Сліпучим білим жаром пашить розплавлена ​​сталь. Вона нагріта до 1500 °. На поверхні Сонця температура близько 6000 °. Всі речовини при цій температурі знаходяться в газоподібному стані. Чи можна створити на землі температуру, в десятки разів перевищує видиму температуру поверхні Сонця?

Так, можна. І дуже простими засобами. У багатьох електротехнічних приладах конструкційні матеріали в роботі мають температуру в десятки тисяч градусів. І цю температуру вони витримують не який-небудь короткий момент, а тривало: години, місяці, роки. Багато хто з вас спостерігали роботу цих приладів, не знаючи про що панують в них космічних температурах. Речовина з температурою в десятки тисяч градусів знаходиться всередині скляних або металевих холодних судин. Ще одна цікава властивість має це розпечена речовина – 1 м3 його важить часто менше 1 м

Легко здогадатися, про якому матеріалі йдеться. Кубометр повітря цри атмосферному тиску і 0 ° важить 1,29 кг. Менше 1 г може важити кубічний метр сильно розрідженого газу.

Зріджені гази і пари металів застосовуються в якості провідників струму в приладах, які називаються іонними. У цих приладах розрідження не так велика, як в приладах з чисто електронним розрядом. Вакуум всередині іонних приладів невисокий.

Коли в іонному приладі рухається електрон, то він на своєму шляху зустрічає атоми! газу. Електрон стикається з ними, вибиває з них електрони, перетворює ці атоми в заряджені іони. Тому-то ці прилади і називаються іонними, в їх разрядном просторі крім електронів завжди присутні ще й іони.

До іонним приладів відносяться газосветние лампи, ртутні перетворювачі та багато інших.

Молекули всіх тіл знаходяться у невпинному русі і температура – мірило цієї енергії, енергії безустанно хаотичного руху. У повітрі, наприклад, при 20 ° молекули азоту і кисню мають середню швидкість в кілька сотень метрів в секунду.

Поняття температура можна прикласти не тільки до зборища нейтральних молекул, але й до зборища електронів та іонів, якщо тільки ці заряджені частинки рухаються так само хаотично, як молекули в газі, як мошки над ставком в тиху погоду.

Зарядженої частинки можна повідомити швидкість дією електричних сил. Чим більшу різницю напруг пройде заряджена частинка, тим більшу швидкість вона придбає, тим більшу енергію накопичить. Коли заряд частинки дорівнює заряду електрона, то, пройшовши різниця напруг всього лише в 1 в, вона буде мати такий же запас енергії, як атом газу, нагрітого до температури приблизно 7500 °. А при кімнатній температурі атом газу має середню енергію менше чотирьох сотих електронвольт.

Якщо є скупчення електронів та іонів, розігнаних до напружень в середньому 10 в, то цьому скупченню треба приписати температуру 75000 °.

Плазма

Суміш електронів та іонів в розрідженому газі називається плазмою. Вона утворюється, коли досить великий струм проходить через газ. З катода в плазму надходять електрони зі швидкостями до декількох десятків вольт. Втратили швидкість електрони витягуються з плазми анодом. Іони весь час утворюються в плазмі внаслідок ударів електронів про нейтральні атоми. Деякі атоми під ударами електронів приходять в збуджений стан і потім випускають надлишок своєї енергії у вигляді світлового випромінювання.

Електрони, іони і нейтральні атоми невпинно стикаються між собою в плазмі і обмінюються енергією. Але електричні .сіли весь час обурюють устанавливающееся рівновагу. Тому в плазмі різні частинки рухаються з різними швидкостями і мають різні запаси енергії. Найбільшу швидкість та енергію, а отже, найвищу температуру мають електрони. Температура електронів – це десятки тисяч градусів. Іони мають меншу середню енергію, і, отже, меншу температуру. А нейтральні атоми знаходяться в плазмі при ще більш низькій температурі.

Нарешті, є ще й четверта температура, температура стінок посудини, що містить в собі іонізований газ. Це найнижча з усіх пов’язаних з іонним розрядом температур.

У паровому котлі найвища температура – в топці, нижче – температура стінок сталевих трубок і ще нижче – температура води всередині трубок. У котлі різні температури знаходяться у віддалених; одна від одної зонах. В іонної ж плазмі частинки з різними температурами тісно перемішані.

Коли щільність газу мала, то різниця температур між електронами, іонами і нейтральними атомами велика.

Над входами метро, ​​у кіно-театрів, ресторанів, горять червоні і сині вогні реклам. У скляних трубках знаходиться неон або apron при тиску менше Vioo атмосфери. Щільність газу всередині газосвітних трубок мала. Електрони тут мають температуру в десятки тисяч градусів, а нейтральні атоми тільки в сотні градусів.

Чим більше щільність газу, в якому відбувається електричний розряд, тим більше зіткнень з нейтральними атомами зазнають електрони і іони під час свого руху в розрядному просторі. І тим більше зближуються між собою температури іонів, електронів і центральних атомів.

Фіг. 2-3. Поздовжній розріз сучасного газотрона.

Показаний прилад, який пропускає струм до .0 а й вь доживає оогатное напруга до 20 000 в. На дні скляного балона газотрона лежить крапля ртуш і тому балон газотрона заповнений ртутного парою. Його тиск при кімнатній температурі менше однієї мільйонної атмосферного тиску. Коли на аноді газотрона напруга позитивно, то електрони, що випускаються катодом, іонізують ртутний пар. Простір між анодом і катодом газотрона заповнюється іонної плазмою, яка проволгг струм. Плазма містить збуджені атоми ртуті і тому випускає видиме світіння Але в газотроні, зображеному на цьому малюнку, світіння не повинно бьть видно. Анод тут повністю охватьваег катод, і при нормальній роботі плазма не повинна виповзати за межі анода. Якщо ж з-під анода з’являється блакитне світіння і заповнює собою весь балон, значить катод газотрона виснажився і падіння напруги в газотроні зросла. При нормальній роботі падіння напруги в газотроні не залежить ‘від сили проходить через нього струму й не перевищує 15 в. Коефіцієнт корисної дії цього приладу при випрямленні високих напруг більше 99%. Термін служби більше 10 000 годину.

В електричній дузі, яка горить при атмосферному тиску, температура електронів та іонів – кілька тисяч градусів, а температура нейтральних атомів трохи менше.

Чи неправда, це звучить досить дивно, що в дузі, яка плавить і спалює самі жаростійкі матеріали, іони і електрони «холодніше», ніж в газосвітної трубці або в газотроні (фіг. 2-3), стеклянйие балони яких трохи теплі навпомацки. У каналі розряду блискавки температура електронів та іонів менше, ніж в блакитному хмарці, яке видніється між катодом і анодом газотрона.

В електронно-іонної плазмі висока температура окремих частинок поєднується з їх дуже малою концентрацією. Загальна кількість енергії, укладеної в одиниці об’єму плазми, мізерно.

Щоб виробляти сильний вплив, потрібна не тільки висока температура окремих частинок, але і їх велика кількість. Тому залишаються холодними електроди і скляний балон, що оточують іонний розряд в розріджених газах. І більш високі, ніж в електронній плазмі, температури виникають невпинно навколо нас, навіть усередині нас і залишаються непоміченими. При ядерних реакціях, наприклад, температури вимірюються багатьма мільйонами градусів. Коли розпадається значна кількість ядер урану U-235 або плутонію – це вибух, який спалює все навколо. Але під ударами космічних променів весь час розпадаються окремі одиничні атоми в земній атмосфері, в людських тілах, у всіх предметах. Ці реакції йдуть в малому масштабі і навколишнє матерія залишається холодною.

Електронно-іонну плазму можна помістити на графіку фіг. 2-1 серед інших провідників та ізоляторів. Вона розпливається по всьому графіком, як туман. Поняття «питомий опір плазми» – це щось невизначене, розпливчасте.

При деяких умовах електронна плазма проводить струм так само добре, як і метали. І щільність струму в плазмі допускають іноді навіть більшу, ніж в металевих провідниках. В розрядному стовпі газосвітних ламп високого тиску щільність струму буває в десятки ампер на квадратний міліметр.

В інших випадках плазма має характеристики напівпровідника. Щільності струму в ній – менше міліампера на квадратний сантиметр.

Високо в атмосфері знаходиться шар іонізованних газів, шар своєрідною плазми. Вірніше, це навіть не один шар, а декілька.

І висота цих шарів, і концентрація заряджених частинок в них змінюються протягом доби. Іонізація сильно залежить від сонячної радіації. У цих шарах розігруються північні сяйва – різновид безелектродних розрядів. Ці шари визначають умови розповсюдження радіохвиль. Довгі хвилі йдуть, як в коридорі між поверхнею землі і іонізованним шаром атмосфери. Короткі радіохвилі поширюються у вигляді променів. Вони відбиваються від іонізованої оболонки стратосфери, як від дзеркала, переломлюються в цій оболонці. Зміни в стані цієї оболонки викликають коливання сили радиоприема, завмирання і зникнення радіосигналів. Небесні промені (т. Е. Ті, що відбилися від іонізованого шару) взаємодіють з земними. Небесний і земний промені то складаються, посилюючи прийом, то віднімаються, викликаючи завмирання.

При деяких умовах радиолуч може пробити невидиму електромагнітну броню землі і безповоротно піти в міжпланетний простір.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M