Искровой разряд - разряд между электродами, приводящий к пробою газа.
Демонстрация "бегущего" дугового разряда. Почему разряд "бежит"?
Дуговой разряд и его особенности (демонстрация с дуговой лампой). Термоэлектронная эмиссия. Природа и основные особенности дугового разряда. Работы В.В. Петрова. Только в апреле 1887 года, созданная на деньги знакомых Н. Тесла в Нью-Йорке небольшая компания, начала заниматься обустройством уличного освещения новыми дуговыми лампами (проект Н. Тесла). Вскоре перспективность компании была доказана большими заказами из многих городов США.
Академик С.И. Вавилов писал в своем очерке, что труды В.В. Петрова, "... напечатанные на русском языке, оставались неизвестными за границей потому, что там не понимали русского языка, а в России - по тому, что не понимали сути дела ..."
IV. Задачи:
1. При каком напряжении между электродами зажигается неоновая лампа, если энергия ионизации неона 21,5 эВ, а среднее расстояние между двумя последовательными столкновениями электрона с атомами газа равно 0,4 мм? Электроды имеют форму больших пластин, расположенных на расстоянии 3 мм друг от друга.
2. 
У нелинейного элемента (вольтамперная характеристика приведена на рисунке) напряжение U0 = 100 В. При подключении его к батарее с постоянной ЭДС и внутренним сопротивлением 25 кОм, через элемент течет ток 2 мА. При подключении его к той же батарее через балластный резистор с сопротивлением 50 кОм течет ток 1 мА 
. Определите ЭДС батареи.
Вопросы:
1. Назовите характерные признаки различных типов самостоятельного разряда.
2. Почему для поддержания электрического тока в горящей дуге достаточно невысокого напряжения?
3. Люминесцентная лампа может служить индикатором электрического поля. Так ли это?
4. Почему при дуговом разряде сильно разогревается именно катод, хотя заряженные частицы бомбардируют оба электрода?
5. Почему громоотвод защищает здание от удара молнии?
V. § 83
1. Приведите наибольшее количество примеров технического применения электрического разряда в газе.
2. Создает ли газовый разряд магнитное поле? Ответ обосновать и проверить экспериментально.
"Дело науки - служить людям".
Л.Н. Толстой
Урок . ТЕХНИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА
ЦЕЛЬ УРОКА: Детально познакомить учащихся с использованием газового разряда в технике /на базовом предприятии/, работами отечественных ученых в области изучения и использования газового разряда в технике и быту.
ТИП УРОКА: урок-лекция.
ОБОРУДОВАНИЕ: Высоковольтный выпрямитель, насос вакуумный, трубка с двумя электродами, газоразрядные трубки, неоновая лампа, цифровая неоновая лампа, два изолирующих штатива, гальванометр от амперметра. Прибор для демонстрации принципа действия электрофильтра, дуговая лампа, объектив с оборотной призмой на подставке, устройство для демонстрации электрической дуги, прибор для демонстрации электроискровой обработки металла, проекционный аппарат с принадлежностями, выпрямитель ВУП-2, люминесцентная лампа, соединительные провода.
ПЛАН УРОКА:
1. Вступительная часть 1-2 мин
2. Лекция 35 мин
3. Закрепление 5 мин
4. Задание на дом 2-3 мин
II. Что называют тлеющим разрядом? Каким образом можно получить тлеющий разряд в трубке, заполненной воздухом? Демонстрация тлеющего разряда в трубке с двумя электродами. Демонстрация свечения газоразрядных трубок, наполненными различнымигазами. Где в технике используется тлеющий разряд? Неоновая лампа. Обозначение неоновой лампы на электрических схемах. Лампа дневного света.
Демонстрация свечения электродов лампы при постоянном и переменном напряжении. Назначение гасящего резистора. Цифровые неоновые лампы. Демонстрация лампы и ее зажигание. Стабилитрон и тиратрон. Ртутная и люминесцентная лампы. Схема подключения люминесцентной лампы:
Полярные сияния. Свечение газа в атмосфере.
Коронный разряд (огни святого Эльма). Условия наблюдения коронного разряда. Демонстрация потерь в линии электропередачи "на корону". Почему не гибнут птицы, сидящие на высоковольтных проводах? В каком случае они будут погибать?
"Человек страшится только, чего не знает, знанием побеждая всякий страх".
В.Г. Белинский
Демонстрация устройства и принципа действия электрофильтра. Электрофильтры на 'ГЭС. Проблемы охраны окружающей среды. Работы по повышение КПД электрофильтров.
Дуговой разряд. При каких условиях наблюдается дуговой разряд? Применения дугового разряда. Опыты Петрова, дуга Яблочкова. Дуговая сварка (метод Н.Н. Бенардоса 1882 г и метод Н.Г. Славянова 1891 г). Источники света: ртутные и ксеноновые лампы.
Искровой разряд. Условия наблюдения искрового разряда. Демонстрация пробивания искрой отверстия в бумаге, воспламенения смоченной авиабензином ваты /свеча/, электроискровой обработки металла. Молния. Ломоносов о природе молнии.
"... Молния, как бы созревши,
Вдруг разорвет облака и проносится пламенем ярким.
Быстро сверканье ее, заливая окрестности светом.
Следует тяжкий удар, как будто бы, лопнув внезапно,
Рушится весь небосвод и грозит обвалиться на землю".
Лукреций
Основные параметры молнии:
· Напряженность электрического поля между облаком и землей 105 - 106 В/м
· Сила тока разряда 105 – 106 а
· Скорость протекания разряда 108 м/с
· Длительность единичного разряда 0,001 с
· Число разрядов в одном канале 30 - 50
· Температура в канале 10000 К
· диаметр канала 1 м
· диаметр разряда 40 см
· Время между разрядами 0,01 с
Рихман и его громоотвод. Изобретение громоотвода Бенджамином Франклином. Король Англии Георг III требовал от королевского общества, чтобы оно отказалось от своего решения в пользу острия на громоотводе, на что президент общества сэр Джон Прингль ответил: "И по своему долгу и по своим склонностям, он по мере сил всегда будет исполнять желания его величества, но он не в состоянии ни изменить законов природы, ни изменить действия их сил".
Положительные молнии, бьющие из земли в тучу, встречаются в 5 случаях из 100 разрядов между облаками и землей и отличаются особо высокой мощностью. Огненные фонтаны и эльфы. Шаровая молния. Прямое поражение молнией и поражение от наведенного напряжения.
Как защититься от удара молнии?
· Изоляция тела (войлок, высушенные тюленьи шкуры, резина).
· Молниеотвод (громоотвод).
· Экранирование помещения.
Сколько стоит молния (расчеты можно произвести дома)?
Энергия, "расходуемая" всеми молниями за год более чем втрое превышает годичную мировую выработку электроэнергии.
Вопросы:
1. Почему грозы случаются чаще над сушей, чем над морем?
2. Почему зимой грозы очень редки?
3. Почему облака называют фабрикой по производству электрических зарядов?
4. Почему молниевый канал светится?
5. Почему во время грозы нельзя находиться возле костра?
6. Как рассчитать длину свободного пробега электронов в канале молнии.
7. Оцените энергию и мощность молнии.
8. Почему интенсивность галактических космических лучей влияет на образование облаков?
9. Почему в минимуме солнечной активности грозовая активность повышается и наоборот?
III. Обобщающее повторение по таблице "Электрический ток в газах"
IV. §§ 83-84
1. Почему плазменный шнур при пропускании по нему электрического тока сжимается и за миллионные доли секунды разрушается /неустойчивость/?
2. 
Предложите конструкцию и опишите электрическую схему электрофильтра.
3. Предложите проект молниевой электростанции.
4. Шаровая молния имеет сферическую форму (диаметр 10 – 15 см), почти не излучает тепла, светит как лампочка мощностью 100 Вт, почти безопасна, внутри нее все время происходит перемещение вещества (подобно кипению), существует 10 – 20 с, распадается после этого с треском на куски, которые тут же гаснут. Основываясь на этих показаниях очевидцев, предложите свою модель шаровой молнии.
"Великая поэзия нашего века - это наука с удивительным расцветом своих открытый".
Э. Золя
Урок 50/32. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ
Цель урока: Познакомить учащихся со способами создания электрического тока в вакууме и некоторыми техническими применениями этого явления.
ТИП УРОКА: комбинированный.
ОБОРУДОВАНИЕ: выпрямитель ВУП-2, вакуумный демонстрационный диод, амперметр демонстрационный, диафильм "Электрический ток в вакууме", кинофильм "Электрический ток в различных средах", ч. 3.
ПЛАН УРОКА:
1. Вступительная часть 1-2 мин
2. Опрос 10 мин
3. Объяснение 25 мин
4. Закрепление 5 мин
5. Задание на дом 2-3 мин
II. Задача:
1. 
Поджог неоновой лампы осуществляется с помощью схемы, показанной на рисунке. После замыкания ключа К конденсатор начинает заряжаться. Когда напряжение на конденсаторе достигнет некоторого значения U1, лампочка загорается (U1<ε). При каких значениях сопротивления R лампочка будет стационарно гореть? Минимальное напряжение на лампе, при котором она еще горит, 80 В, при этом ток через лампу 1 мА. ЭДС батареи 120 В, ее внутренним сопротивлением можно пренебречь.
Вопросы:
1. Что произойдет с горящей электрической дугой, если сильно охладить отрицательный электрод? А если положительный?
2. Какие явления наблюдаются при включении в сеть лампы дневного света?
3. Отчего молнию мы видим короткое время, а гром от нее слышен долго?
4. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток?
5. Попробуйте процесс получения самостоятельного газового разряда объяснить с помощью общих философских законов (закон единства и борьбы противоположностей, закон перехода количественных изменений в качественные, закон отрицания отрицания).
6. Как объяснить, что при выключении люминесцентные лампы, как правило, несколько раз мигают?
III. Какие частицы являются свободными носителями заряда в металлах; в электролитах; в газах?
При каком условии возможен электрический ток в вакууме? Понятие вакуума. Низкий ( 
), средний ( 
) и высокий ( 
) вакуум. Проводит ли вакуум электрический ток (демонстрация с электрометром)? Почему вакуум не проводит электрический ток? А если в вакуум внести источник свободных заряженных частиц? Из всех частиц электрон легче всего поддается высвобождению. 90 лет назад экспериментаторы были заинтригованы тем, как при самом умеренном воздействии
электроны "выскакивают" из вещества. В случае некоторых металлов это можно сделать нагреванием всей системы, что приводит к "выкипанию" электронов.
Работа выхода электрона из металла. Составляющие работы выхода: 1) Силы зеркального изображения". 2) Преодоление двойного задерживающего слоя (задерживающего поля). Условие "испарения" электрона (моделирование на магнитной доске). 
.
Термоэлектронная эмиссия - испускание электронов нагретым телом. Демонстрация явления термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия и Солнце; его положительный заряд.
Когда в 1963 г из глубин Исландского моря поднялся вулкан, образовав небольшой остров, в темных облаках над вулканом сверкали яркие молнии. Почему? (Дело было в том, что раскаленная лава, заряженная положительно, поднимала вверх облака положительно заряженного пара, а накопление заряда приводило к разряду, причем электроны двигались вверх по каналу ствола (положительные молнии)).
Электроны могут быть удалены из металла следующими способами:
а) термоэлектронная эмиссия; б) вторичная эмиссия; в) автоэлектронная эмиссия (электрическое поле большой напряженности); г) фотоэлектрический эффект.
Историческая справка: Электронная лампа возникла из электрической лампы. Произошло это так. Электрический свет получали, сильно разогревая угольную нить, помещенную в стеклянную колбу, из которой был откачан воздух. Но внутри на колбе быстро появлялся темный налет. Почему? Эдисон предположил, что на стенки летят заряженные угольные пылинки. В 1883 г он впаял в колбу металлическую пластинку и попробовал подать на нее напряжение. Зачем? Баллоны все равно темнели, но Эдисон обнаружил, что при положительном потенциале на пластине, в ее цепи появляется ток. Почему? Когда угольную нить не разогревали, тока в цепи пластины тоже не было. Почему? Какие два явления открыл Эдисон? Выпрямительный эффект диода открыли только через 21 год!
Дальнейшие эксперименты показали, что если нить покрыть оксидом кальция (то есть просто негашеной известью), то при той же температуре катода ток заметно возрастает. Почему? Так в 1904 году А. Вепельт изобрел оксидный катод, а Дж. А. Флеминг обнаружил свойство диода выпрямлять 
переменный ток.
Вакуумный диод прямого накала (объяснение по кадрам диафильма). Обозначение диода на электрических схемах. Вольтамперная характеристика вакуумного диода (демонстрация).
Односторонняя проводимость диода.
Диод косвенного накала. Технические применения вакуумного диода.
IV. Демонстрация кинофильма.
Задачи:
1. При какой скорости электрон может вылететь из серебра, если работа выхода 6,9·10-18Дж?
2. При положительном напряжении на диоде ток через диод 
; при отрицательном напряжении ток через него равен нулю. Найдите ток в цепи, если этот диод через сопротивление R подключен к батарее с ЭДС ε. Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.
V. § 77 Упр. 12 № 8
1. Приведите наибольшее количество примеров термоэлектронной эмиссии и вторичной электронной эмиссии.
2. Оказывает ли влияние магнитное поле на силу электрического тока в вакууме? Обязательно подтвердите ваш ответ экспериментально.
3. Попробуйте доказать, что анодный ток вакуумного диода обратно пропорционален квадрату ширины межэлектродного зазора и пропорционален анодному напряжению в степени 3/2 (закон "трех вторых").
"Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей?"
Адам Мицкевич
Урок 51/31. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ И ИХ СВОЙСТВА. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА.
ЦЕЛЬ УРОКА: Познакомить учащихся со свойствами электронных пучков и практическими применениями этих свойств.
ОБОРУДОВАНИЕ: Электронно-лучевая трубка, выпрямитель ВУП-2, прибор для изучения свойств катодных лучей, выпрямитель высоковольтный, палочки из эбонита из стекла, магнит дугообразный, осциллограф, диафильм "Электронно-лучевая трубка", кинофильм "Электронно-лучевая трубка", обобщающая таблица "Электрический ток в вакууме".
ПЛАН УРОКА:
1. Вступительная часть 1-2 мин
2. Опрос 10 мин
3. Объяснение 20 мин
4. Закрепление 10 мин
5. Задание на дом 2-3 мин
II. Опрос фундаментальный: 1. Электрический ток в вакууме. 2. Вакуумный диод.
Задачи:
1. В диоде электрон подходит к аноду со скоростью 8·106 м/с Найти анодное напряжение.
2. Напряжение между анодом и катодом вакуумного диода равно U , анодный ток равен I. Найти среднее давление электронов на анод площадью S.
3. На аноде электронной лампы выделяется 20 Дж тепла за 20 минут. Определите скорость движения электрона в лампе, если анодный ток 8 мА.
4. 
Диод с вольтамперной характеристикой, изображенной на рисунке, подсоединили к батарее с ЭДС 6 В через сопротивление 1,5 кОм. Определить ток в цепи. При каком сопротивлении диод перестает работать на прямолинейном участке характеристики?
Вопросы:
1. Возможен ли искровой разряд в вакуумной лампе?
2. Почему когда горит солома, нагретый воздух поднимается не по прямой линии, а по спирали и начинает кружиться?
3. При отсутствии внешнего электрического поля электроны, вылетающие из катода вакуумного диода, не рассеиваются в окружающем пространстве, а большей частью возвращаются на поверхность катода? Как это можно объяснить?
4. Скорость движения электронов между электродами вакуумного диода достигает тысяч километров в секунду, а в металлических проводниках анодной цепи – миллиметров в секунду. Почему же сила тока в диоде и в проводниках одинакова?
5. Если в скороварку налить два стакана воды и плотно закрыть крышку, то после кипения воды в течение 20 минут и последующего охлаждения, крышку невозможно открыть. Почему?
III. Получение электронных пучков (объяснение по кадрам диафильма). Впервые электронные пучки наблюдал У. Крукс в 1879 г. На противоположном отрицательному электроду конце трубки возникало при высоком напряжении зеленоватое свечение стекла (от катода шел пучок лучей).
· "При пропускании тока высокого напряжения через трубку с очень сильно разряженным газом из катода вырывался поток частичек, несущихся с огромной скоростью.
· Эти частички движутся строго прямолинейно.
· Эта лучистая энергия может производить механическое действие, например, вращать маленькую вертушку, поставленную на ее пути.
· Лучистая энергия отклоняется магнитом.
· В местах, на которые падает лучистая энергия, развивается тепло. Если катоду придать форму вогнутого зеркала, то в фокусе этого зеркала могут быть расплавлены даже такие тугоплавкие сплавы, как, например, сплав иридия и платины.
· Катодные лучи - поток материальных телец меньше атома, а именно частиц отрицательного электричества".
Уйльямс Крукс
Дж. Томсону удалось доказать, что этот пучок состоит из электронов (1897 г.). Открытие электрона – результат работы и других ученых: В. Крукса, Г. Гельмгольца, Ф. Ленарда. Демонстрация некоторых свойств пучков (отклонение в электрических и магнитных полях, перенос энергии).
«Так как катодные лучи несут заряд отрицательного электричества, они отклоняются электростатической силой, как если бы они были отрицательно наэлектризованы, и на них действует магнитная сила таким образом, как эта сила действовала бы на отрицательно наэлектризованное тело, движущееся по 
траектории этих лучей».
Джозеф Джон Томсон
Технические применения: плавка металлов в вакууме.
Электронно-лучевая трубка. Назначение анодов и управляющего электрод (модулятора). Способы управления электронным пучком (демонстрация).
Электронный осциллограф (демонстрация).
Кинескоп телевизионного приемника (демонстрация).
IV. Демонстрация кинофильма.
Задачи:
1. В телевизионном кинескопе ускоряющее анодное напряжение равно 16 кВ, а расстояние от анода до экрана составляет 30 см. За какое время электрон проходит это расстояние?
2. Электрон влетает в плоский конденсатор параллельно плоскости пластин со скоростью 3·106 м/с. Найдите напряженность поля в конденсаторе, если электрон вылетает под углом 30° к пластинам. Длина пластин 20 см.
3. Электрон влетает в область магнитного поля ширины 
. Скорость электрона 
перпендикулярна как индукции поля 
, так и границам области. Под каким углом к границе области электрон вылетит из магнитного поля?
Вопросы:
1. Как узнать, отклоняется ли движущийся электрон в определенной области пространства электрическим или магнитным полем?
2. Какую траекторию опишет электрон, пролетая между пластинами плоского конденсатора, на которые подано: а) постоянное напряжение; б) переменное напряжение достаточно высокой частоты?
V. § 78 Упр. 12 № 9
1. Составить обобщающую таблицу "Электрический ток в вакууме", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.
"Тот, кто не хочет прибегать к новым средствам, должен ожидать новых бед"
Ф. Бэкон