Лаурети Нобелівської премії (1900 — 2010 рр.)

 


Лаурети Нобелівської премії (1900 — 2010 рр.)

Нобелівська премія з фізики, 2000-і
Рік Лауреат Країна Обґрунтування
2000 Zhores Alferov.jpg Жорес Іванович Алфьоров Росія «За розробки в напівпровідниковій техніці».
Герберт Кремер Німеччина
Джек Кілбі США «За дослідження в області інтегральних схем».
2001 Ерік Корнелл (праворуч) і Карл Віман (ліворуч) Ерік Корнелл США «Досягнення у вивченні процесів конденсації Бозе-Ейнштейна в середовищі вироджених газів і за початкові фундаментальні дослідження характеристик конденсатів».
Карл Віман США
Ketterle.jpg Вольфганг Кеттерле Німеччина
2002 Raymond Davis 1978.jpg Раймонд Девіс молодший США «За створення нейтринної астрономії».
Масатосі Косіба Японія
RiccardoGiacconi.jpg Ріккардо Джакконі США «За створення рентгенівської астрономії й винахід рентгенівського телескопа».
2003 Abrikosov in a lecture.jpg Олексій Олексійович Абрикосов Росія, США «За створення теорії надпровідності другого роду та теорії надплинності рідкого гелію-3».
Виталий Лазаревич Гинзбург.jpg Віталій Лазарович Гінзбург Росія
Anthony James Leggett.jpg Ентоні Леггет Великобританія, США
2004 David Gross cropped.JPG Девід Гросс США «За відкриття асимптотичної свободи у теорії сильних взаємодій».
Девід Політцер США
FrankStockholm2004.jpg Франк Вільчек США
2005 Roy Glauber Dec 10 2005.jpg Рой Глаубер США «За внесок в квантову теорію оптичної когерентності; за внесок у розвиток лазерної високоточної спектроскопії і техніки прецизійного розрахунку світлового зрушення в оптичних стандартах частоти»
Джон Голл США
Theodor W Haensch.jpg Теодор Генш Німеччина
2006 John-C-Mather.jpg Джон Матер США «За відкриття анізотропії і чорнотільної структури енергетичного спектру космічного фонового випромінювання».
George Smoot.jpg Джордж Смут США
2007 Albert Fert at EP2DS 2007 in Genua PICT5745.jpg Альбер Фер Франція «За відкриття ефекту гігантського магнетоопору»
Peter Gruenberg 01.jpg Петер Грюнберг Німеччина
2008 Mkobayashi.jpg Макото Кобаясі Японія «За встановлення походження симетрії, що передбачає існування в природі щонайменше трьох сімейств кварків»
Masukawa.jpg Тосіхіде Масукава Японія
YoichiroNambu.jpg Йоїчіро Намбу США «відкриття механізму спонтанного порушення симетрії на субатомному рівні»
2009 Charles K. Kao cropped 2.jpg Чарлз Куен Као Гонконг, Великобританія, США «За революційні відкриття стосовно передачі світла оптоволоконними лініями для оптичного зв’язку»
Nobel Prize 2009-Press Conference KVA-23.jpg Віллард Бойл Канада, США «За винахід напівпровідникової схеми для отримання зображень — ПЗЗ-сенсора»
Nobel Prize 2009-Press Conference KVA-24.jpg Джордж Сміт США

2010-і

Нобелівська премія з фізики, 2010-і
Рік Лауреат Країна Обґрунтування
2010 Geim.jpg Андрій Гейм Нідерланди «за експерименти з двовимірним матеріалом графеном».
Костянтин Новоселов Росія

Фізики створили широкодіапазонний плащ-невидимку.
Технологія невидимості


Технология невидимости

Фрактальна антена, розроблена фізиком Натаном Кохен (Nathan Cohen), дозволить створення технології, яка, у свою чергу, стане основою для створення плаща-невидимки, здатного працювати в широкому діапазоні електромагнітного випромінювання, і його можна буде з легкістю «включати» і «виключати ». Крім вищевказаного, технологія фрактальних антен дозволить бачити з боку об’єкта, захованого під саваною невидимості. Ця властивість робить цю технологію унікальною в своєму роді, адже всі раніше винайдені технології «засліплювали» захований під невидимістю об’єкт.


Фрактальная антенна


Фрактальна антена

Нова технологія невидимості базується на фрактальних (рекурсивних) антенах, які розташовуються по всій поверхні приховуваного об’єкта. І чим щільніше розміщуються антени на поверхні, тим забезпечується більший рівень невидимості. У ході проведених експериментів вдавалося забезпечити і низький рівень невидимості, при якому предмет був невидимий, але спотворював проходить світло, приблизно як у кінофільмі «Хижак». При більш високого ступеня щільності антен була досягнута повна невидимість приховуваного об’єкта.


Принцип действия технологии невидимости


Принцип дії технології невидимості

На жаль, і в цієї нової технології теж є недолік, технологія поки що не працює в області видимого світла. Але вчені, які працюють над фрактальними антенами, збираються ввести елемент регулювання, який дозволить «на льоту» змінювати характеристики антен, і, значить, діапазон випромінювання, в якому приховуваний об’єкт буде невидимий. Після цього, вони сподіваються перекрити цією технологією і діапазон видимого світла.

Але вчені вважають створення технології візуальної невидимості своїм головним завданням. Основними напрямками нової технології, на їхню думку, повинні стати галузі охорони і безпеки, телекомунікацій, енергетики.

Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Електродвигун постійного струму.

Мета: дослідити дію магнітного поля на провідник зі струмом; розвивати вміння учнів встановлювати взаємозв’язки явищ на прикладі магнітних і електричних явищ-розвивати спостережливість учнів.
Обладнання: обладнання для демонстрації дії магнітного поля на провідник зі струмом, джерело струму, електродвигун (модель).

Хід уроку

І. Самостійна робота (15-20 хв).
Картка №1.
1. Маємо два однакові зовні стержні. Один із них намагнічений. Як без сторонніх приладів визначити, який саме?
2. На мал. 1 зображено магнітне поле штабового магніту. Визначити полюси магніту.
3. Є дві однакові за розмірами котушки, одна з нікелінового дроту, інша—з мідного. їх почергово приєднують до одного і того ж джерела струму. Яка з котушок створює сильніше магнітне поле?

Картка №2.
1. Що станеться зі штабовим магнітом, якщо його розпиляти на дві рівні частини?
2. Визначити полюси магніту, зображеного на мал. 2.
3. Визначити полюси електромагніту, зображеного на мал. 3.

Картка №3.
1. У пляшку з олією випадково потрапила голка. Як її вийняти, не виливаючи олії?
2. Визначити полюси підковоподібного магніту, зображеного на мал. 4.
3. Чи правильно зображено положення стійкої рівноваги магнітної стрілки між полюсами електромагніту? (див. мал. 5).

мал.5
Картка №4.
1. Яким способом можна відокремити залізні ошурки від мідних?
2. Як розташується магнітна стрілка в точці А магнітного поля штабового магніту? (Мал. 6).
3. Визначте полюси електромагніту, зображеного на мал. 7.

II. Оголошення теми і мети уроку.
III. Вивчення нового матеріалу.

1. Слово вчителя.
На попередніх уроках ми пересвідчилися в тому, що провідники зі струмом, як і постійні магніти, мають свої магнітні поля. Тому провідник зі струмом має діяти своїм магнітним полем на постійний магніт, а постійний магніт має діяти своїм магнітним полем на провідник зі струмом, точніше, на рухомі електричні заряди.
Перевіримо це на дослідах. Уважно простежте за всіма варіантами демонстрацій.
2. Демонстрування дослідів.
Дослід1. Виявлення дії магнітного поля на провідник зі струмом



Дослід 2. Демонстрування залежності напряму сили Ампера від напряму струму в провіднику.



Дослід 3. Залежність напряму сили Ампера від розташування полюсів магніту.



Дослід 4.Дія пари сил на рамку зі струмом, розташовану в магнітному полі.



 

IV. Закріплення вивченого на уроці.
1. Використовуючи правило лівої руки, визначте напрям сили Ампера у випадках, зображених на мал. 9 і мал.10.

2. Сформулюйте задачу і розв’яжіть її для випадків, зображених на мал. 11 і мал. 12.

мал. 11

 

 


 

Багдадська батарейка

 

 

 

Багдадська батарейка – загадковий месопотамский артефакт парфянского й сасанидского періодів, який слідом за Вільгельмом Кенигом – директором Національного музею Іраку – іноді розцінюють у якості античних гальванічних елементів, створених за 2000 років до народження Алессандро Вольта

 

 

 

Коли археологи наткнулися на батарейку, то припустили, що це звичайний глиняний горщик для зберігання масла, але ця теорія незабаром відпала, тому що артефакт містив мідний прут зі слідами кислотної корозії. Батарейка, заповнена кислотою або лугом, могла створити електричний струм напругою в один вольт.

 

 

 

Обладнання, можливо, використовувалися, щоб наносити гальванічне покриття із золота на статуетки й інші вироби. Приміром, у Багдадському музеї є посріблені вази, датовані 2500 г. до н.е., срібло на вази приблизно було нанесено електролітичним методом

В сфері нових технологій

Безумовно, дуже багато наукових розробок, нові відкриття, вірніше їх  практична реалізація, досить цікаві в плані перспектив використання в майбутньому. В цьому матеріалі ми пропонуємо розглянути нові альтернативи вже існуючим продуктам та розробкам.

Досить цікаві новинки на основі нових технологій з’явилися в сфері дисплеєбудування. Плазма і LCD давно стали звичним і повсякденними, подібно побутовим електроприладам. Нові технології OLED і FED, які використовується при створенні пристроїв відображення інформації (дисплеїв), вже ввійшли в плани відомих фірм-виробників. Зараз розглянемо OLED технологію, а потім повернемося до можливостей і пріоритетів FED технології, яка не менш цікава.

OLED технологія – являє собою використання тонкоплівкових світлодіодів, в яких в якості випромінюючого шару застосовуються органічні сполуки. Дана технологія дозволяє створювати дисплеї, монітори винятково тонкими, компактними і легкими, з малою споживаною потужністю (3 — 10 В), широким кутом огляду (більше 160°), низькою собівартістю (вимагають меншої кількості технологічних операцій), і при цьому маючи високу роздільну здатність, яскравість і контрастність. Враховуючи наявність таких переваг, у порівнянні із РК-панелями і LCD, дисплеї наступного покоління – це монолітний тонкоплівковий напівпровідниковий прилад (складається з ряду тонких органічних плівок, які знаходяться між двома тонкоплівковими провідниками).OLED-дисплей випромінює світло, коли до нього прикладена напруга і має широкий діапазон робочих температур (від -10 до +70°C) та малий часом запізнювання (приблизно 10 мкс), що дозволяє широко застосувати дану технологію. Оскільки для РК-дисплеї низькі температури впливають несприятливо, то потрібен підігрів основи, виходить, запропоновані нові технологічні підходи знову більш привабливі.

Залежно від різноманіття органічних сполук, які використовуються в продукті, визначається різноманіття кольорової гами і інтенсивність випромінювання дисплея. Знаючи, що будь-яка органіка досить чутлива до вологи, прилади OLED вимагають повної герметизації. Очікується, що ринок OLED-дисплеїв виросте до 2010 року.

Відповідно до інформації наших закордонних колег, в планах Samsung, Toshiba і Qisda (Ben) заміна РК на OLED у всіх застосуваннях. Samsung орієнтується в 2008р на масовий випуск OLED-дисплеїв з діагоналями від 3.5 до 7 дюймів для UMPC (ультрапортативних комп’ютерів), в 2009р — OLED-панелей великих розмірів: 14, 15 і 21 дюйм для ноутбуків і моніторів настільних комп’ютерів. А в 2010 Samsung обіцяє почати виробництво 40- і 42-дюймових OLED-дисплеїв високої роздільної здатності (Full HD). На 2012 рік намічена поява гнучких OLED-дисплеїв!

Поки компанія Samsung планує, компанія Toshiba вже робить і випускає 22 дюймовий монітор WQUXGA c гігантською роздільною здатністю 3840 x 2400.

Та і взагалі, на ринку Японії вже є перші у світі моделі з WQUXGA-монітором, наприклад — від компанії ADTX вартістю $1700. Крім того, на минаючій зараз виставці Inter BEE 2007 по інформаційних технологіях (у Японії) вже запропоновано компанією Kinoton 360° ОLED-дисплей

Така прозора новинка складається з 600 трьохколірні ОLED панелей, які дозволяють створити суцільну кругову панораму з роздільною здатністю 600×800, або 600 x 1200, або 800 x 2400 і швидкістю відновлення 12-13 кадрів у секунду (невелика швидкість, але для першого у світі екземпляра непогано). Незвичне відчуття, коли з усіх боків можна побачити зображення, здатне змінюватися в будь-яку секунду, отримуючи сигнал від комп’ютера, приєднаного через VGA і DVI роз’єми. І, звичайно ж, якщо у вас у кишені випадково завалялися $64 458, то можете стати власником «органічного флуоресцентного матеріалу».

Не менш цікава і більше перспективна FED-технологія на основі вуглецевих нанотрубок. Планується об’єднати характеристики променевих трубок і плазмових панелей в FED панелях майбутнього. Позаду кожного пікселя в FED дисплеї знаходиться безліч нанотрубок. На відміну від плазмових екранів, новинки будуть мати більш швидкий час відгуку, що дасть можливість взагалі забути про такий ефект, як помутніння зображення, яке швидко рухається, і явище «битих пікселей» (навіть якщо 20% нанотрубок відмовляться працювати), чого не можна уникнути в LCD екранах.

Оскільки ланцюг нанотрубок створений з вуглецю (найпоширенішого і дешевого у використанні), то собівартість виробництва будь-якої продукції на основі цієї нової технології дуже мала, що досить приємно і перспективно в наш час.

Нановуглеводне майбутнє електроніки, на основі нової нановуглеводної технології досить велике, оскільки ще дає можливість створення недорогих і ефективних сонячних батарей, бази перспективних магнітних накопичувачів і змінює майбутнє наших акумуляторів для всього у світі, але про це детальніше трохи нижче. Тепер розкриємо секрети створення і появи даної технології.

Основним структурним елементом є нанотрубка — це протяжний об’єкт, що складається з наноскопічних «кульок» фуллеренів. Сам ж «кулька» фуллерен складається з атомів вуглецю і має масштаби 1 нм, що значно менше в порівнянні з електронікою, яка зараз нами використовується і має бар’єр 1 мкм — 100 нм (0,1 мкм).

Нанотрубки можуть бути одношарові і багатошарові, залежно від того, які властивості ми бажаємо мати. Дана вуглецева структура має вектор, який визначає напрямок «закручування» площини навколо осі циліндра нанотрубки. Його можна змоделювати, отже, задати електропровідність, тобто керувати концентрацією носіїв заряду p-p- або n-типу. Виходить, маємо цілком прийнятну альтернативу на заміщення кремнієвих технологій.

Залежно від напрямку вектора, нанотрубки, маючи здатність проводити електричний струм, можуть бути як провідниками, так і напівпровідниками (леговані металами), і надпровідниками (при гелієвих температурах). Отже, досить зненацька «відкрилися двері» для застосування молекул як компонентів електроніки. Крім того, можна комбінувати вуглецеві нанотрубки, надаючи задуману форму, наприклад, Y-подібну одношарову — це готовий польовий транзистор з затвором, витоком і стоком.

Більш важливими в наноелектроніці є одношарові нанотрубки, синтезуючи які, можна задати ряд необхідних властивостей. Наприклад, ті, що мають звичайні напівпровідників, і таким чином, вони можуть бути відповідною заміною для напівпровідникових транзисторів (заміщаючи матеріали з кремнію, германію, арсеніду і нітриду галію).

Створено наномікронний молекулярний транзистор, який міститься в будь-яких обчислювальних системах, а також споживає менше електроенергії і більш швидкий.

На сьогоднішній день межею для транзисторів є розмір 45 нм (новий техпроцес, по якому Intel нещодавно запропонувала 16 моделей процесорів Penryn, але про це піде мова трохи нижче). У той час, як нанотрубки мають одиниці нанометрів і можуть бути дуже компактним структурним компонентом для чіпів майбутнього.

Цікаво відзначити, що єдиним власником прав на комерційне використання нанотрубок є корпорація NEC, яка планує випустити на ринок першу мікросхему на вуглецевих нанотрубках. Очікується, що перша мікросхема на їх основі повинна вийти у продаж вже в 2010 році.

Більше перспективним напрямком і, що важливо, підхопленим більшістю великих компаній, є використання донорно-акцепторних зв’язків вуглецевого ланцюга нанотрубок (фуллеренів). Здатність структури «приймати» умовні стани «вкл.» або «викл.» за допомогою двох атомів водню, оскільки вуглець в органічній хімії завжди чотирьохвалентний (молекулярна логіка).

Ці вільні зв’язки необхідні для створення, наприклад, недорогих і ефективних сонячних батарей, а якщо провести процедуру впровадження у внутрішню оболонку атомів хрому або заліза, то отримаємо елементарний логічний елемент, здатен функціонувати без руйнування молекулярної структури та бути базою перспективних магнітних накопичувачів. Безумовно, до появи першого «нановінчестера» пройде певний час, необхідний для оптимізації способів синтезу і методик інтеграції молекулярної логіки в готові пристрої і в напрямку зниження собівартості.

Раціональними і привабливими є нові технології по виробництву центральних процесорів — 45-нм і 32-нм техроцес, зберігаючи можливість подальшого вдосконалювання (розробляються 22-нм і 16-нм техпроцеси). Нещодавно здійснено компанією Intel перехід на 45-нм техроцес, що дозволило збільшити продуктивність і зменшити площу ядра, досягти низьке споживання потужності, зниження тепловиділення при навантаженні на ¼  і в стані спокою на ½, у порівнянні з 65-нм попередниками. Крім того, використовуються в стані спокою технології енергозбереження (Enhanced Intel SpeedStep, Enhanced Halt State (C1E)).

45-нм техроцес — це збільшення кількості транзисторів з металевим затвором на 250 млн і зменшенням площі ядра на 25%, використання шару діелектрика на основі з матеріалу з високим значенням діелектричної константи ( high-k).

Прикладом слугують поки єдині представники, нещодавно випущені по новому 45-нм техроцесу компанією Intel, 16 моделей процесорів Penryn, з яких 13 — чотириядерні , 3 — двоядерні. Пропонуємо подивитися  плани у реалізації нових технологій, де кожен перехід на новий процес зменшує розміри ядра.

Очікується, що в 2010р вже будуть запропоновані процесори на новому 32-нм техпроцесі, маючи назву Nehalem/Sandy Bridge 2 Cores, 4Cores, 8Cores.  При таких темпах зниження собівартості виробництва багатоядерних процесорів в 2012-2013 роках (відзначено стрілками на зображенні) з’являться бюджетні чотириядерні процесори (зона Value пофарбована жовтим кольором), для восьмиядерних процесорів такий рубіж буде досягнуто не раніше 2014 року. Далі цього вони не просунуться через те, що зараз невигідно інтегрувати графічне ядро в монолітний кристал.

Враховуючи потреби у переході на більш компактні і дешеві ядра, перші процесори Nehalem з інтегрованим графічним ядром виходять шляхом «склеювання» кристалів в одній упаковці. І тільки з переходом на 32 нм технологію інтегрувати графічне ядро в монолітний кристал стане вигідніше.

Також залишаються досить привабливими і дріб’язки нашого життя, які оптимізуючи його, додають зручність і раціональність.  Нещодавно здивував корейський виробник FILS, впровадивши нову технологію PVDF у своє виробництво, і створивши плівкові динаміки нового покоління. PVDF  — полягає в тому, що на найтоншу прозору плівку з полівінілденфториду тонко нанесена п’єзоелектрична речовина. Цей матеріал випромінює звук в усіх напрямках, його можна звертати в рулон і складати як звичайний папір або щільну ковдру, причому, його прозорість і структура дозволяють нанести будь-яке зображення на поверхню, або надати який завгодно вигляд як за формою так і за кольором. Вже існує готова продукція, наприклад, у вигляді ковдри. Схоже, класичні колонки зустріли явного конкурента, щоправда, якість видаваного звуку поки не характеризується.

Крім того, думка дизайнера по перетворенню плівкових динаміків може не мати межи, дивуючи і виконуючи бажання споживачів. Той же матеріал пропонується у вигляді човна з вітрилами.

Цікаво відзначити, що вже існує м’яка клавіатура з тканини, яку можна взяти куди завгодно, згорнувши як хусточку та піти далі, крім того, її можна прати. Звичайно, попередньо потрібно вийняти дві батарейки ААА.

Вона на 100% виконана із тканини, вагою 68г, підтримує технологію Bluetooth. Приємна альтернатива вже існуючим переносним пристроям введення для власників КПК і смартфонів.

Розглянувши досить цікаві нові моменти і події нашого техно-життя, можемо сказати, що вони також плавно і неминуче перейдуть незабаром з майбутніх нововведень у день вчорашній. Що ж, нові технології не дадуть скучити, постійно дивуючи новою продукцією, новими підходами, оптимізуючи вже існуюче і змінюючи умови життя. Оскільки «наносвітом» електроніки ми тільки-но почали опановувати і він є досить перспективним, очікується чимало ключових подій, про які ми вас проінформуємо в майбутніх матеріалах.

 

 

Фактори, що впливають на результат ураження людини електричним струмом

 

Фактори, що впливають на результат ураження людини електричним струмом

 

Сила струму. Зі зростанням сили струму небезпека уражання ним тіла людини зростає. Розрізають порогові значення струму (при частоті 50 Гц):

  • пороговий відчутний струм — 0,5-1,5 мА при змінному струмі й 5-7 мА при постійному струмі;
  • пороговий невідпускний струм (струм, що викликає при проходженні через тіло людини нездоланні Судомні скорочення м’язів руки, у якій затиснений провідник) — 10-15 мА при змінному струмі й 50-80 мА при постійному струмі;
  • пороговий фібриляційний струм (струм, що викликає при проходженні через організм фібриляцію серця} —100 мА при змінному струмі й 300 мА при постійному струмі.

Опір тіла людини проходженню струму.

Електричний опір тіла людини — це опір струму, який проходить по ділянці тіла між двома електродами, прикладеними до поверхні тіла. Він складається з опору тонких зовнішніх шарів шкіри, які контактують з електродами, і з опору внутрішніх тканин тіла.

Вид та частота струму

Змінний струм. Наявність в опорі тіла людини ємнісної складової зростання частоти прикладеної напруги супроводжується зменшенням повного опору тіла та зростанням струму, що проходить через тіло людини.
Постійний струм.

Постійний струм приблизно в 4-5 разів безпечніший, ніж змінний струм частотою 50 Гц. Цей висновок випливав з порівняння значень порогових невідпускаючих струмів (50-80 мА для постійного та 10-15 мА для струму частотою 50 Гц) і гранично витримуваних напруг: людина, тримаючи циліндричні електроди в руках, в змозі витримати (за больовими відчуттями) прикладену до неї напругу не більше 21-22 у при 50 ГЦ і не більше 100-105 В для постійного струму.

Постійний струм, проходячи через тіло людини, викликає слабші скорочення м’язів і менш неприємні відчуття порівняно зі змінним того ж значення. Лише в момент замикання і розмикання ланки струму людина відчуває короткочасні болісні відчуття внаслідок судомного скорочення м’язів. Порівняльна оцінка постійного та змінного струмів справедлива лише для напруги до 500 В.

Вважається, що при більш високих напругах постійний струн стає небезпечнішим, ніж, змінний з частотою 50 Гц. Тривалість проходження струму через організм істоти о впливає на наслідок ураження: зі зростанням тривалості дії струму зростає ймовірність важкого або смертельного наслідку. Така залежність пояснюється тим, що зі зростанням часу впливу струму на живу тканину підвищується його значення, накопичуються наслідки впливу струму на організм.

Зростає також імовірність співпадіння моменту, проходження струму через серце з уразливою фазою серцевого циклу (кардіоциклу). Зростання сили струму зі зростанням часу його дії пояснюється зниженням опору тіла людини внаслідок місцевого нагрівання шкіри та подразнювальної дії на тканини.

Шлях протікання струму через людину. Практика та експерименти показують, що шлях протікання струму через тіло людини має велике значення з огляду на наслідки ураження. Якщо на шляху струму виявляються життєво важливі органи — серце, легені; головний мозок, то небезпека ураження досить велика, оскільки струм безпосередньо впливає на ці органи. Якщо ж струм проходить іншими шляхами, то його вплив на життєво важливі органи може бути лише рефлекторним, а не безпосереднім.

При цьому, хоч небезпека важкого ураження і зберігається, але ймовірність його знижується.

Індивідуальні властивості людини. Відомо, що здорові та фізично міцні люди легше переносять електричні удари, ніж хворі та слабкі.

Особливо сприйнятливими до електричного струму є особи, які нездужають на захворювання шкіри, серцево-судинної системи. Органів внутрішньої секреції, легенів, мають нервові хвороби.

 

Електричний струм у газах. Несамостійний і самостійний розряди. Поняття про плазму

За звичайних умов гази майже повністю складаються із нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками. Для того, щоб газ почав проводити електричний струм, його потрібно забезпечити вільними електричними зарядами. Для цього можна:

1) нагріти газ (З підвищенням температури теплові рухи молекул газу призведуть до втрати електронів молекулами, а отже, й утворення позитивно заряджених іонів. Деякі нейтральні молекули приймуть вільні електрони і стануть негативно зарядженими іонами, крім того, самі вільні електрони зможуть створити струм. Чим вища температура, тим більше вільних електронів.);

2) помістити в газ джерело радіоактивного випромінювання;

3) помістити в газ нагріту металеву нитку, з якої будуть випаровуватись вільні електрони, які і створять струм.

Отже, щоб газ проводив електричний струм, в нього треба помістити іонізатор. Завдяки іонізації в газі утворюються вільні носії електричного заряду — іони та електрони.

Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом.

Після припинення дії іонізатора газ перестає бути провідником. Струм припиняється після того, як усі іони й електрони досягнуть електродів. Крім того, під час зближення електрон і позитивно заряджений іон можуть знову втратити нейтральний атом. Такий процес називають рекомбінацією заряджених частинок.

Помістимо в газ два металеві електроди, до яких прикладено напругу U. Тиск газу в трубці бажано знизити. Помістимо в трубці іонізатор, який буде утворювати певне число вільних зарядів за одиницю часу (рис. 4.3.5). Постійно підвищуючи напругу, будемо вимірювати силу струму в колі. Результати нанесемо на графік (рис. 4.3.6).

Значення сили струму в газі буде зростати зі збільшенням прикладеної напруги, згідно із законом Ома для ділянки кола, а коли досягне деякого значення, стане незмінним, що вкаже на стан насиченості в трубці. Це означає, що всі носії, які утворює іонізатор, беруть участь у створенні струму. Якщо дію іонізатора припинити, то припиниться і розряд, оскільки інших джерел іонів немає. Тому такий розряд називають несамостійним.

Будемо і далі продовжувати підвищувати напругу на електродах. За деякої граничної напруги в трубці знову почне зростати сила струму (рис. 4.3.7).

Це означає, що в газі з’являються додаткові іони до тих, що утворилися внаслідок дії іонізатора. Сила струму при цьому може зрости в сотні разів, а число іонів, які виникнуть у процесі розряду, може стати таким великим, що зовнішній іонізатор буде вже непотрібним для підтримання розряду. Якщо забрати зовнішній іонізатор, то розряд не припиниться. Розряд, який може існувати без зовнішнього іонізатора, називають самостійним розрядом.

Причиною різкого збільшення сили струму у разі великих напруг (рис. 4.3.7) є зростання кінетичної енергії електронів, що утворилися внаслідок дії зовнішнього іонізатора. На своєму шляху електрон зіштовхується з іонами і нейтральними атомами. Кінетична енергія електрона перед черговим зіткненням пропорційна напруженості поля і довжині вільного пробігу електрона (шляху між двома послідовними зіткненнями):

.

Якщо кінетична енергія електрона більша за роботу іонізації Ai, яку треба виконати, щоб іонізувати нейтральний атом, тобто

,

то під час зіткнення електрона з атомом відбувається іонізація. Кількість заряджених частинок швидко наростає, виникає електронна лавина. Цей процес називають іонізацією електронним ударом. Однак цього замало. Для підтримання такого розряду потрібна емісія електронів з катода. Цьому сприяють швидкі позитивні іони, що утворюються після зіткнення електронів з нейтральними атомами і внаслідок дії електричного поля вдаряються об катод.

Залежно від властивостей і стану газу, а також від якостей і розміщення електродів, прикладеної до них напруги виникають різні види самостійного розряду в газах. Якщо тиск низький, виникає тліючий розряд. За атмосферного тиску можна отримати електричну дугу, коронний та іскровий розряди.

Тліючий розряд використовують у газоосвітлювальних лампах. Електрична дуга є потужним джерелом світла і широко використовується в прожекторах, установках для зварювання і різання металів тощо. Прикладом велетенського іскрового розряду є блискавка. Іскровий розряд використовують для запалення суміші палива і повітря у двигунах внутрішнього згоряння, для точної обробки металів тощо.

Коронний розряд, що виникає за атмосферного тиску поблизу загострених ділянок провідника, у разі великого заряду має вигляд корони, що світиться навколо вістря. Його використовують в електричних фільтрах для очищення промислових газів від домішок.

Якщо температури досить високі, розпочинається іонізація газу через зіткнення атомів чи молекул, які швидко рухаються. Речовина переходить в новий стан — плазму.

Плазма — це частково чи повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних зарядів майже збігаються. Плазма вважається четвертим станом речовини. У повністю іонізованій плазмі електрично нейтральних атомів немає, тому плазма дуже добре проводить струм. У цілому плазма являє собою електрично нейтральну систему.

Поряд з нагріванням іонізація газу і утворення плазми можуть бути викликані різними способами, наприклад, бомбардуванням атомів газу швидкими зарядженими частинками. При цьому утворюється низькотемпературна плазма.

Через велику рухливість заряджених частинок у плазмі, вони легко переміщуються під дією електричного і магнітного полів, тому будь-які локальні порушення електронейтральності плазми швидко ліквідуються.

На відміну від нейтрального газу, між молекулами якого є короткодіючі сили, між зарядженими частинками плазми діють кулонівські сили, які порівняно повільно зменшуються з відстанню. Кожна частинка взаємодіє одночасно з багатьма навколишніми частинками. Завдяки цьому частинки можуть брати участь не тільки в хаотичному тепловому русі, а і в упорядкованих (колективних) рухах. У плазмі легко збуджуються різні коливання й хвилі.

Провідність плазми підвищується зі зростанням ступеня іонізації. За високої температури повністю іонізована плазма за своєю провідністю наближається до надпровідників.

У стані плазми перебуває близько 90 % речовини Всесвіту (Сонце, зорі, міжзоряний простір).

Плазма оточує нашу планету. Верхній шар атмосфери на висоті 100 — 300 км є іонізованим газом — іоносферою. Полум’я запаленого сірника це також плазма.

Плазма виникає при всіх видах розряду в газах: тліючому, дуговому, іскровому тощо. Таку плазмуують у лазерах. називають газорозрядною. Її використов

Струмінь плазми застосовують у магнітогідродинамічних генераторах, плазмотронах. Потужні струмені плазми застосовують для різання і зварювання металів, буріння свердловин, прискорення перебігу хімічних реакцій тощо.

Найбільші перспективи фізики вбачають у застосуванні високотемпературної плазми (T > 108 К) для створення керованих термоядерних реакцій.

Запитання для самоперевірки

1. У результаті якого процесу газ стає електропровідним?

2. Що називають іонізацією газу?

3. Що називають рекомбінацією атомів?

4. Що називають електричним струмом у газах?

5. Які заряди є носіями струму в газах?

6. Що являє собою газовий розряд? Побудуйте схему експерименту з вивчення закономірностей струму в газах і поясніть особливості несамостійного розряду в газах.

7. Поясніть особливості самостійного газового розряду, побудувавши повну вольт-ампернуу газового розряду. характеристик

8. Який процес називають іонізацією електронним ударом?

9. Назвіть і опишіть види самостійних розрядів у газах?

10. Що таке плазма? Які її особливості? Які види плазми існують?