод играет пассивную роль в осн
Давлениях.
В случаях, когда стадия „тихого разряда" (см. § 81) имеет место в газообразной среде при достаточной степени разряжения (порядка 0,1 мм ртутного столба), с большой отчетливостью выявля
Прохождение электрического тока через пустоту.
Если в условиях опыта, о котором мы говорили в конце предыдущего параграфа, после достижения стадии развития катодных лучей при высоком разрежении газа мы будем продолжать откачивать газ, достига
Пустотные электронные приборы.
При практическом использовании накаленного катода для проведения электрического тока через пустотные приборы в настоящее время применяются самые разнообразные конструкции катода и самые разнообр
Основные положения Максвелла.
Настоящая глава посвящена изучению всякого рода динамических проявлений того электромагнитного процесса, который происходит в системе электрических токов. Мы будем при этом следовать пути, которы
Вторая форма уравнений Лагранжа.
Обоснование положения, что электрический ток есть явление кинетического характера, позволило Максвеллу дать стройное математическое исследование этого явления с помощью второй формы уравнений Лагра
Координатах.
Так как обобщенные координаты, как было выше указано, вполне определяют положение всех частей системы, то они должны быть связаны некоторыми зависимостями с декартовыми координатами всех точек сист
Выбор обобщенных координат для электродинамической системы.
Всякая электродинамическая система, вообще говоря, представляет собою совокупность проводящих цепей, по которым протекают электрические токи, т. е. механическую систему, совмещенную с системой эл
Энергия: пондеро-кинетическая, электрокинетическая и нондеро-электрокинетическая.
По аналитическому строению выражения для кинетической энергии (Т) электродинамической системы можно судить и о физическом характере этой энергии. В самом деле, выражение для кинетической эн
Общее обследование сил, действующих в электродинамической системе.
При наличии в системе процессов механических и электрических мы должны иметь в виду соответственно два рода сил: силы механические и силы электродвижущие. Если известна полная кинетическая энергия
Электрокинетическая энергия.
После общего обследования всех сил, могущих обнаруживаться в системе проводников с токами, сосредоточим наше внимание на электрокинетической энергии Te и рассмотрим более подробно
Электродвижущая сила самоиндукции.
Рассмотрим сначала простейшую систему, состоящую из одного проводящего контура (рис. 153).
Если к этому контуру п
Коэффициент самоиндукции.
Для количественного определения коэффициента самоиндукции некоторого контура мыможем воспользоваться любым из соотношений, характеризующих в той или иной степени электрокинетическ
Электродвижущая сила взаимной индукции.
Остановимся теперь на рассмотрении системы, состоящей из каких-либо двух проводящих цепей, по которым протекают электрические токи i1 и i2 (рис. 158).
Коэффициент взаимной индукции.
Совершенно подобно тому, что мы имели при определении коэффициента самоиндукции (см. соотношения 85 — 89 в § 99), и в случае количественного определения коэффициента взаимной индукции мы, вообще го
Индукции.
Обследуем теперь некоторые количественные соотношения между коэффициентами L1, L2 и М. Будем исходить из основного выражения для электрокинетической энер
Общие выражения для магнитных потоков, сцепляющихся с отдельными контурами системы.
Рассмотрим теперь самый общий случай системы из n электрических цепей. В этом случае, т. е. при наличии любого числа отдельных цепей, мы имеем:
Общие выражения для электродвижущих сил, индуктируемых в отдельных цепях системы.
На основании всего вышеизложенного мы можем, подводя итоги, написать ряд нижеследующих соотношений для электродвижущих сил, индуктируемых в отдельных цепях рассматриваемой системы:
Роль короткозамкнутой вторичной цепи.
При рассмотрении явлений самоиндукции и взаимной индукции мы видели, что величина полной ЭДС, возникающей в некотором проводящем контуре в качестве реакции на производимое изменение общих электрома
Действующие коэффициенты самоиндукции и взаимной индукции.
Выше было в достаточной степени разъяснено, что коэффициент самоиндукции цепи есть функция исключительно геометрических размеров контура данной цепи. Приведенные выше примеры подтверждают это поло
Электромагнитная сила. Общие соображения.
При анализе связи между кинетической энергией, присущей электродинамической системе, и силами, возникающими в такой системе, было получено (см, § 96) общее выражение для так называемой э
Условия возникновения электромагнитной силы.
Рассмотрим некоторый круговой контур (рис. 164), по которому идет постоянный ток, поддерживаемый с помощью внешнего источника.
Случай сверхпроводящнх контуров.
Для иллюстрации только-что сказанного рассмотрим некоторые случаи, когда токи в системе не сохраняются постоянными. В этом отношении особенный интерес представляют случаи сверхпроводящих цепей, соп
Случай контура с током во внешней магнитном поле.
Рассмотрим еще один пример, именно, движение контура во внешнем постоянном магнитной поле. Допустим, для простоты, что это поле создается постоянным магнитом NS (рисунки 167, 168, 169), а ко
Основная роль бокового распора и продольного тяжения магнитных линий.
Из рассмотренных нами примеров ясно, что все приведенные выше формулировки закона движений в электродинамической системе по существу являются именно лишь различными формулировками одного и того
Случай прямолинейного проводника во внешнем магнитном поле.
Однако, иногда применяется и другой подход к анализу и расчету сил, действующих в электромагнитных механизмах. Именно, иногда исходят из рассмотрения сил действующих на отдельный участок пр
Электромагнитные взаимодействия в асинхронном двигателе.
При совершенной справедливости формулировки, говорящей о стремлении всякого контура с током охватить наибольший внешний поток, интересно отметить, что в некоторых практических случаях это стремлен
Величина и направление электромагнитной силы в случае одного контура с током.
Рассмотрев физическую природу явления возникновения движений в электродинамической системе, обратимся к определению величины и направления электромагнитной силы в различных частных случаях.
Величина и направление силы электромагнитного взаимодействия двух контуров с током.
Рассмотрим теперь случай двух контуров, по которым протекают токи i1 и i2. Электрокинетическая анергия такой системы определяется выражением:
Контуров с током.
Обратимся к общему случаю системы, состоящей из произвольного числа контуров. Электрокинетическая энергия системы равна:
Электромагнитная сила, действующая на участок проводника с током, расположенный во внешней магнитном поле.
В тех случаях, когда вычисление внешнего потока, связанного с данным контуром, а следовательно, и определение приращения этого потока, оказывается затруднительным, удобнее пользоваться выражением,
Электромагнитное поле.
В главе III (§ 45) было уже указано, что явления электрического поля и явления магнитного поля ни в коем случае не следует рассматривать как совершенно самостоятельные совокупности явлений. Мы име
Основные уравнения электромагнитного поля.
Обратимся к выводу основных соотношений, характеризующих явления электромагнитного поля. Исходным пунктом этого вывода служат два соотношения, уже известные из предыдущих глав, именно? закон магнит
Распространение электромагнитной энергии.
Уравнения (133) и (134) по существу являются общим математическим выражением того факта, что при одновременном существовании взаимно связанных электрического и магнитного полей, т. е. при существов
Опытные данные, подтверждающие теорию Максвелла.
Переходя к вопросу об экспериментальном подтверждении установленных Максвеллом законов распространения электромагнитной энергии, следует отметить, что соответствующий опытный материал настолько ве
Опыты Герца.
Как уже сказано в предыдущем параграфе, экспериментальные подтверждения теории Максвелла представлены в настоящее время в виде всех достижений радиотехники таким количеством материала, что доказыва
Пойнтинга.
Вопрос о механизме распространения электромагнитных возмущений и связанного с этим движения электромагнитной энергии представляет глубокий интерес. На этом предмете останавливали свое внимание мно
Распространение тока в металлических массах. Поверхностный аффект.
В предыдущих параграфах настоящей главы были обследованы общие законы распространения электромагнитной энергии. Остановимся теперь на более детальном рассмотрении процесса движения энергии в прово
Размерности электрических в магнитных величин.
1. Всякое электрическое и магнитное количество может быть выражено при посредстве основных единиц длины, массы и времени и специальных коэффициентов — диэлектрической постоянной e и магнитной прони
Предметный указатель.
Абсолютная электромагнитная единица:
количества электричества 193,
коэффициента взаимной индукции 354,
коэффициента самоиндукции 342,343,
магнитного потока 47,
Новости и инфо для студентов