Bu qisqacha xulosa.
To'liq versiya ustida ishlash davom etmoqda
Leksiya2 1
Gazlardagi oqim
1. Umumiy qoidalar
Ta'rif: Gazlarda elektr tokining o'tish hodisasi deyiladi gaz chiqishi.
Gazlarning xatti-harakati uning parametrlariga, masalan, harorat va bosimga bog'liq va bu parametrlar juda oson o'zgaradi. Shuning uchun gazlardagi elektr tokining oqimi metallarga yoki vakuumga qaraganda ancha murakkab.
Gazlar Ohm qonuniga bo'ysunmaydi.
2. Ionlanish va rekombinatsiya
Gaz normal sharoitlar, deyarli neytral molekulalardan iborat, shuning uchun u juda yomon o'tkazadi elektr toki. Biroq, tashqi ta'sirlar ostida, elektron atomdan chiqishi mumkin va musbat zaryadlangan ion paydo bo'ladi. Bundan tashqari, elektron neytral atomga qo'shilib, manfiy zaryadlangan ion hosil qilishi mumkin. Shunday qilib, ionlangan gazni olish mumkin, ya'ni. plazma.
Tashqi ta'sirlar orasida isitish, energetik fotonlar bilan nurlanish, boshqa zarralar tomonidan bombardimon qilish va kuchli maydonlar, ya'ni. elementar emissiya uchun zarur bo'lgan bir xil sharoitlar.
Atomdagi elektron potentsial quduqda bo'lib, u erdan qochish uchun atomga qo'shimcha energiya berish kerak, bu ionlanish energiyasi deb ataladi.
|
Modda |
Ionlanish energiyasi, eV |
|
vodorod atomi |
13,59 |
|
Vodorod molekulasi |
15,43 |
|
Geliy |
24,58 |
|
kislorod atomi |
13,614 |
|
kislorod molekulasi |
12,06 |
Ionlanish hodisasi bilan bir qatorda rekombinatsiya hodisasi ham kuzatiladi, ya'ni. elektron va musbat ionning birlashishi neytral atom hosil qiladi. Bu jarayon ionlanish energiyasiga teng energiya chiqishi bilan sodir bo'ladi. Bu energiya radiatsiya yoki isitish uchun ishlatilishi mumkin. Gazning mahalliy isishi bosimning mahalliy o'zgarishiga olib keladi. Bu esa o'z navbatida olib keladi tovush to'lqinlari. Shunday qilib, gazning chiqishi yorug'lik, issiqlik va shovqin effektlari bilan birga keladi.
3. Gaz razryadning CVC.
Yoniq dastlabki bosqichlar tashqi ionizatorning harakati zarur.
BAW qismida oqim tashqi ionizator ta'sirida mavjud bo'lib, barcha ionlangan zarralar joriy avlodda ishtirok etganda tezda to'yinganlikka erishadi. Agar siz tashqi ionizatorni olib tashlasangiz, oqim to'xtaydi.
Bu turdagi razryadlar o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan gaz razryadlari deb ataladi. Gazdagi kuchlanishni oshirishga harakat qilganingizda, elektronlarning ko'chkisi paydo bo'ladi va oqim amalda doimiy kuchlanishda kuchayadi, bu ateşleme kuchlanishi (BC) deb ataladi.
Shu paytdan boshlab, tushirish mustaqil bo'ladi va tashqi ionizatorga ehtiyoj qolmaydi. Ionlarning soni shunchalik ko'p bo'lishi mumkinki, elektrodlararo bo'shliqning qarshiligi pasayadi va shunga mos ravishda kuchlanish (SD) pasayadi.
Keyin elektrodlararo bo'shliqda oqim o'tish hududi torayib, qarshilik kuchayadi va natijada kuchlanish (DE) ortadi.
Voltajni oshirmoqchi bo'lganingizda, gaz to'liq ionlanadi. Qarshilik va kuchlanish nolga tushadi va oqim ko'p marta ko'tariladi. Bu yoy zaryadsizlanishi bo'lib chiqdi (EF).
CVC gazning Ohm qonuniga umuman bo'ysunmasligini ko'rsatadi.
4. Gazdagi jarayonlar
mumkin bo'lgan jarayonlar elektron ko'chkilarning shakllanishiga olib keladi tasvir ustida.
Bular Taunsendning sifat nazariyasining elementlari.
5. Yorqin oqim.
Da past bosimlar va kichik kuchlanishlar, bu tushirishni kuzatish mumkin.
K - 1 (qorong'u Aston maydoni).
1 - 2 (nurli katod plyonkasi).
2 - 3 (qorong'u Crookes maydoni).
3 - 4 (birinchi katod porlashi).
4-5 (qorong'u Faraday fazosi)
5 - 6 (musbat anod ustuni).
6 - 7 (anodik qorong'u bo'shliq).
7 - A (anod porlashi).
Agar anod harakatlanuvchi qilib qo'yilgan bo'lsa, u holda musbat ustunning uzunligi amalda K-5 hududining o'lchamini o'zgartirmasdan sozlanishi mumkin.
Qorong'i hududlarda zarralar tezlashadi va energiya to'planadi, yorug'lik zonalarida ionlanish va rekombinatsiya jarayonlari sodir bo'ladi.
Fizika referat
mavzusida:
"Gazlardagi elektr toki".
Gazlardagi elektr toki.
1. Gazlardagi elektr zaryadsizlanishi.
Barcha gazlar tabiiy holatda elektr tokini o'tkazmaydi. Buni quyidagi tajribadan ko'rish mumkin:
Yassi kondensatorning disklari biriktirilgan elektrometrni olib, uni zaryad qilaylik. Xona haroratida, agar havo etarlicha quruq bo'lsa, kondansatör sezilarli darajada zaryadsizlanmaydi - elektrometr ignasining holati o'zgarmaydi. Elektrometr ignasining og'ish burchagining pasayishini sezish uchun bu talab qilinadi uzoq vaqt. Bu disklar orasidagi havodagi elektr tokining juda kichik ekanligini ko'rsatadi. Bu tajriba shuni ko'rsatadiki, havo elektr tokini yomon o'tkazuvchidir.
Tajribani o'zgartiramiz: disklar orasidagi havoni spirtli chiroq alangasi bilan qizdiramiz. Keyin elektrometr ko'rsatkichining burilish burchagi tezda pasayadi, ya'ni. kondansatör disklari orasidagi potentsial farq kamayadi - kondansatör zaryadsizlanadi. Natijada, disklar orasidagi isitiladigan havo o'tkazgichga aylandi va unda elektr toki paydo bo'ladi.
Gazlarning izolyatsion xususiyatlari ularda erkin elektr zaryadlari yo'qligi bilan izohlanadi: gazlarning tabiiy holatidagi atomlari va molekulalari neytraldir.
2. Gazlarning ionlanishi.
Yuqoridagi tajriba shuni ko'rsatadiki, zaryadlangan zarralar yuqori harorat ta'sirida gazlarda paydo bo'ladi. Ular gaz atomlaridan bir yoki bir nechta elektronning bo'linishi natijasida paydo bo'ladi, buning natijasida neytral atom o'rniga musbat ion va elektronlar paydo bo'ladi. Hosil bo'lgan elektronlarning bir qismi boshqa neytral atomlar tomonidan ushlanishi mumkin, keyin esa ko'proq manfiy ionlar paydo bo'ladi. Gaz molekulalarining elektron va musbat ionlarga parchalanishi deyiladi gazlarning ionlanishi.
Gazni yuqori haroratgacha qizdirish gaz molekulalarini yoki atomlarini ionlashtirishning yagona usuli emas. Gazning ionlanishi turli xil tashqi o'zaro ta'sirlar ta'sirida sodir bo'lishi mumkin: gazning kuchli qizishi, rentgen nurlari, radioaktiv parchalanishdan kelib chiqadigan a-, b- va g-nurlari, kosmik nurlar, gaz molekulalarini tez harakatlanuvchi elektronlar yoki ionlar tomonidan bombardimon qilish. Gazning ionlanishiga olib keladigan omillar deyiladi ionizatorlar. Miqdoriy xarakteristikasi ionlash jarayoni xizmat qiladi ionlanish intensivligi, vaqt birligida gazning birlik hajmida paydo bo'ladigan ishora qarama-qarshi zaryadlangan zarrachalar juftlari soni bilan o'lchanadi.
Atomning ionlanishi ma'lum energiya - ionlanish energiyasini sarflashni talab qiladi. Atomni (yoki molekulani) ionlashtirish uchun chiqarilgan elektron va atomning (yoki molekulaning) qolgan zarralari o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlariga qarshi ish qilish kerak. Bu ish A i ionlanish ishi deb ataladi. Ionlash ishining qiymati gazning kimyoviy tabiatiga va atom yoki molekuladagi chiqariladigan elektronning energiya holatiga bog'liq.
Ionizator tugatilgandan so'ng, gazdagi ionlar soni vaqt o'tishi bilan kamayadi va oxir-oqibat ionlar butunlay yo'qoladi. Ionlarning yo'q bo'lib ketishi ionlar va elektronlarning issiqlik harakatida ishtirok etishi va shuning uchun bir-biri bilan to'qnashishi bilan izohlanadi. Ijobiy ion va elektron to'qnashganda, ular neytral atomga qayta qo'shilishi mumkin. Xuddi shunday, musbat va manfiy ionlar to'qnashganda, manfiy ion o'zining ortiqcha elektronini musbat ionga berishi mumkin va ikkala ion ham neytral atomlarga aylanadi. Ionlarning o'zaro neytrallanish jarayoni deyiladi ionlarning rekombinatsiyasi. Ijobiy ion va elektron yoki ikkita ion qayta birlashganda ionlanishga sarflangan energiyaga teng ma'lum energiya ajralib chiqadi. Qisman yorug'lik shaklida chiqariladi va shuning uchun ionlarning rekombinatsiyasi luminesans (rekombinatsiyaning lyuminessensiyasi) bilan birga keladi.
Gazlardagi elektr razryad hodisalarida atomlarning elektron ta'sirida ionlanishi muhim rol o'ynaydi. Bu jarayon shundan iboratki, etarli kinetik energiyaga ega harakatlanuvchi elektron neytral atom bilan to'qnashganda undan bir yoki bir nechta atom elektronlarini chiqarib tashlaydi, buning natijasida neytral atom musbat ionga aylanadi va yangi elektronlar paydo bo'ladi. gaz (bu haqda keyinroq muhokama qilinadi).
Quyidagi jadvalda ba'zi atomlarning ionlanish energiyalari keltirilgan.
3. Gazlarning elektr o'tkazuvchanligi mexanizmi.
Gaz o'tkazuvchanligi mexanizmi elektrolitlar eritmalari va eritmalarining o'tkazuvchanlik mexanizmiga o'xshaydi. Tashqi maydon bo'lmaganda, neytral molekulalar kabi zaryadlangan zarralar tasodifiy harakat qiladi. Agar ionlar va erkin elektronlar tashqi elektr maydonida bo'lsa, ular yo'naltirilgan harakatga keladi va gazlarda elektr tokini hosil qiladi.
Shunday qilib, gazdagi elektr toki musbat ionlarning katod tomon yo'naltirilgan harakati va manfiy ionlar va elektronlar anodga. Gazdagi umumiy oqim zaryadlangan zarrachalarning ikkita oqimidan iborat: anodga o'tadigan oqim va katodga yo'naltirilgan oqim.
Zaryadlangan zarrachalarning neytrallanishi elektrolitlar eritmalari va eritmalari orqali elektr tokining o'tishi kabi elektrodlarda sodir bo'ladi. Shu bilan birga, gazlarda elektrolitlar eritmalarida bo'lgani kabi, elektrodlarda ham moddalar ajralib chiqmaydi. Gaz ionlari elektrodlarga yaqinlashib, ularga o'z zaryadlarini beradi, neytral molekulalarga aylanadi va yana gazga tarqaladi.
Ionlangan gazlar va elektrolitlar eritmalari (eritmalari) ning elektr o'tkazuvchanligidagi yana bir farq shundaki, gazlar orqali oqim o'tish paytida manfiy zaryad asosan manfiy ionlar tomonidan emas, balki elektronlar tomonidan uzatiladi, garchi manfiy ionlar tufayli o'tkazuvchanlik ham o'ynashi mumkin. muayyan rol.
Shunday qilib, gazlarda metallarning o'tkazuvchanligiga o'xshash elektron o'tkazuvchanlik o'tkazuvchanlikka o'xshash ion o'tkazuvchanligi bilan birlashtiriladi. suvli eritmalar va elektrolitlar eriydi.
4. O'z-o'zidan ta'minlanmagan gaz chiqarish.
Elektr tokini gaz orqali o'tkazish jarayoni gaz razryadi deb ataladi. Agar gazning elektr o'tkazuvchanligi tashqi ionizatorlar tomonidan yaratilgan bo'lsa, unda paydo bo'ladigan elektr toki deyiladi. o'z-o'zidan ta'minlanmagan gazning chiqishi. Tashqi ionizatorlarning ta'siri tugashi bilan o'z-o'zidan bo'lmagan oqim to'xtaydi. O'z-o'zidan ta'minlanmagan gaz chiqishi gazning porlashi bilan birga kelmaydi.
Quyida gazdagi o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan oqim uchun oqim kuchining kuchlanishga bog'liqligi grafigi keltirilgan. Grafikni tuzish uchun shisha ichiga ikkita metall elektrod lehimlangan shisha naycha ishlatilgan. Zanjir quyidagi rasmda ko'rsatilganidek yig'iladi.
Muayyan kuchlanishda bir soniyada ionizator tomonidan gazda hosil bo'lgan barcha zaryadlangan zarralar bir vaqtning o'zida elektrodlarga etib boradi. Kuchlanishning yanada oshishi endi tashiladigan ionlar sonining ko'payishiga olib kelishi mumkin emas. Oqim to'yinganlikka etadi (1-grafikning gorizontal qismi).
5. Mustaqil gaz chiqarish.
Tashqi ionizatorning ta'siri tugagandan keyin ham davom etadigan gazdagi elektr razryad deyiladi. mustaqil gaz chiqarish. Uni amalga oshirish uchun o'z-o'zidan tushirish natijasida gazda doimiy ravishda bepul zaryadlar hosil bo'lishi kerak. Ularning paydo bo'lishining asosiy manbai gaz molekulalarining zarba ionlanishidir.
Agar to'yinganlikka erishganimizdan so'ng, biz elektrodlar orasidagi potentsial farqni oshirishni davom ettirsak, u holda etarlicha yuqori kuchlanishdagi oqim kuchi keskin ortadi (2-rasm).
Demak, gazda ionlashtiruvchi ta'siridan hosil bo'ladigan qo'shimcha ionlar paydo bo'ladi. Joriy quvvat yuzlab va minglab marta oshishi mumkin va zaryadsizlanish jarayonida paydo bo'ladigan zaryadlangan zarrachalar soni shunchalik katta bo'lishi mumkinki, razryadni ushlab turish uchun tashqi ionizatorga ehtiyoj qolmaydi. Shuning uchun ionizatorni endi olib tashlash mumkin.
Yuqori kuchlanishlarda tok kuchining keskin o'sishining sabablari nimada? Tashqi ionizator taʼsirida hosil boʻlgan har qanday juft zaryadlangan zarrachalarni (musbat ion va elektron) koʻrib chiqamiz. Shu tarzda paydo bo'lgan erkin elektron musbat elektrodga - anodga, musbat ion esa - katodga qarab harakatlana boshlaydi. Yo'lda elektron ionlar va neytral atomlar bilan uchrashadi. Ikki ketma-ket to'qnashuvlar orasidagi intervallarda elektronning energiyasi elektr maydon kuchlarining ishi tufayli ortadi.
 |
Elektrodlar orasidagi potentsial farq qanchalik katta bo'lsa, elektr maydon kuchi shunchalik katta bo'ladi. Elektronning navbatdagi to'qnashuvdan oldingi kinetik energiyasi maydon kuchiga va elektronning erkin yo'liga mutanosib: MV 2 /2=eEl. Agar elektronning kinetik energiyasi neytral atomni (yoki molekulani) ionlashtirish uchun bajarilishi kerak bo'lgan A i ishdan oshsa, ya'ni. MV 2 >A i, keyin elektron atom (yoki molekula) bilan to'qnashganda u ionlanadi. Natijada, bitta elektron o'rniga ikkita elektron paydo bo'ladi (atomga hujum qiladi va atomdan yirtilib ketadi). Ular, o'z navbatida, maydonda energiya oladi va yaqinlashib kelayotgan atomlarni ionlashtiradi va hokazo. Natijada, zaryadlangan zarrachalar soni tez ko'payadi va elektron ko'chki paydo bo'ladi. Ta'riflangan jarayon deyiladi elektron ta'sir ionlanishi.
Ammo elektron ta'sirida ionlanishning o'zi mustaqil zaryadning saqlanishini ta'minlay olmaydi. Darhaqiqat, shu tarzda paydo bo'lgan barcha elektronlar anod tomon harakatlanadi va anodga etib borganida, "o'yindan chiqib ketadi". Raqamni ushlab turish uchun katoddan elektronlar chiqarilishi kerak ("emissiya" "emissiya" degan ma'noni anglatadi). Elektronning emissiyasi bir necha sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin.
Elektronlarning neytral atomlar bilan to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan musbat ionlar katodga qarab harakatlanayotganda kattaroq bo'ladi. kinetik energiya. Bunday tez ionlar katodga tegsa, elektronlar katod yuzasidan chiqib ketadi.
Bundan tashqari, katod yuqori haroratga qizdirilganda elektronlarni chiqarishi mumkin. Bu jarayon deyiladi termion emissiya. Buni metalldan elektronlarning bug'lanishi deb hisoblash mumkin. Ko'pchilikda qattiq moddalar termion emissiya moddaning bug'lanishi hali ham kichik bo'lgan haroratlarda sodir bo'ladi. Bunday moddalar katodlar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
O'z-o'zidan tushirish vaqtida katodni musbat ionlar bilan bombardimon qilish orqali isitish mumkin. Agar ionlarning energiyasi juda yuqori bo'lmasa, u holda katoddan elektronlar taqillatilmaydi va termion emissiya tufayli elektronlar chiqariladi.
6. O'z-o'zidan zaryadsizlanishning har xil turlari va ularning texnik qo'llanilishi.
Gazning xossalari va holatiga, elektrodlarning tabiati va joylashishiga, shuningdek elektrodlarga qo'llaniladigan kuchlanishga qarab, har xil turlari mustaqil daraja. Keling, ulardan bir nechtasini ko'rib chiqaylik.
A. Yonayotgan oqindi.
Bir necha o'n millimetr simob va undan kam bo'lgan past bosimdagi gazlarda porlash oqimi kuzatiladi. Agar nurli razryadli trubkani ko'rib chiqsak, biz porlash razryadning asosiy qismlari ekanligini ko'rishimiz mumkin katodli qorong'u bo'shliq, undan uzoqda salbiy yoki yonayotgan nur, asta-sekin hududga o'tadi Faraday qorong'u makon. Bu uch mintaqa razryadning katod qismini tashkil qiladi, undan keyin razryadning asosiy yorug'lik qismini tashkil qiladi, bu uning optik xususiyatlarini belgilaydi va deyiladi. ijobiy ustun.
Yorug'lik oqimini saqlashda asosiy rolni uning katod qismining dastlabki ikki mintaqasi o'ynaydi. xarakterli xususiyat bu turdagi oqimdir keskin pasayish katod yaqinidagi potentsial, bu katod yaqinidagi ionlarning nisbatan past tezligi tufayli I va II hududlar chegarasida ijobiy ionlarning yuqori konsentratsiyasi bilan bog'liq. Katod qorong'u fazoda elektronlar va musbat ionlarning kuchli tezlashishi kuzatiladi, elektronlarni katoddan chiqarib yuboradi. Yorqin nurlanish hududida elektronlar gaz molekulalarining kuchli zarba ionlanishini keltirib chiqaradi va energiyasini yo'qotadi. Bu erda musbat ionlar hosil bo'ladi, ular zaryadni ushlab turish uchun zarurdir. Bu mintaqada elektr maydon kuchi past. Yonayotgan porlash asosan ionlar va elektronlarning rekombinatsiyasidan kelib chiqadi. Katod qorong'u maydonining uzunligi gaz va katod materialining xususiyatlari bilan belgilanadi.
Ijobiy ustun hududida elektronlar va ionlarning kontsentratsiyasi taxminan bir xil va juda yuqori, bu esa musbat ustunning yuqori elektr o'tkazuvchanligiga va undagi potentsialning bir oz pasayishiga olib keladi. Ijobiy ustunning porlashi hayajonlangan gaz molekulalarining porlashi bilan belgilanadi. Anod yaqinida yana potentsialning nisbatan keskin o'zgarishi kuzatiladi, bu ijobiy ionlarning hosil bo'lish jarayoni bilan bog'liq. Ba'zi hollarda ijobiy ustun alohida yorug'lik joylariga bo'linadi - qatlamlar, qorong'u joylar bilan ajratilgan.
Ijobiy ustun porlashni ushlab turishda muhim rol o'ynamaydi, shuning uchun trubaning elektrodlari orasidagi masofa kamayishi bilan musbat ustunning uzunligi kamayadi va u butunlay yo'q bo'lib ketishi mumkin. Vaziyat elektrodlar bir-biriga yaqinlashganda o'zgarmaydigan katod qorong'i bo'shliqning uzunligi bilan farq qiladi. Agar elektrodlar shunchalik yaqin bo'lsa, ular orasidagi masofa katod qorong'i bo'shlig'ining uzunligidan kamroq bo'lsa, gazda porlash to'xtaydi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, boshqa narsalar teng bo'lganda, katod qorong'i fazosining uzunligi d gaz bosimiga teskari proportsionaldir. Binobarin, yetarlicha past bosimlarda katoddan musbat ionlar bilan urilgan elektronlar gazdan deyarli molekulalari bilan to‘qnashmasdan o‘tib, hosil bo‘ladi. elektron, yoki katod nurlari .
Glow razryad elektron va ion nurlarini olish uchun gaz-yorug'lik naychalari, lyuminestsent lampalar, kuchlanish stabilizatorlari ishlatiladi. Agar katodda tirqish hosil bo'lsa, u holda tor ion nurlari katod orqasidagi bo'shliqqa o'tadi, ular ko'pincha deyiladi. kanal nurlari. keng tarqalgan hodisa katodli purkash, ya'ni. musbat ionlar ta'sirida katod yuzasining buzilishi. Katod materialining ultramikroskopik bo'laklari to'g'ri chiziqlar bo'ylab barcha yo'nalishlarda uchadi va yupqa qatlamli trubkaga joylashtirilgan jismlar (ayniqsa dielektriklar) yuzasini qoplaydi. Shu tarzda bir qator qurilmalar uchun nometall tayyorlanadi, selenli fotoelementlarga yupqa metall qatlam qo'llaniladi.
b. Korona oqishi.
Korona oqishi qachon sodir bo'ladi normal bosim o'ta bir xil bo'lmagan elektr maydonidagi gazda (masalan, yuqori kuchlanish liniyalarining shpiklari yoki simlari yaqinida). Toj ajralishida gazning ionlanishi va uning porlashi faqat toj elektrodlari yaqinida sodir bo'ladi. Katod toji (salbiy toj) holatida gaz molekulalarining ionlanishiga olib keladigan elektronlar musbat ionlar bilan bombardimon qilinganda katoddan chiqib ketadi. Agar anod toj (musbat toj) bo'lsa, elektronlarning tug'ilishi anod yaqinidagi gazning fotoionlanishi tufayli sodir bo'ladi. Korona - zararli hodisa bo'lib, oqim oqish va elektr energiyasini yo'qotish bilan birga keladi. Koronani kamaytirish uchun o'tkazgichlarning egrilik radiusi oshiriladi va ularning yuzasi iloji boricha silliq bo'ladi. Elektrodlar orasidagi etarlicha yuqori kuchlanishda tojning chiqishi uchqunga aylanadi.
Ko'tarilgan kuchlanishda, uchidagi toj ajralishi uchidan chiqadigan va vaqt o'tishi bilan almashinadigan yorug'lik chiziqlari shaklini oladi. Bir qator burmalar va egilishlarga ega bo'lgan bu chiziqlar o'ziga xos cho'tka hosil qiladi, buning natijasida bunday oqim deyiladi. karpal .
Zaryadlangan momaqaldiroq buluti uning ostidagi Yer yuzasida qarama-qarshi belgili elektr zaryadlarini keltirib chiqaradi. Maslahatlarda ayniqsa katta zaryad to'planadi. Shuning uchun, momaqaldiroqdan oldin yoki momaqaldiroq paytida, cho'tka kabi yorug'lik konuslari ko'pincha yuqori ko'tarilgan narsalarning nuqtalari va o'tkir burchaklarida yonib ketadi. Qadim zamonlardan beri bu porlash Sankt Elmoning olovlari deb ataladi.
Ayniqsa, ko'pincha alpinistlar bu hodisaning guvohi bo'lishadi. Ba'zan nafaqat metall buyumlar, balki boshdagi sochlarning uchlari ham kichik nurli to'qmoqlar bilan bezatilgan.
Yuqori kuchlanish bilan ishlashda korona zaryadini hisobga olish kerak. Agar chiqadigan qismlar yoki juda yupqa simlar bo'lsa, korona oqishi boshlanishi mumkin. Buning natijasida quvvat oqib chiqadi. Yuqori kuchlanish liniyasining kuchlanishi qanchalik baland bo'lsa, simlar qanchalik qalin bo'lishi kerak.
C. Uchqun chiqishi.
Uchqun chiqishi yorqin zigzagli dallanadigan filament-kanallar ko'rinishiga ega bo'lib, ular tushirish bo'shlig'iga kirib, yo'qolib, yangilari bilan almashtiriladi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, uchqun chiqarish kanallari ba'zan musbat elektroddan, ba'zan salbiydan, ba'zan esa elektrodlar orasidagi bir nuqtadan o'sishni boshlaydi. Bu uchqun chiqishi bilan ta'sir ionlashuvi gazning butun hajmida emas, balki ion kontsentratsiyasi tasodifan eng yuqori bo'lgan joylarda o'tadigan alohida kanallar orqali sodir bo'lishi bilan izohlanadi. Uchqun chiqishi chiqishi bilan birga keladi katta raqam issiqlik, gazning yorqin porlashi, yorilish yoki momaqaldiroq. Bu hodisalarning barchasi uchqun kanallarida sodir bo'lgan elektron va ion ko'chkilari tufayli yuzaga keladi va bosimning 10 7 ¸ 10 8 Pa ga va haroratning 10 000 ° C gacha ko'tarilishiga olib keladi.
Uchqun chiqishining odatiy misoli chaqmoqdir. Asosiy chaqmoq kanalining diametri 10 dan 25 sm gacha, chaqmoq uzunligi esa bir necha kilometrga yetishi mumkin. Maksimal kuch Chaqmoq zarbasining oqimi o'nlab va yuz minglab amperlarga etadi.
Bo'shatish bo'shlig'ining kichik uzunligi bilan uchqun chiqishi anodning o'ziga xos yo'q qilinishiga olib keladi, eroziya. Ushbu hodisa kesish, burg'ulash va boshqa turdagi nozik metallni qayta ishlashning elektrospark usulida ishlatilgan.
Uchqun bo'shlig'i kuchlanishdan himoya qiluvchi sifatida ishlatiladi elektr liniyalari uzatish (masalan, telefon liniyalarida). Agar kuchli qisqa muddatli oqim chiziq yaqinida o'tsa, u holda bu liniyaning simlarida kuchlanish va oqimlar paydo bo'ladi, bu elektr inshootini buzishi mumkin va inson hayoti uchun xavflidir. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun ikkita kavisli elektroddan iborat bo'lgan maxsus sigortalar qo'llaniladi, ulardan biri chiziqqa ulangan, ikkinchisi esa erga ulangan. Agar chiziqning erga nisbatan potentsiali sezilarli darajada oshsa, elektrodlar o'rtasida uchqun chiqishi paydo bo'ladi, u bilan isitiladigan havo bilan birga ko'tariladi, uzayadi va uziladi.
Nihoyat, elektr uchqun yordamida katta potentsial farqlarni o'lchash uchun foydalaniladi to'p bo'shlig'i, ularning elektrodlari silliqlangan yuzasi bo'lgan ikkita metall to'pdir. To'plar bir-biridan uzoqlashtiriladi va ularga o'lchangan potentsial farq qo'llaniladi. Keyin to'plar ular orasida uchqun otguncha birlashtiriladi. To'plarning diametrini, ular orasidagi masofani, havoning bosimini, harorati va namligini bilib, ular maxsus jadvallar bo'yicha to'plar orasidagi potentsial farqni topadilar. Ushbu usul o'n minglab voltsli potentsial farqlarni bir necha foizgacha o'lchash uchun ishlatilishi mumkin.
D. Ark zaryadsizlanishi.
Ark zaryadini 1802 yilda V. V. Petrov kashf etgan. Bu razryad gaz deşarj shakllaridan biri bo'lib, u yuqori oqim zichligida va elektrodlar orasidagi nisbatan past kuchlanishda (bir necha o'n volt tartibida) sodir bo'ladi. Ark zaryadsizlanishining asosiy sababi issiq katod tomonidan termoelektronlarning intensiv emissiyasidir. Bu elektronlar elektr maydon tomonidan tezlashadi va gaz molekulalarining zarba ionlanishini hosil qiladi, buning natijasida elektr qarshilik elektrodlar orasidagi gaz bo'shlig'i nisbatan kichik. Agar biz tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshiligini kamaytirsak, kamon zaryadining oqimini oshirsak, gaz bo'shlig'ining o'tkazuvchanligi shunchalik ko'payadiki, elektrodlar orasidagi kuchlanish kamayadi. Shuning uchun, yoy razryadlari tok kuchlanishining pasayish xususiyatiga ega deyiladi. Atmosfera bosimida katod harorati 3000 °C ga etadi. Elektronlar anodni bombardimon qilib, unda chuqurcha (krater) hosil qiladi va uni isitadi. Kraterning harorati taxminan 4000 ° C, yuqori havo bosimida esa 6000-7000 ° S ga etadi. Ark chiqarish kanalidagi gazning harorati 5000-6000 ° S ga etadi, shuning uchun unda kuchli termal ionlanish sodir bo'ladi.
Bir qator hollarda, katodning nisbatan past haroratida (masalan, simob yoy chiroqida) kamon zaryadsizlanishi ham kuzatiladi.
1876 yilda P. N. Yablochkov birinchi marta yorug'lik manbai sifatida elektr yoyini ishlatgan. "Yablochkov shamida" ko'mirlar parallel ravishda joylashtirilgan va kavisli qatlam bilan ajratilgan va ularning uchlari o'tkazuvchan "ateşleme ko'prigi" bilan bog'langan. Oqim yoqilganda, olov ko'prigi yonib ketdi va ko'mirlar orasida elektr yoyi paydo bo'ldi. Ko'mir yonib ketganda, izolyatsion qatlam bug'langan.
Ark zaryadsizlanishi bugungi kunda ham yorug'lik manbai sifatida ishlatiladi, masalan, projektorlar va proyektorlarda.
Yuqori harorat arc deşarj qurilma boshq o'choq uchun uni ishlatish imkonini beradi. Hozirgi vaqtda juda yuqori tok bilan ishlaydigan kamon pechlari sanoatning bir qator tarmoqlarida qo'llaniladi: po'lat, cho'yan, ferroqotishmalar, bronza eritish, kaltsiy karbid, azot oksidi va boshqalarni ishlab chiqarish uchun.
1882 yilda N. N. Benardos birinchi marta metallni kesish va payvandlash uchun yoyli razryaddan foydalangan. Ruxsat etilgan uglerod elektrodi va metall orasidagi oqim ikkita metall plitalar (yoki plitalar) birlashmasini isitadi va ularni payvandlaydi. Benardos xuddi shu usuldan metall plitalarni kesib, ularda teshik ochgan. 1888 yilda N. G. Slavyanov uglerod elektrodini metall bilan almashtirish orqali bu payvandlash usulini takomillashtirdi.
Ark zaryadsizlanishi simob rektifikatorida qo'llanilishini topdi, u o'zgaruvchan elektr tokini to'g'ridan-to'g'ri oqimga aylantiradi.
E. Plazma.
Plazma qisman yoki to'liq ionlangan gaz bo'lib, uning zichligi ijobiy va manfiy zaryadlar amalda bir xil. Shunday qilib, plazma bir butun sifatida elektr neytral tizimdir.
Plazmaning miqdoriy xarakteristikasi ionlanish darajasidir. Plazmaning ionlanish darajasi a - bu zaryadlangan zarrachalarning hajm konsentratsiyasining zarrachalarning umumiy hajm konsentratsiyasiga nisbati. Ionlanish darajasiga qarab plazma quyidagilarga bo'linadi zaif ionlangan(a - foizning kasrlari), qisman ionlangan (a bir necha foiz tartibli) va to'liq ionlangan (a 100% ga yaqin). Tabiiy sharoitda zaif ionlangan plazma atmosferaning yuqori qatlamlari - ionosferadir. Quyosh, issiq yulduzlar va ba'zi yulduzlararo bulutlar to'liq ionlangan plazma bo'lib, yuqori haroratlarda hosil bo'ladi.
Plazmani tashkil etuvchi har xil turdagi zarrachalarning o'rtacha energiyalari bir-biridan sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Shuning uchun plazma T haroratining yagona qiymati bilan tavsiflanishi mumkin emas; farqlash elektron harorat T e, ion harorati T i (yoki plazmada bir necha turdagi ionlar mavjud bo'lsa, ion haroratlari) va neytral atomlarning harorati T a (neytral komponent). Bunday plazma barcha komponentlarning harorati bir xil bo'lgan izotermik plazmadan farqli o'laroq, izotermik bo'lmagan deb ataladi.
Plazma ham yuqori haroratli (T i »10 6 -10 8 K va undan ortiq) va past haroratlilarga bo'linadi!!! (T i<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Plazma bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega, bu bizga uni materiyaning maxsus to'rtinchi holati deb hisoblash imkonini beradi.
Zaryadlangan plazma zarralarining yuqori harakatchanligi tufayli ular elektr va magnit maydonlari ta'sirida osongina harakatlanadi. Shu sababli, bir xil zaryad belgisi zarrachalarining to'planishi natijasida kelib chiqqan plazmaning alohida hududlarining elektr neytralligining har qanday buzilishi tezda bartaraf etiladi. Olingan elektr maydonlar elektr neytralligi tiklanmaguncha va elektr maydoni nolga teng bo'lguncha zaryadlangan zarralarni harakatga keltiradi. Molekulalari o'rtasida qisqa masofali kuchlar mavjud bo'lgan neytral gazdan farqli o'laroq, zaryadlangan plazma zarralari orasida masofa bilan nisbatan sekin kamayib boruvchi Kulon kuchlari mavjud. Har bir zarracha atrofdagi ko'p sonli zarralar bilan darhol o'zaro ta'sir qiladi. Shu sababli, xaotik issiqlik harakati bilan birga, plazma zarralari turli tartibli harakatlarda ishtirok etishi mumkin. Plazmada har xil turdagi tebranishlar va to'lqinlar osongina qo'zg'atiladi.
Ionlanish darajasi oshgani sayin plazma o'tkazuvchanligi ortadi. Yuqori haroratlarda to'liq ionlangan plazma o'zining o'tkazuvchanligi bo'yicha o'ta o'tkazgichlarga yaqinlashadi.
Past haroratli plazma gazni chiqaradigan yorug'lik manbalarida - reklama yozuvlari uchun yorug'lik naychalarida, lyuminestsent lampalarda qo'llaniladi. Gaz deşarj chiroqi ko'plab qurilmalarda, masalan, gaz lazerlarida - kvant yorug'lik manbalarida qo'llaniladi.
Yuqori haroratli plazma magnit gidrodinamik generatorlarda qo'llaniladi.
Yaqinda yangi qurilma - plazma mash'alasi yaratildi. Plazmatron zich past haroratli plazmaning kuchli oqimlarini yaratadi, ular texnologiyaning turli sohalarida keng qo'llaniladi: metallarni kesish va payvandlash, qattiq jinslarda quduqlarni burg'ulash va boshqalar.
Foydalanilgan adabiyotlar roʻyxati:
1) Fizika: Elektrodinamika. 10-11 katakchalar: darslik. fizikani chuqur o'rganish uchun / G. Ya. Myakishev, A. Z. Sinyakov, B. A. Slobodskov. - 2-nashr - M .: Drofa, 1998. - 480 p.
2) Fizika kursi (uch jildda). T. II. elektr va magnitlanish. Proc. texnik kollejlar uchun qo'llanma. / Detlaf A.A., Yavorskiy B.M., Milkovskaya L.B. Izd. 4, qayta ko'rib chiqilgan. - M.: Oliy maktab, 1977. - 375 b.
3) Elektr energiyasi./E. G. Kalashnikov. Ed. "Ilm", Moskva, 1977 yil.
4) Fizika./B. B. Buxovtsev, Yu. L. Klimontovich, G. Ya. Myakishev. 3-nashr, qayta ishlangan. - M.: Ma'rifat, 1986 yil.
1. Ionlanish, uning mohiyati va turlari.
Elektr tokining mavjudligining birinchi sharti - bu bepul zaryad tashuvchilarning mavjudligi. Gazlarda ular ionlanish natijasida paydo bo'ladi. Ionlanish omillari ta'sirida elektron neytral zarrachadan ajralib chiqadi. Atom musbat ionga aylanadi. Shunday qilib, zaryad tashuvchilarning 2 turi mavjud: musbat ion va erkin elektron. Agar elektron neytral atomga qo'shilsa, u holda manfiy ion paydo bo'ladi, ya'ni. uchinchi turdagi zaryad tashuvchilar. Ionlangan gaz uchinchi turdagi o'tkazgich deb ataladi. Bu erda ikki turdagi o'tkazuvchanlik mumkin: elektron va ion. Ionlanish jarayonlari bilan bir vaqtda teskari jarayon, rekombinatsiya sodir bo'ladi. Elektronni atomdan ajratish uchun energiya kerak bo'ladi. Agar energiya tashqaridan ta'minlansa, u holda ionlanishga yordam beradigan omillar tashqi deb ataladi (yuqori harorat, ionlashtiruvchi nurlanish, ultrabinafsha nurlanish, kuchli magnit maydonlar). Ionlanish omillariga qarab termal ionlanish, fotoionlanish deyiladi. Bundan tashqari, ionlanish mexanik zarba tufayli yuzaga kelishi mumkin. Ionizatsiya omillari tabiiy va sun'iy bo'linadi. Tabiiyki, Quyoshning radiatsiyasi, Yerning radioaktiv foni. Tashqi ionlanishdan tashqari, ichki ham bor. U zarbli va pog'onalilarga bo'linadi.
Ta'sirli ionlanish.
Etarlicha yuqori kuchlanishda maydon tomonidan yuqori tezlikka tezlashtirilgan elektronlarning o'zlari ionlanish manbai bo'ladi. Bunday elektron neytral atomga urilganda, elektron atomdan chiqib ketadi. Bu ionlanishni keltirib chiqaradigan elektronning energiyasi atomning ionlanish energiyasidan oshib ketganda sodir bo'ladi. Elektrodlar orasidagi kuchlanish elektronning kerakli energiyani olishi uchun etarli bo'lishi kerak. Bu kuchlanish ionlanish kuchlanishi deb ataladi. Har birining o'ziga xos ma'nosi bor.
Agar harakatlanuvchi elektronning energiyasi zarur bo'lgandan kamroq bo'lsa, u holda faqat neytral atomning qo'zg'alishi zarba paytida sodir bo'ladi. Agar harakatlanuvchi elektron oldindan qo'zg'algan atom bilan to'qnashsa, u holda bosqichma-bosqich ionlanish sodir bo'ladi.
2. O'z-o'zidan ta'minlanmagan gaz ajralishi va uning tok kuchlanish xarakteristikasi.
Ionizatsiya oqimning mavjudligi uchun birinchi shartning bajarilishiga olib keladi, ya'ni. bepul to'lovlarning paydo bo'lishiga. Oqim paydo bo'lishi uchun tashqi kuch talab qilinadi, bu zaryadlarni yo'nalishda harakatga keltiradi, ya'ni. elektr maydoni kerak. Gazlardagi elektr toki bir qator hodisalar bilan birga keladi: yorug'lik, tovush, ozon hosil bo'lishi, azot oksidi. Gaz-gaz razryadi orqali oqimning o'tishi bilan birga keladigan hodisalar to'plami. Ko'pincha, oqim o'tish jarayoni gaz deşarj deb ataladi.
Raqam faqat tashqi ionizator ta'sirida mavjud bo'lsa, o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan deb ataladi. Bunday holda, tashqi ionizatorning ta'siri tugagandan so'ng, yangi zaryad tashuvchilar hosil bo'lmaydi va oqim to'xtaydi. O'z-o'zidan barqaror bo'lmagan oqim bilan oqimlar kichik hajmga ega va gaz porlashi yo'q.
Mustaqil gaz chiqarish, uning turlari va xususiyatlari.
Mustaqil gaz tushirish - bu tashqi ionizatorni to'xtatgandan so'ng mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan oqimdir, ya'ni. ta'sir ionlashuvi tufayli. Bunday holda yorug'lik va tovush hodisalari kuzatiladi, oqim kuchi sezilarli darajada oshishi mumkin.
O'z-o'zidan tushirish turlari:
1. sokin tushirish - o'z-o'zidan barqaror bo'lmagandan keyin to'g'ridan-to'g'ri keladi, oqim kuchi 1 mA dan oshmaydi, tovush va yorug'lik hodisalari yo'q. Fizioterapiyada, Geiger-Myuller hisoblagichlarida qo'llaniladi.
2. porlash. Kuchlanish kuchayishi bilan jimlik yonib ketadi. Bu ma'lum bir kuchlanish - ateşleme kuchlanishida sodir bo'ladi. Bu gaz turiga bog'liq. Neon 60-80 V. Bu gaz bosimiga ham bog'liq. Yorqin oqim porlash bilan birga keladi, bu energiya chiqishi bilan birga keladigan rekombinatsiya bilan bog'liq. Rang ham gaz turiga bog'liq. U indikator lampalarida (neon, ultrabinafsha bakteritsid, yorug'lik, lyuminestsent) ishlatiladi.
3. yoy zaryadsizlanishi. Hozirgi quvvat 10 - 100 A. Bu qizg'in porlash bilan birga keladi, gaz-bo'shatish oralig'idagi harorat bir necha ming darajaga etadi. Ionlanish deyarli 100% ga etadi. 100% ionlangan gaz - sovuq gaz plazmasi. U yaxshi o'tkazuvchanlikka ega. U yuqori va o'ta yuqori bosimli simob lampalarida qo'llaniladi.
4. Uchqunli razryad - yoy razryadlarining bir turi. Bu puls-tebranishli oqimdir. Tibbiyotda yuqori chastotali tebranishlar ta'siridan foydalaniladi.Tokning yuqori zichligida kuchli tovush hodisalari kuzatiladi.
5. toj oqishi. Bu porlashning bir turidir elektr maydon kuchining keskin o'zgarishi bo'lgan joylarda kuzatiladi. Bu erda zaryadlar ko'chkisi va gazlar porlashi - toj bor.
Tabiatda mutlaq dielektriklar mavjud emas. Zarrachalarning tartibli harakati - elektr zaryadining tashuvchilari - ya'ni tok har qanday muhitda yuzaga kelishi mumkin, ammo bu alohida shartlarni talab qiladi. Biz bu erda gazlarda elektr hodisalari qanday sodir bo'lishini va gazni juda yaxshi dielektrikdan juda yaxshi o'tkazgichga qanday o'zgartirish mumkinligini ko'rib chiqamiz. Biz uning paydo bo'lishi sharoitlari, shuningdek, gazlardagi elektr tokining qanday xususiyatlari bilan qiziqamiz.
Gazlarning elektr xossalari
Dielektrik - bu zarrachalarning kontsentratsiyasi - elektr zaryadining erkin tashuvchisi - hech qanday muhim qiymatga etmaydigan modda (o'rta), buning natijasida o'tkazuvchanlik ahamiyatsiz. Barcha gazlar yaxshi dielektriklardir. Ularning izolyatsion xususiyatlari hamma joyda qo'llaniladi. Misol uchun, har qanday elektron to'xtatuvchida kontaktlarning zanglashiga olib kirishi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan bo'lsa, ular orasida havo bo'shlig'i paydo bo'ladi. Elektr liniyalaridagi simlar ham havo qatlami bilan bir-biridan ajratilgan.
Har qanday gazning struktur birligi molekuladir. U atom yadrolari va elektron bulutlardan iborat, ya'ni u fazoda qandaydir tarzda taqsimlangan elektr zaryadlarining yig'indisidir. Gaz molekulasi uning tuzilishining o'ziga xos xususiyatlariga bog'liq bo'lishi yoki tashqi elektr maydoni ta'sirida qutblanishi mumkin. Gazni tashkil etuvchi molekulalarning katta qismi normal sharoitda elektr neytraldir, chunki ulardagi zaryadlar bir-birini bekor qiladi.
Agar gazga elektr maydoni qo'llanilsa, molekulalar dipol orientatsiyasini qabul qilib, maydon ta'sirini qoplaydigan fazoviy pozitsiyani egallaydi. Kulon kuchlari ta'sirida gazda mavjud bo'lgan zaryadlangan zarralar harakatlana boshlaydi: musbat ionlar - katod yo'nalishi bo'yicha, manfiy ionlar va elektronlar - anod tomon. Biroq, agar maydon etarli potentsialga ega bo'lmasa, zaryadlarning yagona yo'naltirilgan oqimi sodir bo'lmaydi va alohida oqimlar haqida gapirish mumkin, shuning uchun ularni e'tiborsiz qoldirish kerak. Gaz dielektrik kabi harakat qiladi.
Shunday qilib, gazlarda elektr tokining paydo bo'lishi uchun erkin zaryad tashuvchilarning yuqori konsentratsiyasi va maydonning mavjudligi talab qilinadi.
Ionizatsiya
Gazdagi erkin zaryadlar sonining ko'chkiga o'xshash ko'payishi jarayoni ionlanish deb ataladi. Shunga ko'ra, katta miqdordagi zaryadlangan zarrachalar mavjud bo'lgan gaz ionlashtirilgan deb ataladi. Aynan shunday gazlarda elektr toki hosil bo'ladi.
Ionlanish jarayoni molekulalarning neytralligining buzilishi bilan bog'liq. Elektronning ajralishi natijasida musbat ionlar paydo bo'ladi, elektronning molekulaga biriktirilishi manfiy ion hosil bo'lishiga olib keladi. Bundan tashqari, ionlangan gazda juda ko'p erkin elektronlar mavjud. Gazlardagi elektr tokining asosiy zaryad tashuvchilari musbat ionlar va ayniqsa elektronlardir.
Ionlanish zarrachaga ma'lum miqdorda energiya berilganda sodir bo'ladi. Shunday qilib, molekula tarkibidagi tashqi elektron bu energiyani olgan holda molekulani tark etishi mumkin. Zaryadlangan zarrachalarning neytral zarralar bilan o'zaro to'qnashuvi yangi elektronlarning ishdan chiqishiga olib keladi va jarayon ko'chkiga o'xshash xususiyatga ega bo'ladi. Zarrachalarning kinetik energiyasi ham ortadi, bu esa ionlanishga katta yordam beradi.
Gazlarda elektr tokining qo'zg'alishiga sarflangan energiya qayerdan kelib chiqadi? Gazlarning ionlanishi bir nechta energiya manbalariga ega, ularga ko'ra uning turlarini nomlash odatiy holdir.
- Elektr maydoni bilan ionlanish. Bunda maydonning potentsial energiyasi zarrachalarning kinetik energiyasiga aylanadi.
- Termal ionlanish. Haroratning oshishi ham juda ko'p miqdordagi bepul to'lovlarning shakllanishiga olib keladi.
- Fotoionlashtirish. Bu jarayonning mohiyati shundaki, elektronlar elektromagnit nurlanish kvantlari - fotonlar orqali energiya bilan ta'minlanadi, agar ular etarlicha yuqori chastotaga ega bo'lsa (ultrabinafsha, rentgen, gamma kvantlar).
- Ta'sirli ionlanish to'qnashuvchi zarrachalarning kinetik energiyasini elektronlar ajralish energiyasiga aylantirish natijasidir. Termik ionlanish bilan bir qatorda gazlarda elektr tokini qo'zg'atishning asosiy omili bo'lib xizmat qiladi.
Har bir gaz ma'lum bir chegara qiymati bilan tavsiflanadi - elektronning molekuladan ajralib chiqishi, potentsial to'siqni engib o'tishi uchun zarur bo'lgan ionlanish energiyasi. Birinchi elektron uchun bu qiymat bir necha voltdan ikki o'n voltgacha o'zgaradi; keyingi elektronni molekuladan ajratish uchun ko'proq energiya talab qilinadi va hokazo.
Shuni hisobga olish kerakki, gazda ionlanish bilan bir vaqtda teskari jarayon - rekombinatsiya, ya'ni Kulon tortishish kuchlari ta'sirida neytral molekulalarning tiklanishi sodir bo'ladi.
Gaz chiqarish va uning turlari
Shunday qilib, gazlardagi elektr toki zaryadlangan zarrachalarning ularga qo'llaniladigan elektr maydoni ta'sirida tartibli harakati bilan bog'liq. Bunday zaryadlarning mavjudligi, o'z navbatida, turli ionlanish omillari tufayli mumkin.
Shunday qilib, termal ionlanish sezilarli haroratni talab qiladi, ammo ba'zi kimyoviy jarayonlar bilan bog'liq ochiq olov ionlanishga yordam beradi. Olov borligida nisbatan past haroratda ham gazlarda elektr tokining ko'rinishi qayd etiladi va gaz o'tkazuvchanligi bilan tajriba o'tkazish buni tekshirishni osonlashtiradi. Zaryadlangan kondansatkichning plitalari orasiga yondirgich yoki shamning alangasini qo'yish kerak. Kondensatordagi havo bo'shlig'i tufayli ilgari ochilgan sxema yopiladi. Zanjirga ulangan galvanometr oqim mavjudligini ko'rsatadi.
Gazlardagi elektr toki gaz razryadi deb ataladi. Shuni yodda tutish kerakki, razryadning barqarorligini ta'minlash uchun ionizatorning ta'siri doimiy bo'lishi kerak, chunki doimiy rekombinatsiya tufayli gaz o'zining elektr o'tkazuvchanlik xususiyatlarini yo'qotadi. Gazlardagi elektr tokining ba'zi tashuvchilari - ionlar elektrodlarda neytrallanadi, boshqalari - elektronlar anodga tushadi, maydon manbasining "plyus" ga yuboriladi. Agar ionlashtiruvchi omil ishlashni to'xtatsa, gaz darhol yana dielektrikga aylanadi va oqim to'xtaydi. Tashqi ionizatorning ta'siriga bog'liq bo'lgan bunday oqim o'z-o'zidan saqlanmaydigan oqim deb ataladi.
Elektr tokining gazlar orqali o'tish xususiyatlari oqim kuchining kuchlanishga alohida bog'liqligi - oqim kuchlanishining xarakteristikasi bilan tavsiflanadi.
Joriy kuchlanishga bog'liqlik grafigida gaz razryadning rivojlanishini ko'rib chiqaylik. Kuchlanish U 1 ma'lum bir qiymatga ko'tarilganda, oqim unga mutanosib ravishda ortadi, ya'ni Ohm qonuni bajariladi. Kinetik energiya va shuning uchun gazdagi zaryadlarning tezligi oshadi va bu jarayon rekombinatsiyadan oldinda. U 1 dan U 2 gacha bo'lgan kuchlanish qiymatlarida bu munosabatlar buziladi; U 2 ga yetganda, barcha zaryad tashuvchilar elektrodlarga rekombinatsiya qilishga ulgurmasdan yetib boradi. Barcha bepul to'lovlar ishtirok etadi va kuchlanishning yanada oshishi oqimning oshishiga olib kelmaydi. Zaryadlar harakatining bunday xususiyati to'yingan oqim deb ataladi. Shunday qilib, gazlardagi elektr toki ham ionlangan gazning turli quvvatdagi elektr maydonlarida harakat qilish xususiyatlariga bog'liq deb aytishimiz mumkin.
Elektrodlardagi potentsial farq ma'lum bir qiymatga yetganda U 3 , kuchlanish elektr maydonining gazning ko'chkiga o'xshash ionlanishiga olib kelishi uchun etarli bo'ladi. Erkin elektronlarning kinetik energiyasi molekulalarning zarba ionlanishi uchun allaqachon etarli. Shu bilan birga, ko'pchilik gazlarda ularning tezligi taxminan 2000 km / s va undan yuqori (u v=600 U i taxminiy formulasi bilan hisoblanadi, bu erda U i ionlanish potentsiali). Ayni paytda gazning parchalanishi sodir bo'ladi va ichki ionlanish manbai tufayli oqimning sezilarli darajada oshishi sodir bo'ladi. Shuning uchun bunday tushirish mustaqil deb ataladi.
Bu holda tashqi ionlashtiruvchining mavjudligi gazlarda elektr tokini ushlab turishda endi rol o'ynamaydi. Turli xil sharoitlarda va elektr maydonining manbasining turli xususiyatlariga ega bo'lgan o'z-o'zidan oqim ma'lum xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. O'z-o'zidan zaryadsizlanishning porlash, uchqun, yoy va toj kabi turlari mavjud. Biz ushbu turlarning har biri uchun qisqacha elektr tokining gazlarda qanday harakat qilishini ko'rib chiqamiz.
O'z-o'zidan tushirishni boshlash uchun 100 (va undan kam) dan 1000 voltgacha bo'lgan potentsial farq etarli. Shuning uchun past oqim kuchi (10 -5 A dan 1 A gacha) bilan tavsiflangan porlash oqimi bir necha millimetr simob bosimida sodir bo'ladi.
Noyob gaz va sovuq elektrodlari bo'lgan naychada paydo bo'ladigan porlash oqimi elektrodlar orasidagi nozik nurli shnurga o'xshaydi. Agar biz gazni quvurdan chiqarishni davom ettirsak, filament yuviladi va simobning o'ndan bir millimetr bosimida porlash naychani deyarli to'ldiradi. Katod yaqinida porlash yo'q - qorong'u katod bo'shlig'ida. Qolganlari ijobiy ustun deb ataladi. Bunday holda, oqimning mavjudligini ta'minlaydigan asosiy jarayonlar qorong'u katod maydonida va unga tutash hududda aniq lokalizatsiya qilinadi. Bu erda zaryadlangan gaz zarralari tezlashadi, elektronlarni katoddan chiqarib yuboradi.
Yorqin razryadda ionlanishning sababi katoddan elektron chiqarishdir. Katod tomonidan chiqarilgan elektronlar gaz molekulalarining zarba ionlanishini hosil qiladi, paydo bo'ladigan musbat ionlar katoddan ikkilamchi emissiyaga olib keladi va hokazo. Ijobiy ustunning porlashi, asosan, qo'zg'atilgan gaz molekulalari tomonidan fotonlarning orqaga qaytishi bilan bog'liq va turli gazlar ma'lum bir rangning porlashi bilan tavsiflanadi. Ijobiy ustun faqat elektr zanjirining bir qismi sifatida porlash razryad hosil qilishda ishtirok etadi. Agar siz elektrodlarni bir-biriga yaqinlashtirsangiz, siz ijobiy ustunning yo'qolishiga erishishingiz mumkin, ammo oqim to'xtamaydi. Biroq, elektrodlar orasidagi masofani yanada qisqartirish bilan, porlash oqimi mavjud bo'lishi mumkin emas.
Shuni ta'kidlash kerakki, gazlardagi elektr tokining ushbu turi uchun ba'zi jarayonlar fizikasi hali to'liq yoritilgan emas. Masalan, razryadda ishtirok etuvchi katod yuzasida maydonni kengaytirish uchun oqimning kuchayishiga olib keladigan kuchlarning tabiati noaniqligicha qolmoqda.
uchqun chiqishi
Uchqunning buzilishi impulsli xarakterga ega. Bu normal atmosferaga yaqin bosimlarda, elektr maydon manbaining kuchi statsionar zaryadni ushlab turish uchun etarli bo'lmagan hollarda sodir bo'ladi. Bunday holda, maydon kuchi yuqori va 3 MV / m ga etishi mumkin. Hodisa gazdagi razryadli elektr tokining keskin oshishi bilan tavsiflanadi, shu bilan birga kuchlanish juda tez pasayadi va razryad to'xtaydi. Keyin potentsial farq yana ortadi va butun jarayon takrorlanadi.
Ushbu turdagi tushirish bilan qisqa muddatli uchqun kanallari hosil bo'ladi, ularning o'sishi elektrodlar orasidagi har qanday nuqtadan boshlanishi mumkin. Buning sababi, hozirgi vaqtda eng ko'p ionlar to'plangan joylarda zarba ionlashuvi tasodifiy sodir bo'ladi. Uchqun kanali yaqinida gaz tez qiziydi va issiqlik kengayishiga uchraydi, bu esa akustik to'lqinlarni keltirib chiqaradi. Shuning uchun, uchqun chiqishi yorilish, shuningdek, issiqlik va yorqin nurning chiqishi bilan birga keladi. Ko'chkining ionlash jarayonlari uchqun kanalida 10 000 darajagacha va undan ko'p yuqori bosim va harorat hosil qiladi.
Tabiiy uchqun chiqishining eng yorqin misoli chaqmoqdir. Asosiy chaqmoq uchqun kanalining diametri bir necha santimetrdan 4 m gacha, kanal uzunligi esa 10 km ga yetishi mumkin. Oqimning kattaligi 500 ming amperga etadi va momaqaldiroq buluti va Yer yuzasi o'rtasidagi potentsial farq milliard voltga etadi.
321 km uzunlikdagi eng uzun chaqmoq 2007 yilda AQShning Oklaxoma shtatida kuzatilgan. Davomiylik bo'yicha rekordchi 2012 yilda Frantsiya Alp tog'larida qayd etilgan chaqmoq bo'ldi - bu 7,7 soniyadan ortiq davom etdi. Chaqmoq urilganda havo 30 ming darajagacha qizishi mumkin, bu Quyoshning ko'rinadigan yuzasi haroratidan 6 baravar yuqori.
Elektr maydoni manbaining kuchi etarlicha katta bo'lgan hollarda, uchqun razryadi yoy razryadiga aylanadi.
Ushbu turdagi o'z-o'zidan zaryadsizlanish yuqori oqim zichligi va past (porlashdan kamroq) kuchlanish bilan tavsiflanadi. Elektrodlarning yaqinligi tufayli buzilish masofasi kichik. Chiqarish katod yuzasidan elektronning chiqishi bilan boshlanadi (metall atomlari uchun ionlanish potentsiali gaz molekulalariga nisbatan kichik). Elektrodlar orasidagi buzilish paytida gaz elektr tokini o'tkazadigan sharoitlar yaratiladi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uchqun chiqishi paydo bo'ladi. Agar kuchlanish manbasining kuchi etarlicha katta bo'lsa, uchqun razryadlari barqaror elektr yoyga aylanadi.
Arkni tushirish paytida ionlanish deyarli 100% ga etadi, oqim kuchi juda yuqori va 10 dan 100 ampergacha bo'lishi mumkin. Atmosfera bosimida yoy 5-6 ming darajagacha, katod esa 3 ming darajagacha qizdirishga qodir, bu uning yuzasidan kuchli termion emissiyaga olib keladi. Anodni elektronlar bilan bombardimon qilish qisman vayron bo'lishiga olib keladi: uning ustida chuqurchalar hosil bo'ladi - harorat taxminan 4000 ° S bo'lgan krater. Bosimning oshishi haroratning yanada oshishiga olib keladi.
Elektrodlarni suyultirganda, yoyning zaryadsizlanishi ma'lum masofaga qadar barqaror bo'lib qoladi, bu esa elektr jihozlarining korroziyasi va kontaktlarning yonishi tufayli zararli bo'lgan qismlarida u bilan kurashishga imkon beradi. Bular yuqori voltli va avtomatik kalitlar, kontaktorlar va boshqalar kabi qurilmalardir. Kontaktlar ochilganda paydo bo'ladigan yoyga qarshi kurashish usullaridan biri yoyni kengaytirish printsipiga asoslangan yoy oluklaridan foydalanishdir. Ko'pgina boshqa usullar ham qo'llaniladi: manyovr kontaktlari, yuqori ionlash potentsialiga ega bo'lgan materiallardan foydalanish va boshqalar.
Koronali oqimning rivojlanishi normal atmosfera bosimida, sirtning katta egriligi bo'lgan elektrodlar yaqinidagi keskin bir hil bo'lmagan maydonlarda sodir bo'ladi. Bu spiers, ustunlar, simlar, murakkab shaklga ega bo'lgan elektr jihozlarining turli elementlari va hatto inson sochlari bo'lishi mumkin. Bunday elektrod korona elektrod deb ataladi. Ionizatsiya jarayonlari va shunga mos ravishda gazning porlashi faqat uning yonida sodir bo'ladi.
Toj ionlar bilan bombardimon qilinganda ham katodda (salbiy toj), ham fotoionlanish natijasida anodda (musbat) hosil bo'lishi mumkin. Termal emissiya natijasida ionlanish jarayoni elektroddan uzoqqa yo'naltirilgan salbiy korona bir tekis porlash bilan tavsiflanadi. Ijobiy tojda oqimlarni kuzatish mumkin - uchqun kanallariga aylanishi mumkin bo'lgan buzilgan konfiguratsiyaning yorqin chiziqlari.
Tabiiy sharoitda toj oqishi misoli baland ustunlar, daraxt tepalari va boshqalarning uchlarida paydo bo'ladi. Ular atmosferada yuqori elektr maydon kuchida, ko'pincha momaqaldiroqdan oldin yoki qor bo'roni paytida hosil bo'ladi. Bundan tashqari, ular vulqon kul bulutiga tushgan samolyot terisiga o'rnatildi.
Elektr liniyalari simlarida korona zaryadsizlanishi elektr energiyasining sezilarli yo'qotishlariga olib keladi. Yuqori kuchlanishda tojning oqishi yoyga aylanishi mumkin. U turli yo'llar bilan kurashadi, masalan, o'tkazgichlarning egrilik radiusini oshirish.
Gazlar va plazmadagi elektr toki
To'liq yoki qisman ionlangan gaz plazma deb ataladi va moddaning to'rtinchi holati hisoblanadi. Umuman olganda, plazma elektr jihatdan neytraldir, chunki uning tarkibiy qismlarining umumiy zaryadi nolga teng. Bu uni boshqa zaryadlangan zarrachalar tizimlaridan, masalan, elektron nurlardan ajratib turadi.
Tabiiy sharoitda plazma, qoida tariqasida, gaz atomlarining yuqori tezlikda to'qnashuvi tufayli yuqori haroratlarda hosil bo'ladi. Koinotdagi barion moddalarning katta qismi plazma holatidadir. Bular yulduzlar, yulduzlararo materiyaning bir qismi, intergalaktik gaz. Yerning ionosferasi ham kam uchraydigan, zaif ionlangan plazma hisoblanadi.
Ionlanish darajasi plazmaning muhim xarakteristikasi bo'lib, uning o'tkazuvchanlik xususiyatlari unga bog'liq. Ionlanish darajasi ionlangan atomlar sonining birlik hajmdagi atomlarning umumiy soniga nisbati sifatida aniqlanadi. Plazma qanchalik ionlangan bo'lsa, uning elektr o'tkazuvchanligi shunchalik yuqori bo'ladi. Bundan tashqari, u yuqori harakatchanlikka ega.
Shunday qilib, biz zaryadsizlanish kanali ichida elektr tokini o'tkazadigan gazlar plazmadan boshqa narsa emasligini ko'ramiz. Shunday qilib, porlash va toj oqimlari sovuq plazma misolidir; chaqmoq uchqun kanali yoki elektr yoyi issiq, deyarli to'liq ionlangan plazmaga misoldir.
Metallar, suyuqliklar va gazlardagi elektr toki - farqlar va o'xshashliklar
Keling, boshqa muhitlardagi oqimning xususiyatlari bilan solishtirganda, gazning chiqishini tavsiflovchi xususiyatlarni ko'rib chiqaylik.
Metalllarda oqim kimyoviy o'zgarishlarga olib kelmaydigan erkin elektronlarning yo'naltirilgan harakatidir. Ushbu turdagi o'tkazgichlar birinchi turdagi o'tkazgichlar deb ataladi; bularga metallar va qotishmalardan tashqari ko'mir, ba'zi tuzlar va oksidlar kiradi. Ular elektron o'tkazuvchanlik bilan ajralib turadi.
Ikkinchi turdagi o'tkazgichlar elektrolitlar, ya'ni ishqorlar, kislotalar va tuzlarning suyuq suvli eritmalari. Oqimning o'tishi elektrolitning kimyoviy o'zgarishi - elektroliz bilan bog'liq. Suvda erigan moddaning ionlari potentsiallar farqi ta'sirida qarama-qarshi yo'nalishda harakat qiladi: musbat kationlar - katodga, manfiy anionlar - anodga. Jarayon gazning ajralib chiqishi yoki katodda metall qatlamning cho'kishi bilan birga keladi. Ikkinchi turdagi o'tkazgichlar ion o'tkazuvchanligi bilan tavsiflanadi.
Gazlarning o'tkazuvchanligiga kelsak, bu, birinchidan, vaqtinchalik, ikkinchidan, ularning har biri bilan o'xshashlik va farq belgilariga ega. Shunday qilib, elektrolitlar va gazlardagi elektr toki qarama-qarshi elektrodlarga yo'naltirilgan qarama-qarshi zaryadlangan zarrachalarning siljishidir. Biroq, elektrolitlar sof ion o'tkazuvchanligi bilan ajralib turadigan bo'lsa-da, elektron va ionli o'tkazuvchanlik turlarining kombinatsiyasi bo'lgan gaz razryadlarida etakchi rol elektronlarga tegishli. Suyuqliklar va gazlardagi elektr tokining yana bir farqi ionlanishning tabiatidir. Elektrolitda erigan birikmaning molekulalari suvda ajraladi, lekin gazda molekulalar parchalanmaydi, faqat elektronlarni yo'qotadi. Shuning uchun gazning chiqishi, xuddi metallardagi oqim kabi, kimyoviy o'zgarishlar bilan bog'liq emas.
Suyuqlik va gazlardagi oqim ham bir xil emas. Elektrolitlarning o'tkazuvchanligi umuman Ohm qonuniga bo'ysunadi, lekin gazni tushirish paytida u kuzatilmaydi. Gazlarning volt-amper xarakteristikasi plazmaning xususiyatlari bilan bog'liq bo'lgan ancha murakkab xarakterga ega.
Gazlar va vakuumdagi elektr tokining umumiy va o'ziga xos xususiyatlarini ham eslatib o'tish kerak. Vakuum deyarli mukammal dielektrikdir. "Deyarli" - chunki vakuumda, erkin zaryad tashuvchilarning yo'qligiga (aniqrog'i, juda past konsentratsiyaga) qaramay, oqim ham mumkin. Ammo potentsial tashuvchilar allaqachon gazda mavjud, ular faqat ionlashtirilishi kerak. Zaryad tashuvchilar moddadan vakuumga keltiriladi. Qoida tariqasida, bu elektron emissiya jarayonida, masalan, katod qizdirilganda (termion emissiyasi) sodir bo'ladi. Ammo, ko'rib turganimizdek, emissiya har xil turdagi gaz chiqindilarida ham muhim rol o'ynaydi.
Texnikada gaz razryadlaridan foydalanish
Ba'zi chiqindilarning zararli ta'siri allaqachon yuqorida qisqacha muhokama qilingan. Endi ularning sanoatda va kundalik hayotda qanday foyda keltirayotganiga e'tibor qaratsak.
Yorqin razryad elektrotexnikada (kuchlanish stabilizatorlari), qoplama texnologiyasida (katod korroziyasi hodisasiga asoslangan katodni püskürtme usuli) qo'llaniladi. Elektronikada u ion va elektron nurlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Yorqin oqimlarni qo'llashning taniqli sohasi - bu lyuminestsent va iqtisodiy deb ataladigan lampalar va dekorativ neon va argon chiqarish quvurlari. Bundan tashqari, porlash razryadlari spektroskopiyada va undan foydalaniladi.
Uchqun chiqarish sigortalarda, metallni aniq qayta ishlashning elektroeroziv usullarida (uchqunni kesish, burg'ulash va boshqalar) qo'llaniladi. Ammo bu shamlar va maishiy texnika (gaz plitalari) ichida ichki yonish dvigatellaridan foydalanish bilan mashhur.
Yoritish texnologiyasida birinchi marta 1876 yilda qo'llanilgan yoy zaryadsizlanishi (Yablochkov shamchasi - "Rossiya nuri") hali ham yorug'lik manbai bo'lib xizmat qiladi - masalan, proyektorlar va kuchli yorug'lik chiroqlarida. Elektrotexnikada yoy simob rektifikatorlarida qo'llaniladi. Bundan tashqari, u elektr payvandlashda, metall kesishda, po'lat va qotishma eritish uchun sanoat elektr pechlarida qo'llaniladi.
Korona razryadlari ion gazlarini tozalash uchun elektrostatik cho'ktirgichlarda, elementar zarracha hisoblagichlarida, chaqmoq tayoqlarida, konditsioner tizimlarida qo'llaniladi. Korona zaryadsizlanishi nusxa ko'chirish va lazer printerlarida ham ishlaydi, u erda fotosensitiv barabanni zaryad qiladi va chiqaradi va kukunni barabandan qog'ozga o'tkazadi.
Shunday qilib, barcha turdagi gaz chiqindilari keng qo'llaniladi. Gazlardagi elektr toki texnologiyaning ko'plab sohalarida muvaffaqiyatli va samarali qo'llaniladi.
Gazlarda o'z-o'zidan ta'minlanmagan va o'z-o'zidan ta'minlangan elektr razryadlari mavjud.
Gazga har qanday tashqi ta'sir sharoitidagina kuzatiladigan elektr tokining gaz orqali o'tishi hodisasi o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan elektr razryadlari deyiladi. Elektronning atomdan ajralishi jarayoni atomning ionlanishi deyiladi. Elektronni atomdan ajratish uchun sarflanishi kerak bo'lgan minimal energiyaga ionlanish energiyasi deyiladi. Musbat va manfiy zaryadlarning zichligi bir xil bo'lgan qisman yoki to'liq ionlangan gaz deyiladi. plazma.
O'z-o'zidan bo'lmagan zaryadsizlanishda elektr tokining tashuvchilari musbat ionlar va manfiy elektronlardir. Oqim kuchlanishining xarakteristikasi shaklda ko'rsatilgan. 54. OAB sohasida - o'z-o'zidan ta'minlanmagan razryad. Miloddan avvalgi mintaqada tushirish mustaqil bo'ladi.
O'z-o'zini zaryadsizlantirishda atomlarni ionlash usullaridan biri elektron ta'sirli ionlanishdir. Elektron ta'sirida ionlanish elektronni atomdan ajratish ishini bajarish uchun etarli bo'lgan A o'rtacha erkin yo'lda elektron W k kinetik energiyaga ega bo'lganda mumkin bo'ladi. Gazlardagi mustaqil razryadlarning turlari - uchqun, toj, yoy va porlash razryadlari.
uchqun chiqishi turli zaryadlar bilan zaryadlangan va katta potentsial farqga ega bo'lgan ikkita elektrod o'rtasida sodir bo'ladi. Qarama-qarshi zaryadlangan jismlar orasidagi kuchlanish 40 000 V gacha etadi. Uchqun chiqishi qisqa muddatli, uning mexanizmi elektron ta'sirga ega. Chaqmoq - uchqun chiqarishning bir turi.
Juda bir jinsli bo'lmagan elektr maydonlarida, masalan, nuqta va tekislik o'rtasida yoki elektr uzatish simi va Yer yuzasi o'rtasida hosil bo'lgan gazlarda o'z-o'zidan ajralishning maxsus shakli paydo bo'ladi. korona oqishi.
Elektr yoyi zaryadsizlanishi 1802-yilda rus olimi V.V.Petrov tomonidan kashf etilgan.Koʻmirdan yasalgan ikkita elektrod 40-50V kuchlanishda aloqa qilganda, baʼzi joylarda elektr qarshiligi yuqori boʻlgan kichik kesmali joylar paydo boʻladi. Bu joylar juda qiziydi, elektrodlar orasidagi atomlar va molekulalarni ionlashtiruvchi elektronlar chiqaradi. Yoydagi elektr tokining tashuvchilari musbat zaryadlangan ionlar va elektronlardir.
Bosim pasayganda sodir bo'ladigan oqim deyiladi porlash oqimi. Bosimning pasayishi bilan elektronning o'rtacha erkin yo'li ortadi va to'qnashuvlar orasidagi vaqt davomida u kamroq kuchga ega bo'lgan elektr maydonida ionlanish uchun etarli energiyani olishga vaqt topadi. Chiqarish elektron-ionli ko'chki orqali amalga oshiriladi.
