1. Электрический разряд в газах. Все газы в естественном состоянии не проводят электрического тока. В чем можно убедиться из следующего опыта: Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоского кон-денсатора и зарядим его. При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра не изменяется. Чтобы заметить уменьшение угла отклонения стрелки электро-метра, требуется длительное время. Это показывает, что электрический ток в воздухе между дисками очень мал. Данный опыт показывает, что воздух являет-ся плохим проводником электрического тока. Видоизменим опыт: нагреем воздух между дисками пламенем спиртовки. Тогда угол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, т.е. умень-шается разность потенциалов между дисками конденсатора – конденсатор раз-ряжается. Следовательно, нагретый воздух между дисками стал проводником, и в нем устанавливается электрический ток. Изолирующие свойства газов объясняются тем, что в них нет свободных электрических зарядов: атомы и молекулы газов в естественном состоянии яв-ляются нейтральными. 2. Ионизация газов. Вышеописанный опыт показывает, что в газах под влиянием высокой тем-пературы появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщеп-ления от атомов газа одного или нескольких электронов, в результате чего вме-сто нейтрального атома возникают положительный ион и электроны. Часть об-разовавшихся электронов может быть при этом захвачена другими нейтральны-ми атомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газов. Нагревание газа до высокой температуры не является единственным бом ионизации молекул или атомов газа. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешних взаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновских лучей, ?-, ?- и ?-лучей, возникающих при радиоактивном распаде, космических лучей, бомбардировки молекул газа быстро движущимися электронами или ионами. Факторы, вызывающие ионизацию газа называются ионизаторами. Количественной характеристикой процесса ионизации служит интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени. Ионизация атома требует затраты определенной энергии – энергии иониза-ции. Для ионизации атома (или молекулы) необходимо совершить работу про-тив сил взаимодействия между вырываемым электроном и остальными части-цами атома (или молекулы). Эта работа называется работой ионизации Ai. Величина работы ионизации зависит от химической природы газа и энергетического состояния вырываемого электрона в атоме или молекуле.
Для наглядности представим или нарисуем прямую AB, по которой движутся мальчики навстречу друг другу и плавает туда-сюда дельфин. Назовём каждое движение дельфина в одну сторону до момента поворота обратно - ХОДКА. Назовём мальчика, скорость которого = 1 км/ч - A. Назовём мальчика, скорость которого 2 км/ч - B. Пусть на старте первой ходки (когда расстояние между мальчиками = 1 километр), дельфин находится рядом с В... ... Скорость дельфина в 10 раз больше скорости A. Это значит, за первую ходку дельфин проплывёт в 10 раз больший путь, чем A, пока дельфин и A не встретятся... ...Мысленно делим прямую AB на 11 частей и видим, что к первой встрече А с дельфином A проплыл 1/11 километра, а дельфин 10/11 километра. Считаем: 1/11≈ 0,(09) км - проплыл за первую ходку дельфина А. Скорость В в 2 раза больше скорости А - значит он за то же время проплыл в 2 раза больше: 0,(09)×2≈ 0,(18) км 0,(09)×10≈0,(90)≈0,9 км проплыл дельфин за первую ходку. 1- 0,(09) - 0,(18) ≈ 0,73 км (730 метров) осталось между А и В после первой ходки дельфина... ... Скорость дельфина в 5 раз больше скорости В. Значит, пока В плывёт 1/6 часть от 0,73 км, дельфин проплывёт 5/6 от 0,73 км. А же проплывёт за тот же отрезок времени в 2 раза меньше В, то есть 1/12 от 0,73 км. Считаем: 0,73 : 6 ≈ 0,121(6) км проплыл В за вторую ходку дельфина. 0,73 : 6 × 5 ≈ 0,608(3) км проплыл дельфин за вторую свою ходку. 0,73 :12 ≈ 0,0608(3) км проплыл А за вторую ходку дельфина. 0,73 - 0,121(6) - 0,0608(3) ≈ 0,54757 км осталось между мальчиками после второй ходки дельфина... ...Третью ходку дельфин опять плывёт навстречу А, чья скорость в 10 раз меньше его скорости - значит оставшийся путь 0,54757 км нужно снова поделить на 11 частей, из которых 10 проплывёт дельфин, а одну А. Две одиннадцатых от 0,54757 проплывёт В. 0,54757: 11 ≈ 0,04977(90) км проплыл A за 3ю ходку 0,54757: 11 ×10 ≈ 0,4977(90) км проплыл дельфин за 3ю ходку 0,54757: 11 × 2 ≈ 0,09955(81) км проплыл В за 3ю ходку
0,54757 - 0,04977(90) - 0,09955(81) ≈ 0, 3982329 км осталось между А и В после третьей ходки дельфина. То есть - почти те самые данные в условии 400 метров. А значит, осталось сложить три расстояния трёх ходок дельфина, чтобы получить окончательный ответ на вопрос задачи. 0,9+ 0,608(3) + 0,4977(90) ≈ 2,0061 км ≈ 2 км плыл дельфин в целом от мальчика до мальчика и обратно, пока расстояние между мальчиками не стало 400 метров.
Все газы в естественном состоянии не проводят электрического тока. В чем можно убедиться из следующего опыта:
Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоского кон-денсатора и зарядим его. При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра не изменяется. Чтобы заметить уменьшение угла отклонения стрелки электро-метра, требуется длительное время. Это показывает, что электрический ток в воздухе между дисками очень мал. Данный опыт показывает, что воздух являет-ся плохим проводником электрического тока.
Видоизменим опыт: нагреем воздух между дисками пламенем спиртовки. Тогда угол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, т.е. умень-шается разность потенциалов между дисками конденсатора – конденсатор раз-ряжается. Следовательно, нагретый воздух между дисками стал проводником, и в нем устанавливается электрический ток.
Изолирующие свойства газов объясняются тем, что в них нет свободных электрических зарядов: атомы и молекулы газов в естественном состоянии яв-ляются нейтральными.
2. Ионизация газов.
Вышеописанный опыт показывает, что в газах под влиянием высокой тем-пературы появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщеп-ления от атомов газа одного или нескольких электронов, в результате чего вме-сто нейтрального атома возникают положительный ион и электроны. Часть об-разовавшихся электронов может быть при этом захвачена другими нейтральны-ми атомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газов.
Нагревание газа до высокой температуры не является единственным бом ионизации молекул или атомов газа. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешних взаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновских лучей, ?-, ?- и ?-лучей, возникающих при радиоактивном распаде, космических лучей, бомбардировки молекул газа быстро движущимися электронами или ионами. Факторы, вызывающие ионизацию газа называются ионизаторами. Количественной характеристикой процесса ионизации служит интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени.
Ионизация атома требует затраты определенной энергии – энергии иониза-ции. Для ионизации атома (или молекулы) необходимо совершить работу про-тив сил взаимодействия между вырываемым электроном и остальными части-цами атома (или молекулы). Эта работа называется работой ионизации Ai. Величина работы ионизации зависит от химической природы газа и энергетического состояния вырываемого электрона в атоме или молекуле.
Назовём каждое движение дельфина в одну сторону до момента поворота обратно - ХОДКА. Назовём мальчика, скорость которого = 1 км/ч - A. Назовём мальчика, скорость которого 2 км/ч - B. Пусть на старте первой ходки (когда расстояние между мальчиками = 1 километр), дельфин находится рядом с В...
... Скорость дельфина в 10 раз больше скорости A. Это значит, за первую ходку дельфин проплывёт в 10 раз больший путь, чем A, пока дельфин и A не встретятся...
...Мысленно делим прямую AB на 11 частей и видим, что к первой встрече А с дельфином A проплыл 1/11 километра, а дельфин 10/11 километра. Считаем:
1/11≈ 0,(09) км - проплыл за первую ходку дельфина А.
Скорость В в 2 раза больше скорости А - значит он за то же время проплыл в 2 раза больше: 0,(09)×2≈ 0,(18) км
0,(09)×10≈0,(90)≈0,9 км проплыл дельфин за первую ходку.
1- 0,(09) - 0,(18) ≈ 0,73 км (730 метров) осталось между А и В после первой ходки дельфина...
... Скорость дельфина в 5 раз больше скорости В. Значит, пока В плывёт 1/6 часть от 0,73 км, дельфин проплывёт 5/6 от 0,73 км. А же проплывёт за тот же отрезок времени в 2 раза меньше В, то есть 1/12 от 0,73 км. Считаем:
0,73 : 6 ≈ 0,121(6) км проплыл В за вторую ходку дельфина.
0,73 : 6 × 5 ≈ 0,608(3) км проплыл дельфин за вторую свою ходку.
0,73 :12 ≈ 0,0608(3) км проплыл А за вторую ходку дельфина.
0,73 - 0,121(6) - 0,0608(3) ≈ 0,54757 км осталось между мальчиками после второй ходки дельфина...
...Третью ходку дельфин опять плывёт навстречу А, чья скорость в 10 раз меньше его скорости - значит оставшийся путь 0,54757 км нужно снова поделить на 11 частей, из которых 10 проплывёт дельфин, а одну А. Две одиннадцатых от 0,54757 проплывёт В.
0,54757: 11 ≈ 0,04977(90) км проплыл A за 3ю ходку
0,54757: 11 ×10 ≈ 0,4977(90) км проплыл дельфин за 3ю ходку
0,54757: 11 × 2 ≈ 0,09955(81) км проплыл В за 3ю ходку
0,54757 - 0,04977(90) - 0,09955(81) ≈ 0, 3982329 км осталось между А и В после третьей ходки дельфина. То есть - почти те самые данные в условии 400 метров. А значит, осталось сложить три расстояния трёх ходок дельфина, чтобы получить окончательный ответ на вопрос задачи.
0,9+ 0,608(3) + 0,4977(90) ≈ 2,0061 км ≈ 2 км плыл дельфин в целом от мальчика до мальчика и обратно, пока расстояние между мальчиками не стало 400 метров.