Aşağıdaki deneyi yapalım.
resim
Elektrometreyi düz kapasitörün disklerine bağlayalım. Bundan sonra kapasitörü şarj ediyoruz. Normal sıcaklıklarda ve kuru havada kapasitör çok yavaş boşalacaktır. Buradan diskler arasındaki hava akımının çok küçük olduğu sonucuna varabiliriz.
Bu nedenle, normal koşullar gaz bir dielektriktir. Şimdi kapasitörün plakaları arasındaki havayı ısıtırsak, elektrometre iğnesi hızla sıfıra yaklaşacak ve sonuç olarak kapasitör boşalacaktır. Bu, ısıtılan gazda bir elektrik akımının oluştuğu ve böyle bir gazın iletken görevi göreceği anlamına gelir.
Gazlarda elektrik akımı
Gaz deşarjı, akımın bir gazdan geçirilmesi işlemidir. Deneyimlerden, sıcaklığın artmasıyla havanın iletkenliğinin arttığı açıktır. Isıtmanın yanı sıra, bir gazın iletkenliği başka yollarla da (örneğin radyasyona maruz bırakılarak) arttırılabilir.
Sıradan koşullar altında gazlar esas olarak nötr atomlardan ve moleküllerden oluşur ve bu nedenle dielektriktir. Bir gazı radyasyona maruz bıraktığımızda veya ısıttığımızda, bazı atomlar pozitif iyonlara parçalanmaya, elektronlar ise iyonlaşmaya başlar. Bir gazın iyonlaşması, ısıtıldığında moleküllerin ve atomların hızının çok fazla artması ve birbirleriyle çarpıştıklarında iyonlara parçalanmaları nedeniyle oluşur.
Gaz iletkenliği
Gazlarda iletim esas olarak elektronlar tarafından gerçekleştirilir. Gazlar iki tür iletkenliği birleştirir: elektronik ve iyonik. Elektrolit çözeltilerinden farklı olarak, gazlarda iyon oluşumu ya ısıtma sırasında ya da harici iyonlaştırıcıların (radyasyon) etkisi nedeniyle meydana gelirken, elektrolit çözeltilerinde iyon oluşumu moleküller arası bağların zayıflamasından kaynaklanır.
İyonlaştırıcının gaz üzerindeki etkisi bir noktada durursa akım da duracaktır. Bu durumda pozitif yüklü iyonlar ve elektronlar tekrar birleşebilir, yeniden birleşebilir. Dış alan yoksa yüklü parçacıklar yalnızca rekombinasyon nedeniyle kaybolacaktır.
İyonlaştırıcının hareketi kesintiye uğramazsa dinamik denge kurulacaktır. Dinamik bir denge durumunda, yeni oluşan parçacık çiftlerinin (iyonlar ve elektronlar) sayısı, rekombinasyon nedeniyle kaybolan çiftlerin sayısına eşit olacaktır.
1. İyonlaşma, özü ve çeşitleri.
Elektrik akımının varlığının ilk koşulu, serbest yük taşıyıcılarının varlığıdır. Gazlarda iyonlaşma sonucu ortaya çıkarlar. İyonlaşma faktörlerinin etkisi altında, bir elektron nötr bir parçacıktan ayrılır. Atom pozitif iyon haline gelir. Böylece 2 tip yük taşıyıcı ortaya çıkar: pozitif iyon ve serbest elektron. Bir elektron nötr bir atoma katılırsa, negatif bir iyon ortaya çıkar, yani. üçüncü tip yük taşıyıcıları. İyonize gaza üçüncü türden iletken denir. Burada 2 tür iletkenlik mümkündür: elektronik ve iyonik. İyonizasyon işlemleriyle eş zamanlı olarak ters işlem meydana gelir - rekombinasyon. Bir elektronu atomdan ayırmak için enerji harcanması gerekir. Enerji dışarıdan sağlanıyorsa iyonlaşmayı teşvik eden faktörlere dışsal (yüksek sıcaklık, iyonlaştırıcı radyasyon, UV radyasyonu, güçlü manyetik alanlar). İyonlaşma faktörlerine bağlı olarak buna termal iyonizasyon veya fotoiyonizasyon denir. İyonlaşmaya mekanik şok da neden olabilir. İyonlaşma faktörleri doğal ve yapay olarak ikiye ayrılır. Doğal olan, Güneş'ten gelen radyasyondan ve Dünya'nın radyoaktif arka planından kaynaklanır. Dış iyonlaşmaya ek olarak iç iyonlaşma da vardır. Şok ve adım olarak ikiye ayrılır.
Darbe iyonizasyonu.
Yeterince yüksek bir voltajda, alan tarafından yüksek hızlara hızlandırılan elektronların kendileri bir iyonizasyon kaynağı haline gelir. Böyle bir elektron nötr bir atoma çarptığında, elektron atomdan dışarı atılır. Bu, iyonlaşmaya neden olan elektronun enerjisi atomun iyonlaşma enerjisini aştığında meydana gelir. Elektrotlar arasındaki voltaj, elektronun gerekli enerjiyi elde edebilmesi için yeterli olmalıdır. Bu gerilime iyonizasyon gerilimi denir. Herkes için kendine göre bir anlamı vardır.
Hareket eden bir elektronun enerjisi gerekenden azsa, çarpma anında yalnızca nötr bir atomun uyarılması meydana gelir. Hareket eden bir elektron önceden uyarılmış bir atomla çarpışırsa adım adım iyonlaşma meydana gelir.
2. Kendi kendini idame ettiremeyen gaz deşarjı ve akım-gerilim özellikleri.
İyonlaşma, akımın varlığı için ilk koşulun yerine getirilmesine yol açar, yani. ücretsiz ücretlerin ortaya çıkmasına. Bir akımın oluşması için, yükleri belirli bir yönde hareket etmeye zorlayacak bir dış kuvvetin mevcut olması gerekir; bir elektrik alanına ihtiyaç vardır. Elektrik gazlarda bir takım olaylar eşlik eder: ışık, ses, ozon oluşumu, nitrojen oksitler. Akımın bir gaz - gaz deşarjından geçişine eşlik eden bir dizi olay. Akım akışı sürecine genellikle gaz deşarjı denir.
Yalnızca harici bir iyonlaştırıcının etkisi sırasında meydana gelen bir deşarj, kendi kendini sürdürmeyen olarak adlandırılır. Bu durumda harici iyonlaştırıcının sona ermesinden sonra yeni yük taşıyıcıları oluşmaz ve akım durur. Kendi kendini idame ettiremeyen bir deşarj sırasında, akımların büyüklüğü küçük mesele ve gaz parlaması yoktur.
Bağımsız gaz deşarjı, çeşitleri ve özellikleri.
Bağımsız bir gaz deşarjı, harici iyonlaştırıcının durdurulmasından sonra var olabilecek bir deşarjdır, yani. Darbe iyonizasyonu nedeniyle. Bu durumda ışık ve ses olayları gözlemlenir ve mevcut güç önemli ölçüde artabilir.
Kendi kendine deşarj türleri:
1. sessiz deşarj - kendi kendini idame ettiremeyen bir deşarjdan hemen sonra gelir, akım gücü 1 mA'yı geçmez, ses veya ışık fenomeni yoktur. Fizyoterapide Geiger-Müller sayaçları kullanılır.
2. kızdırma deşarjı. Gerilim arttıkça sessizlik için için yanmaya dönüşür. Belirli bir voltajda - ateşleme voltajında \u200b\u200bmeydana gelir. Gazın türüne bağlıdır. Neon 60-80 V'a sahiptir. Aynı zamanda gaz basıncına da bağlıdır. Işıma deşarjına bir parıltı eşlik eder; bu, enerjinin serbest bırakılmasıyla ortaya çıkan rekombinasyonla ilişkilidir. Renk aynı zamanda gazın türüne de bağlıdır. Gösterge lambalarında (neon, UV bakteri öldürücü, aydınlatma, floresan) kullanılır.
3. ark deşarjı. Akım gücü 10 - 100 A'dır. Yoğun bir parıltıyla birlikte gaz deşarj aralığındaki sıcaklık birkaç bin dereceye ulaşır. İyonlaşma neredeyse %100'e ulaşır. %100 iyonize gaz - soğuk gaz plazması. İyi iletkenliğe sahiptir. Yüksek ve ultra yüksek basınçlı cıva lambalarında kullanılır.
4. Kıvılcım deşarjı bir tür ark deşarjıdır. Bu bir darbe salınımlı deşarjdır. Tıpta yüksek frekanslı titreşimlere maruz kalma kullanılır. Yüksek akım yoğunluklarında yoğun ses olayları gözlenir.
5. korona deşarjı. Bu bir tür parıltılı deşarjdır. Elektrik alan kuvvetinin keskin bir şekilde değiştiği yerlerde görülür. Burada bir yük çığı ve bir gaz parıltısı beliriyor - bir korona.
GAZLARDA ELEKTRİK AKIMI
Gazların bağımsız ve bağımsız olmayan iletkenliği. Gazlar doğal hallerinde elektrik akımını iletmezler. dielektriklerdir. Devrenin bir hava boşluğu nedeniyle kesilmesi durumunda bu, basit bir akım kullanılarak kolayca doğrulanabilir.
Gazların yalıtkan özellikleri, doğal hallerinde gaz atomlarının ve moleküllerinin nötr, yüksüz parçacıklar olması gerçeğiyle açıklanmaktadır. Buradan, bir gazı iletken hale getirmek için, şu veya bu şekilde içine serbest yük taşıyıcıları - yüklü parçacıklar sokmanın veya oluşturmanın gerekli olduğu açıktır. Bu durumda iki durum mümkündür: ya bu yüklü parçacıklar bir tür dış faktörün etkisiyle yaratılır ya da dışarıdan gaza verilir - bağımsız olmayan iletkenlik ya da elektrik alanının etkisiyle gazda yaratılırlar. kendisi elektrotlar arasında mevcut - bağımsız iletkenlik.
Yukarıdaki şekilde devredeki galvanometre uygulanan gerilime rağmen akım olmadığını göstermektedir. Bu, normal koşullar altında gazların iletkenliğinin olmadığını gösterir.
Şimdi gazı 1-2 ila çok aralığında ısıtalım. Yüksek sıcaklık, içine yanan bir brülör getiriyoruz. Galvanometre akımın görünümünü gösterecektir, bu nedenle yüksek sıcaklıklarda nötr gaz moleküllerinin oranı pozitif ve negatif iyonlara ayrılır. Bu fenomene denir iyonlaşma gaz 
Küçük bir üfleyiciden hava akışını gaz boşluğuna yönlendirirseniz ve akışın yoluna, boşluğun dışına iyonlaştırıcı bir alev yerleştirirseniz, galvanometre bir miktar akım gösterecektir. 
Bu, iyonların anında kaybolmadığı, gazla birlikte hareket ettiği anlamına gelir. Ancak alev ile 1-2 arasındaki mesafe arttıkça akım giderek zayıflar ve sonra kaybolur. Bu durumda, zıt yüklü iyonlar, elektriksel çekim kuvvetinin etkisi altında birbirine yaklaşma eğilimindedir ve karşılaştıklarında nötr bir molekül halinde yeniden birleşirler. Bu süreç denir rekombinasyon iyonlar.
Bir gazı yüksek sıcaklığa ısıtmak, gaz moleküllerini veya atomlarını iyonize etmenin tek yolu değildir. Nötr atomlar veya gaz molekülleri başka faktörlerin etkisi altında da iyonlaşabilir.
İyonik iletkenliğin bir takım özellikleri vardır. Bu nedenle, çoğu zaman pozitif ve negatif iyonlar tek iyonize moleküller değil, negatif veya pozitif bir elektrona bağlı molekül gruplarıdır. Bu nedenle, her iyonun yükü bir veya iki, nadiren daha fazla temel yüke eşit olmasına rağmen, kütleleri bireysel atom ve moleküllerin kütlelerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Bu şekilde gaz iyonları, her zaman belirli atom gruplarını temsil eden elektrolit iyonlarından önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu farklılık nedeniyle elektrolitlerin iletkenliğine ilişkin çok karakteristik olan Faraday yasaları gazların iyonik iletkenliğine uygulanmaz.
Gazların iyonik iletkenliği ile elektrolitlerin iyonik iletkenliği arasındaki ikinci ve yine çok önemli fark, Ohm yasasının gazlar için gözlemlenmemesidir: akım-voltaj karakteristiği daha fazladır. karmaşık doğa. İletkenlerin (elektrolitler dahil) akım-voltaj karakteristiği eğimli bir düz çizgi şeklindedir (gazlar için I ve U orantılıdır);
Özellikle, kendi kendini idame ettiremeyen iletkenlik durumunda, küçük U değerlerinde grafik düz bir çizgiye benzer, yani. Ohm yasası yaklaşık olarak yürürlükte kalır; U arttıkça eğri bir miktar gerilimle bükülür ve yatay bir düz çizgiye dönüşür. 
Bu, belirli bir voltajdan başlayarak voltajın artmasına rağmen akımın sabit kaldığı anlamına gelir. Bu sabit, gerilimden bağımsız akım değerine denir. doyma akımı.
Elde edilen sonuçların anlamını anlamak zor değil. Başlangıçta artan voltajla birlikte deşarj kesitinden geçen iyonların sayısı da artar. Akım I artar çünkü daha güçlü bir alandaki iyonlar daha yüksek hızda hareket eder. Ancak iyonlar ne kadar hızlı hareket ederse etsin, birim zamanda bu bölümden geçenlerin sayısı, dış iyonlaştırıcı faktörler tarafından birim zamanda deşarjda oluşturulan toplam iyon sayısından fazla olamaz.
Ancak deneyler, gazdaki doyma akımına ulaşıldıktan sonra voltajın önemli ölçüde artmaya devam etmesi durumunda akım-gerilim karakteristiğinin seyrinin aniden bozulduğunu göstermektedir. Yeterince yüksek bir voltajda akım keskin bir şekilde artar. 
Mevcut sıçrama, iyon sayısının hemen keskin bir şekilde arttığını gösteriyor. Bunun nedeni elektrik alanının kendisidir: bazı iyonlara bu kadar yüksek hızlar verir; o kadar fazla enerji vardır ki, bu tür iyonlar nötr moleküllerle çarpıştığında nötr moleküller iyonlara ayrılır. Toplam sayısıİyonlar artık iyonlaştırıcı faktör tarafından değil, kendisi de gerekli iyonizasyonu destekleyebilen alanın eylemiyle belirlenir: bağımsız olmayan iletkenlik bağımsız hale gelir. Gaz boşluğunun bozulması niteliğindeki bağımsız iletkenliğin aniden ortaya çıkmasıyla ilgili açıklanan fenomen, bağımsız iletkenliğin ortaya çıkmasının çok önemli olmasına rağmen tek şekli değildir.
Kıvılcım deşarjı. Yeterince yüksek bir alan gücünde (yaklaşık 3 MV/m), elektrotlar arasında, her iki elektrotu birbirine bağlayan parlak bir şekilde parlayan bir sarma kanalı görünümüne sahip bir elektrik kıvılcımı belirir. Kıvılcımın yakınındaki gaz yüksek bir sıcaklığa kadar ısınır ve aniden genleşerek kıvılcım oluşmasına neden olur. ses dalgaları ve karakteristik bir çatırtı duyuyoruz.
Açıklanan gaz deşarjı şekli denir kıvılcım deşarjı veya gaz kıvılcımının bozulması. Bir kıvılcım deşarjı meydana geldiğinde, gaz aniden dielektrik özelliklerini kaybeder ve iyi bir iletken haline gelir. Gaz kıvılcımının bozulmasının meydana geldiği alan kuvveti, farklı gazlar için farklı bir değere sahiptir ve durumlarına (basınç, sıcaklık) bağlıdır. Elektrotlar arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa, gazın kıvılcımla parçalanması için aralarındaki voltajın da o kadar büyük olması gerekir. Bu voltaj denir arıza gerilimi.
Arıza voltajının belirli herhangi bir şekle sahip elektrotlar arasındaki mesafeye nasıl bağlı olduğunu bilerek, kıvılcımın maksimum uzunluğu boyunca bilinmeyen voltajı ölçmek mümkündür. Kaba yüksek voltajlar için kıvılcım voltmetresinin cihazı buna dayanmaktadır. 
1 ve 2 numaralı standlara monte edilmiş iki metal toptan oluşur; bilyeli 2. stand, bir vida kullanılarak birinciye yaklaşabilir veya uzaklaşabilir. Toplar, voltajının ölçülmesi gereken bir akım kaynağına bağlanır ve bir kıvılcım çıkana kadar bir araya getirilir. Standdaki ölçeği kullanarak mesafeyi ölçerek kıvılcımın uzunluğu boyunca voltajın kabaca bir tahminini verebilirsiniz (örnek: 5 cm'lik bir top çapı ve 0,5 cm'lik bir mesafe ile arıza voltajı 17,5 kV'dir, ve 5 cm - 100 kV mesafeyle).
Bir arızanın meydana gelmesi şu şekilde açıklanmaktadır: Bir gazın içinde her zaman rastgele nedenlerden kaynaklanan belli sayıda iyon ve elektron bulunur. Ancak sayıları o kadar küçüktür ki gaz pratikte elektriği iletmez. Yeterince yüksek bir alan kuvvetinde, iyonun iki çarpışma arasındaki aralıkta biriktirdiği kinetik enerji, çarpışma sonrasında nötr bir molekülü iyonlaştırmaya yeterli hale gelebilir. Sonuç olarak, yeni bir negatif elektron ve pozitif yüklü bir kalıntı - bir iyon - oluşur. 
Serbest elektron 1, nötr bir molekülle çarpıştığında onu elektron 2'ye ve serbest pozitif iyona böler. Elektron 1 ve 2, nötr moleküllerle daha fazla çarpıştıktan sonra onları tekrar elektron 3 ve 4'e ve serbest pozitif iyonlara vb. böler.
Bu iyonizasyon işlemine denir darbe iyonizasyonu ve bir atomdan bir elektronu çıkarmak için harcanması gereken iş - iyonizasyon işi. İyonlaşma işi atomun yapısına bağlıdır ve bu nedenle farklı gazlar için farklıdır.
Darbeli iyonlaşmanın etkisi altında oluşan elektronlar ve iyonlar, gazdaki yük sayısını arttırır ve ardından bir elektrik alanının etkisi altında harekete geçerek yeni atomların darbeli iyonlaşmasını sağlayabilirler. Böylece süreç kendini güçlendiriyor ve gazdaki iyonlaşma hızla çok büyük bir değere ulaşıyor. Bu olay kar çığına benzer, bu nedenle bu sürece bu ad verilmiştir. iyon çığı.
Bir iyon çığının oluşumu, kıvılcımın parçalanması sürecidir ve bir iyon çığının meydana geldiği minimum voltaj, arıza voltajıdır.
Dolayısıyla bir kıvılcım arızası sırasında gaz iyonlaşmasının nedeni, iyonlarla çarpışmalar sırasında (darbe iyonizasyonu) atomların ve moleküllerin tahrip olmasıdır.
Yıldırım. Güzel ve tehlikeli bir doğa olayı - yıldırım - atmosferdeki kıvılcım boşalmasıdır.
Zaten 18. yüzyılın ortalarında, yıldırımın elektrik kıvılcımına dışsal benzerliğine dikkat çekildi. Gök gürültüsü bulutlarının büyük elektrik yükleri taşıdığı ve yıldırımın, bir elektrik makinesinin topları arasındaki kıvılcımdan boyut olarak farklı olmayan devasa bir kıvılcım olduğu öne sürüldü. Buna, örneğin Rus fizikçi ve kimyager Mikhail Vasilyevich Lomonosov (1711-65) ve diğer kişiler tarafından dikkat çekilmiştir. bilimsel konular atmosferik elektrikle uğraşıyor.
Bu, 1752-53 deneyiminde kanıtlanmıştır. Lomonosov ve birbirlerinden bağımsız ve eşzamanlı olarak çalışan Amerikalı bilim adamı Benjamin Franklin (1706-90).
Lomonosov, laboratuvarında bulunan ve ucu odadan çıkarılıp yüksek bir direğe kaldırılan bir tel aracılığıyla atmosferik elektrikle yüklenen bir kapasitör olan bir "gök gürültüsü makinesi" inşa etti. Fırtına sırasında kondansatörden kıvılcımlar elle çıkarılabilir.
Franklin, fırtına sırasında demir uçlu bir ipe bağlı bir uçurtma uçurdu; ipin ucuna bir kapı anahtarı bağlanmıştı. Tel ıslandığında ve elektrik akımını iletmeye başladığında, Franklin anahtardan elektrik kıvılcımları çıkarmayı, Leyden kavanozlarını doldurmayı ve bir elektrik makinesiyle yapılan diğer deneyleri gerçekleştirmeyi başardı (Bu tür deneylerin son derece tehlikeli olduğunu belirtmek gerekir, çünkü bu tür deneyler son derece tehlikelidir). uçurtmalara yıldırım düşebilir ve aynı zamanda deneycinin vücudundan Dünya'ya büyük yükler geçecektir. Fizik tarihinde Lomonosov ile birlikte çalışan G.V. Richman bu şekilde öldü. 1753'te St. Petersburg'da).
Böylece fırtına bulutlarının gerçekten de yüksek oranda elektrik yüklü olduğu ortaya çıktı.
Fırtına bulutunun farklı kısımları farklı işaretlere sahip yükler taşır. Çoğu zaman, bulutun alt kısmı (Dünyaya doğru yansıyan) negatif yüklüdür ve üst kısmı pozitif yüklüdür. Bu nedenle zıt yüklü kısımlarla iki bulut birbirine yaklaşırsa aralarında şimşek çakar. Ancak yıldırım deşarjı başka şekillerde de meydana gelebilir. Dünya'nın üzerinden geçen bir fırtına bulutu, yüzeyinde büyük indüklenmiş yükler oluşturur ve bu nedenle bulut ve Dünya'nın yüzeyi, büyük bir kapasitörün iki plakasını oluşturur. Bulut ile Dünya arasındaki potansiyel farkı yüz milyonlarca voltla ölçülen çok büyük değerlere ulaşır ve havada güçlü bir elektrik alanı oluşur. Bu alanın gücü yeterince büyük olursa bir arıza meydana gelebilir; yıldırımın dünyaya çarpması. Aynı zamanda yıldırım bazen insanlara çarparak yangınlara neden olur.
Yıldırım üzerinde yapılan çok sayıda araştırmaya göre, kıvılcım yükü aşağıdaki yaklaşık sayılarla karakterize edilir: bulut ile Dünya arasındaki voltaj (U) 0,1 GV (gigavolt);
yıldırımdaki akım gücü (I) 0,1 MA (megaamper);
yıldırım süresi (t) 1 μs (mikrosaniye);
Işık kanalının çapı 10-20 cm'dir.
Şimşekten sonra meydana gelen gök gürültüsü, laboratuvar kıvılcımı sıçradığında çıkan çatırtı sesiyle aynı kökene sahiptir. Yani yıldırım kanalının içindeki hava çok ısınarak genleşir ve bu nedenle ses dalgaları ortaya çıkar. Bulutlardan, dağlardan vb. yansıyan bu dalgalar genellikle uzun bir yankı, yani gök gürültüsü yaratır.
Korona deşarjı. Bir iyon çığının oluşması her zaman bir kıvılcıma yol açmaz, ancak aynı zamanda başka bir tür deşarja (korona deşarjı) da neden olabilir.
Çapı milimetrenin onda biri kadar olan metal bir teli iki yüksek yalıtkan destek üzerine gerelim ve bunu birkaç bin voltluk bir voltaj üreten bir jeneratörün negatif kutbuna bağlayalım. Jeneratörün ikinci direğini Dünya'ya götüreceğiz. Sonuç, plakaları tel ve odanın duvarları olan ve elbette Dünya ile iletişim kuran bir tür kapasitördür. 
Bu kapasitördeki alan çok homojen değildir ve ince bir telin yakınındaki yoğunluğu çok yüksektir. Gerilimi kademeli olarak artırarak ve teli karanlıkta gözlemleyerek, belirli bir voltajda telin yanında teli her yönden kaplayan zayıf bir parıltının (korona) göründüğünü fark edebilirsiniz; buna bir tıslama sesi ve hafif bir çatırtı sesi eşlik ediyor. Tel ile kaynak arasına hassas bir galvanometre bağlanırsa, o zaman bir parıltı görünümüyle galvanometre, jeneratörden teller yoluyla tele ve ondan odanın havası yoluyla duvarlara akan gözle görülür bir akımı gösterir; tel ile duvarlar arasında darbe iyonizasyonu nedeniyle odada oluşan iyonlar tarafından aktarılır. Bu nedenle, havanın parlaması ve akımın ortaya çıkması, elektrik alanının etkisi altında havanın güçlü iyonizasyonunu gösterir. Korona deşarjı yalnızca telin yakınında değil, aynı zamanda uçta ve genel olarak yakınında çok güçlü homojen olmayan bir alanın oluştuğu herhangi bir elektrotun yakınında da meydana gelebilir.
Korona deşarjının uygulanması. Elektrikli gaz arıtma (elektrikli çöktürücüler). Dumanla dolu bir kap, içine bir elektrikli makineye bağlı keskin metal elektrotlar sokulursa ve tüm katı ve sıvı parçacıklar elektrotların üzerinde biriktirilirse aniden tamamen şeffaf hale gelir. Deneyin açıklaması şu şekildedir: Teldeki korona ateşlendiğinde tüpün içindeki hava yüksek oranda iyonize olur. Gaz iyonları toz parçacıklarına yapışarak onları şarj eder. Tüpün içinde güçlü bir elektrik alanı olduğundan, yüklü toz parçacıkları alanın etkisi altında elektrotlara doğru hareket ederek burada yerleşirler.
Sayaçlar temel parçacıklar
. Bir Geiger-Müller parçacık sayacı, folyoyla kaplı bir pencere ve silindirin ekseni boyunca gerilen ve ondan yalıtılmış ince bir metal tel ile donatılmış küçük bir metal silindirden oluşur. Sayaç, voltajı birkaç bin volt olan bir akım kaynağı içeren bir devreye bağlanır. Gerilim, ölçüm cihazının içinde bir korona deşarjının ortaya çıkması için gerektiği şekilde seçilir. 
Hızlı hareket eden bir elektron sayaca girdiğinde, sayacın içindeki gaz moleküllerini iyonize ederek koronayı tutuşturmak için gereken voltajın bir miktar azalmasına neden olur. Sayaçta bir deşarj meydana gelir ve devrede zayıf bir kısa süreli akım belirir. Bunu tespit etmek için devreye çok yüksek bir direnç (birkaç megaohm) verilir ve buna paralel olarak hassas bir elektrometre bağlanır. Hızlı bir elektron sayaca her çarptığında, elektrometre sayfası eğilecektir.
Bu tür sayaçlar yalnızca hızlı elektronları değil aynı zamanda genel olarak çarpışmalar yoluyla iyonizasyon üretebilen yüklü, hızlı hareket eden parçacıkları da kaydetmeyi mümkün kılar. Modern sayaçlar, içlerine tek bir parçacığın bile girişini kolayca tespit eder ve bu nedenle, temel yüklü parçacıkların doğada gerçekten var olduğunun tam bir güvenilirlik ve çok net bir netlikle doğrulanmasını mümkün kılar.
Paratoner. Tüm yerkürenin atmosferinde aynı anda yaklaşık 1.800 fırtınanın meydana geldiği ve saniyede ortalama 100 kadar yıldırım çarpmasına neden olduğu tahmin edilmektedir. Her ne kadar herhangi bir kişiye yıldırım çarpması ihtimali ihmal edilebilir düzeyde olsa da, yıldırım yine de çok fazla zarara neden olur. Şu anda büyük enerji hatlarında yaşanan kazaların yaklaşık yarısının yıldırımdan kaynaklandığını belirtmek yeterli. Bu nedenle yıldırımdan korunma önemli bir görevdir.
Lomonosov ve Franklin yalnızca yıldırımın elektriksel doğasını açıklamakla kalmadı, aynı zamanda yıldırım çarpmasına karşı koruma sağlayacak bir paratonerin nasıl yapılabileceğini de gösterdi. Paratoner, korunan binanın en yüksek noktasının üzerinde üst ucu keskinleştirilmiş ve güçlendirilmiş uzun bir teldir. Telin alt ucu bir metal levhaya bağlanır ve levha, toprak suyu seviyesinde toprağa gömülür. Fırtına sırasında, Dünya üzerinde büyük indüklenmiş yükler ortaya çıkar ve Dünya yüzeyinde büyük bir elektrik alanı ortaya çıkar. Keskin iletkenlerin yakınında gerilimi çok yüksektir ve bu nedenle paratonerin ucunda bir korona deşarjı ateşlenir. Bunun sonucunda indüklenen yükler bina üzerinde birikemez ve yıldırım oluşmaz. Yıldırımın meydana geldiği durumlarda (ki bu tür durumlar çok nadirdir), paratonere çarpar ve yükler binaya zarar vermeden Dünya'ya gider.
Bazı durumlarda, bir paratonerden gelen korona deşarjı o kadar güçlüdür ki, uçta açıkça görülebilen bir parıltı ortaya çıkar. Bu parıltı bazen diğer sivri nesnelerin yakınında, örneğin gemi direklerinin uçlarında, keskin ağaç tepelerinde vb. ortaya çıkar. Bu fenomen birkaç yüzyıl önce fark edildi ve gerçek özünü anlamayan denizciler arasında batıl inançlara neden oldu.
Elektrik arkı. 1802'de Rus fizikçi V.V. Petrov (1761-1834), büyük bir elektrik pilinin kutuplarına iki parça taktığınızda şunu buldu: odun kömürü ve kömürleri temas ettirerek hafifçe birbirinden ayırın, kömürlerin uçları arasında parlak bir alev oluşacak ve kömürlerin uçları göz kamaştırıcı bir ışık yayarak akkor hale gelecektir.
Bir elektrik arkı üretmek için en basit cihaz, kömür almanın daha iyi olduğu iki elektrottan oluşur, ancak grafit, kurum ve bağlayıcıların bir karışımının preslenmesiyle elde edilen özel olarak yapılmış çubuklar. Akım kaynağı, güvenlik amacıyla reostatın dahil edildiği bir aydınlatma ağı olabilir.
Sıkıştırılmış gazda (20 atm) sabit bir akımda bir arkın yanmasını zorlayarak, pozitif elektrotun ucunun sıcaklığını 5900°C'ye getirmek mümkün oldu; güneşin yüzey sıcaklığına kadar. İyi elektrik iletkenliğine sahip olan ve içinden elektrik yükünün aktığı bir gaz ve buhar kolonu daha da yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Bu gazların ve buharların, arkın elektrik alanı tarafından tahrik edilen elektronlar ve iyonlar tarafından enerjik bombardımanı, kolondaki gazların sıcaklığını 6000-7000°C'ye getirir. Gazın bu kadar güçlü iyonlaşması, yalnızca ark katotunun çok sayıda elektron yayması nedeniyle mümkündür ve bu elektronlar, darbeleriyle boşaltma alanındaki gazı iyonize eder. Ark katotunun kendisinin çok yüksek bir sıcaklığa (2200'den 3500°C'ye) kadar ısıtılması gerçeğiyle katottan güçlü elektron emisyonu sağlanır. Arkı tutuşturmak için kömürler temas ettirildiğinde, kömürlerin içinden geçen akımın Joule ısısının neredeyse tamamı temas noktasında açığa çıkar ve bu da oldukça yüksek bir dirence sahiptir. Bu nedenle kömürlerin uçları çok ısınır ve bu, birbirlerinden ayrıldıklarında aralarında bir ark oluşması için yeterlidir. Daha sonra arkın katodu, arkın içinden geçen akımın kendisi tarafından ısıtılmış bir durumda tutulur. Bunda asıl rol, katodun üzerine gelen pozitif iyonlar tarafından bombardıman edilmesiyle oynanır.
Arkın akım-gerilim karakteristiği tamamen benzersizdir. Ark deşarjında akım arttıkça ark terminallerindeki voltaj azalır; arkın düşen bir akım-gerilim karakteristiği vardır.
Ark deşarjının uygulanması. Aydınlatma. Yüksek sıcaklık nedeniyle ark elektrotları göz kamaştırıcı bir ışık yayar (gazın emisyonu küçük olduğundan ark sütununun parlaklığı daha zayıftır) ve bu nedenle elektrik arkı en iyi ışık kaynaklarından biridir. Mum başına yalnızca 3 watt tüketir ve en iyi akkor lambalardan önemli ölçüde daha ekonomiktir. Elektrik arkı ilk kez 1875 yılında Rus mühendis-mucit P.N. tarafından aydınlatma için kullanıldı. Yablochkin (1847-1894) tarafından icat edildi ve “Rus ışığı” veya “kuzey ışığı” adını aldı. Kaynak. Metal parçaları kaynaklamak için bir elektrik arkı kullanılır. Kaynak yapılan parçalar pozitif elektrot görevi görür; akım kaynağının negatif kutbuna bağlı kömürle bunlara dokunulduğunda, gövdeler ile kömür arasında metali eriten bir ark oluşturulur. Merkür yayı. Kuvars lamba olarak adlandırılan kuvars tüpte yanan cıva arkı büyük ilgi çekicidir. Bu lambada ark deşarjı havada değil, lambaya az miktarda cıvanın verildiği ve havanın dışarı pompalandığı bir cıva buharı atmosferinde meydana gelir. Cıva ark ışığı, güçlü kimyasallara sahip olan ultraviyole ışınlar açısından son derece zengindir ve fizyolojik etki. Bu radyasyonu kullanabilmek için lamba, UV ışınlarını güçlü bir şekilde emen camdan değil, erimiş kuvarstan yapılmıştır. Cıva lambaları çeşitli hastalıkların tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. bilimsel araştırma Güçlü bir ultraviyole radyasyon kaynağı olarak.
Bilgi kaynağı olarak Temel Fizik Ders Kitabı kullanılmıştır.
Akademisyen G.S. Landsberg (cilt 2). Moskova, "Nauka" yayınevi, 1985.
MARKIDONOV TIMUR, Irkutsk tarafından tamamlandı.
Elektrik akımı, elektrik yüklü parçacıkların düzenli hareketinden kaynaklanan bir akıştır. Yüklerin hareketi elektrik akımının yönü olarak alınır. Elektrik akımı kısa süreli veya uzun süreli olabilir.
Elektrik akımı kavramı
Yıldırım düşmesi sırasında kısa süreli olarak adlandırılan bir elektrik akımı meydana gelebilir. Akımı uzun süre korumak için bir elektrik alanının ve serbest elektrik yükü taşıyıcılarının varlığı gereklidir.
Farklı yüklü cisimler tarafından bir elektrik alanı yaratılır. Akım gücü, bir iletkenin kesitinden belirli bir zaman aralığında aktarılan yükün bu zaman aralığına oranıdır. Amper cinsinden ölçülür.
Pirinç. 1. Mevcut formül
Gazlarda elektrik akımı
Gaz molekülleri normal koşullar altında elektrik akımını iletmez. Yalıtkanlardır (dielektrikler). Ancak koşullar değişirse çevre gazlar elektriği iletebilir. İyonlaşmanın bir sonucu olarak (ısıtıldığında veya radyoaktif radyasyonun etkisi altında), gazlarda genellikle "elektrik deşarjı" terimi ile değiştirilen bir elektrik akımı ortaya çıkar.
Kendi kendine yeten ve kendi kendine yetmeyen gaz deşarjları
Gazdaki deşarjlar bağımsız olabilir veya kendi kendini idame ettiremez. Ücretsiz masraflar ortaya çıktığında akım var olmaya başlar. Kendi kendini idame ettiremeyen deşarjlar, üzerine harici bir kuvvet, yani harici bir iyonlaştırıcı etki ettiği sürece mevcuttur. Yani, harici iyonlaştırıcı çalışmayı durdurursa akım da durur.
Gazlarda elektrik akımının kendiliğinden deşarjı, harici iyonlaştırıcının kesilmesinden sonra bile mevcuttur. Fizikteki bağımsız deşarjlar sessiz, parıltılı, ark, kıvılcım, koronaya ayrılır.
- Sessizlik – bağımsız kategorilerin en zayıfı. İçindeki akım gücü çok küçüktür (1 mA'dan fazla değil). Ses veya ışık fenomeni eşlik etmez.
- için için yanan Sessiz deşarjda voltajı artırırsanız bir sonraki seviyeye, parlak deşarja geçer. Bu durumda, rekombinasyonun eşlik ettiği bir parıltı ortaya çıkar. Rekombinasyon – ters iyonlaşma süreci, bir elektron ile pozitif bir iyonun buluşması. Bakteri öldürücü ve aydınlatma lambalarında kullanılır.
Pirinç. 2. Kızdırma deşarjı
- Yay – akım gücü 10 A ila 100 A arasındadır. İyonlaşma neredeyse %100'dür. Bu tür bir boşalma, örneğin bir kaynak makinesinin çalışması sırasında meydana gelir.
Pirinç. 3. Ark deşarjı
- Kıvılcım – ark deşarj türlerinden biri olarak düşünülebilir. Böyle bir deşarj sırasında çok kısa sürede belli miktarda elektrik akar.
- Korona deşarjı – Moleküllerin iyonizasyonu, küçük eğrilik yarıçapına sahip elektrotların yakınında meydana gelir. Bu tür şarj, elektrik alan kuvvetinin aniden değişmesi durumunda meydana gelir.
Ne öğrendik?
Bir gazın atomları ve molekülleri nötrdür. Dışarıya maruz kaldıklarında şarj olurlar. Gazlardaki elektrik akımından kısaca bahsedersek, parçacıkların (pozitif iyonların katoda ve negatif iyonlar anoda). Bir gaz iyonize edildiğinde iletken özelliklerinin iyileşmesi de önemlidir.
Gazlarda kendi kendine yetmeyen ve kendi kendine yeten elektrik deşarjları vardır.
Yalnızca gaz üzerinde bazı dış etkilerin olması durumunda gözlemlenen, bir gazın içinden geçen elektrik akımı olgusuna, kendi kendini idame ettiremeyen bir elektrik deşarjı denir. Bir atomdan bir elektronun uzaklaştırılması işlemine atomun iyonlaşması denir. Bir atomdan bir elektron koparmak için harcanması gereken minimum enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. Yoğunlukları pozitif ve kısmen veya tamamen iyonlaşmış bir gazdır. negatif masraflar aynı, denir plazma.
Kendi kendine devam etmeyen bir deşarj sırasında elektrik akımının taşıyıcıları pozitif iyonlar ve negatif elektronlardır. Akım-gerilim karakteristiği Şekil 2'de gösterilmektedir. 54. OAV alanında - kendi kendine yetmeyen deşarj. BC bölgesinde deşarj bağımsız hale gelir.
Kendi kendine deşarj sırasında atomları iyonize etmenin yollarından biri elektron darbeli iyonizasyondur. Elektron darbe iyonizasyonu, ortalama serbest yol A'daki bir elektronun elektron almasıyla mümkün olur. kinetik enerji Wk, bir atomdan bir elektronun çıkarılması işini gerçekleştirmek için yeterlidir. Gazlarda bağımsız deşarj türleri - kıvılcım, korona, ark ve kızdırma deşarjları.
Kıvılcım deşarjı Farklı yüklerle yüklenmiş ve büyük potansiyel farkına sahip iki elektrot arasında meydana gelir. Farklı yüklü gövdeler arasındaki voltaj 40.000 V'a kadar ulaşır. Kıvılcım deşarjı kısa sürelidir, mekanizması elektronik darbedir. Yıldırım bir tür kıvılcım deşarjıdır.
Son derece heterojen elektrik alanlarıörneğin bir uç ile bir düzlem arasında veya bir güç hattı teli ile Dünya yüzeyi arasında oluşan gazlarda, gazlarda özel bir bağımsız deşarj şekli meydana gelir; korona akıntısı.
Elektrik ark deşarjı 1802 yılında Rus bilim adamı V.V. Petrov tarafından keşfedilmiştir. 40-50 V voltajda iki karbon elektrot temas ettiğinde bazı yerlerde yüksek elektrik direncine sahip küçük kesitli alanlar ortaya çıkar. Bu alanlar çok ısınır ve elektrotlar arasındaki atomları ve molekülleri iyonize eden elektronlar yayar. Arktaki elektrik akımının taşıyıcıları pozitif yüklü iyonlar ve elektronlardır.
Azaltılmış basınçta meydana gelen boşalıma denir kızdırma deşarjı. Basınç azaldıkça elektronun ortalama serbest yolu artar ve çarpışmalar arasındaki süre boyunca daha düşük yoğunluklu bir elektrik alanında iyonizasyon için yeterli enerji elde etmeyi başarır. Deşarj bir elektron-iyon çığıyla gerçekleştirilir.
