गैस संदेश में विद्युत प्रवाह। गैसों में विद्युत धारा: परिभाषा, विशेषताएं और रोचक तथ्य

गैसों में, गैर-आत्मनिर्भर और आत्मनिर्भर विद्युत निर्वहन होते हैं।

गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह की घटना, केवल गैस पर किसी बाहरी प्रभाव की स्थिति में देखी जाती है, एक गैर-स्व-निरंतर विद्युत निर्वहन कहा जाता है। एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन के अलग होने की प्रक्रिया को परमाणु का आयनीकरण कहा जाता है। एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए खर्च की जाने वाली न्यूनतम ऊर्जा को आयनीकरण ऊर्जा कहा जाता है। एक आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व समान होता है, कहलाती है प्लाज्मा.

गैर-स्व-निरंतर निर्वहन में विद्युत प्रवाह के वाहक सकारात्मक आयन और नकारात्मक इलेक्ट्रॉन होते हैं। वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को अंजीर में दिखाया गया है। 54. ओएबी के क्षेत्र में - एक गैर आत्मनिर्भर निर्वहन। बीसी क्षेत्र में, निर्वहन स्वतंत्र हो जाता है।

स्व-निर्वहन में, परमाणुओं के आयनीकरण के तरीकों में से एक इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण है। इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण तब संभव हो जाता है जब इलेक्ट्रॉन माध्य मुक्त पथ A पर गतिज ऊर्जा W k प्राप्त कर लेता है, जो परमाणु से इलेक्ट्रॉन को अलग करने का कार्य करने के लिए पर्याप्त है। गैसों में स्वतंत्र निर्वहन के प्रकार - चिंगारी, कोरोना, चाप और चमक निर्वहन।

स्पार्क डिस्चार्जविभिन्न आवेशों से आवेशित दो इलेक्ट्रोडों के बीच होता है और एक बड़ा संभावित अंतर होता है। विपरीत आवेशित निकायों के बीच वोल्टेज 40,000 V तक पहुँच जाता है। स्पार्क डिस्चार्ज अल्पकालिक होता है, इसका तंत्र इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव होता है। लाइटनिंग एक प्रकार का स्पार्क डिस्चार्ज है।

अत्यधिक अमानवीय विद्युत क्षेत्रों में, उदाहरण के लिए, एक टिप और एक विमान के बीच या बिजली लाइन तार और पृथ्वी की सतह के बीच, गैसों में आत्मनिर्भर निर्वहन का एक विशेष रूप होता है, जिसे कहा जाता है कोरोना डिस्चार्ज.

इलेक्ट्रिक आर्क डिस्चार्ज 1802 में रूसी वैज्ञानिक वी.वी. पेट्रोव द्वारा खोजा गया था। जब कोयले से बने दो इलेक्ट्रोड 40-50 वी के वोल्टेज पर संपर्क में आते हैं, तो कुछ जगहों पर उच्च विद्युत प्रतिरोध वाले छोटे क्रॉस सेक्शन के क्षेत्र होते हैं। ये क्षेत्र बहुत गर्म हो जाते हैं, इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं जो इलेक्ट्रोड के बीच परमाणुओं और अणुओं को आयनित करते हैं। चाप में विद्युत धारा के वाहक धनावेशित आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं।

कम दबाव पर होने वाले डिस्चार्ज को कहा जाता है चमक निर्वहन. जैसे-जैसे दबाव कम होता है, इलेक्ट्रॉन का माध्य मुक्त पथ बढ़ता है, और टक्करों के बीच के समय में, उसके पास आयनीकरण के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करने का समय होता है विद्युत क्षेत्रकम तनाव के साथ। निर्वहन एक इलेक्ट्रॉन-आयन हिमस्खलन द्वारा किया जाता है।

1. आयनीकरण, इसका सार और प्रकार।

विद्युत धारा के अस्तित्व के लिए पहली शर्त मुक्त आवेश वाहकों की उपस्थिति है। गैसों में, वे आयनीकरण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं। आयनीकरण कारकों की क्रिया के तहत, एक इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ कण से अलग होता है। परमाणु धनात्मक आयन बन जाता है। इस प्रकार, 2 प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: एक धनात्मक आयन और एक मुक्त इलेक्ट्रॉन। यदि एक इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ परमाणु से जुड़ता है, तो एक ऋणात्मक आयन प्रकट होता है, अर्थात। तीसरे प्रकार के आवेश वाहक। एक आयनित गैस को तीसरी तरह की चालक कहा जाता है। यहां दो प्रकार की चालकता संभव है: इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक। इसके साथ ही आयनीकरण की प्रक्रियाओं के साथ, रिवर्स प्रक्रिया, पुनर्संयोजन होता है। एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने में ऊर्जा लगती है। यदि ऊर्जा की आपूर्ति बाहर से की जाती है, तो आयनीकरण में योगदान करने वाले कारकों को बाहरी (उच्च तापमान, आयनकारी विकिरण, पराबैंगनी विकिरण, मजबूत) कहा जाता है। चुंबकीय क्षेत्र) आयनीकरण कारकों के आधार पर, इसे थर्मल आयनीकरण, फोटोयोनिकरण कहा जाता है। इसके अलावा, यांत्रिक झटके के कारण आयनीकरण हो सकता है। आयनीकरण कारकों को प्राकृतिक और कृत्रिम में विभाजित किया गया है। प्राकृतिक एक सूर्य के विकिरण, पृथ्वी की रेडियोधर्मी पृष्ठभूमि के कारण होता है। बाहरी आयनीकरण के अलावा, आंतरिक है। यह टक्कर और कदम में विभाजित है।

प्रभाव आयनीकरण।

पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज पर, क्षेत्र द्वारा उच्च गति तक त्वरित किए गए इलेक्ट्रॉन स्वयं आयनीकरण का स्रोत बन जाते हैं। जब ऐसा इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ परमाणु से टकराता है, तो इलेक्ट्रॉन परमाणु से बाहर निकल जाता है। यह तब होता है जब आयनीकरण करने वाले इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा परमाणु की आयनीकरण ऊर्जा से अधिक हो जाती है। इलेक्ट्रॉन के लिए आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज पर्याप्त होना चाहिए। इस वोल्टेज को आयनीकरण वोल्टेज कहा जाता है। प्रत्येक का अपना अर्थ होता है।

यदि गतिमान इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा आवश्यकता से कम हो तो प्रभाव पर केवल उदासीन परमाणु का उत्तेजन होता है। यदि एक गतिमान इलेक्ट्रॉन पूर्व-उत्तेजित परमाणु से टकराता है, तो चरणबद्ध आयनीकरण होता है।

2. गैर-निरंतर गैस निर्वहन और इसकी वर्तमान-वोल्टेज विशेषता।

आयनीकरण धारा के अस्तित्व के लिए पहली शर्त की पूर्ति की ओर जाता है, अर्थात। मुक्त शुल्क की उपस्थिति के लिए। करंट होने के लिए, एक बाहरी बल की आवश्यकता होती है, जो आवेशों को एक दिशा में ले जाएगा, अर्थात। एक विद्युत क्षेत्र की जरूरत है। गैसों में विद्युत प्रवाह कई घटनाओं के साथ होता है: प्रकाश, ध्वनि, ओजोन का निर्माण, नाइट्रोजन ऑक्साइड। वर्तमान के पारित होने के साथ घटनाओं का सेट गैस - गैसपद । अक्सर, करंट पास करने की प्रक्रिया को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है।

डिस्चार्ज को गैर-आत्मनिर्भर कहा जाता है यदि यह केवल बाहरी आयनकार की कार्रवाई के दौरान मौजूद होता है। इस मामले में, बाहरी आयनकार की कार्रवाई की समाप्ति के बाद, कोई नया चार्ज वाहक नहीं बनता है, और वर्तमान बंद हो जाता है। एक गैर-निरंतर निर्वहन के साथ, धाराएं परिमाण में छोटी होती हैं, और कोई गैस चमक नहीं होती है।

स्वतंत्र गैस निर्वहन, इसके प्रकार और विशेषताएं।

एक स्वतंत्र गैस निर्वहन एक निर्वहन है जो बाहरी आयनकार की समाप्ति के बाद मौजूद हो सकता है, अर्थात। प्रभाव आयनीकरण के कारण इस मामले में, प्रकाश और ध्वनि की घटनाएं देखी जाती हैं, वर्तमान ताकत में काफी वृद्धि हो सकती है।

स्व-निर्वहन के प्रकार:

1. शांत निर्वहन - गैर-निरंतर के बाद सीधे होता है, वर्तमान ताकत 1 एमए से अधिक नहीं होती है, कोई ध्वनि और प्रकाश घटना नहीं होती है। इसका उपयोग फिजियोथेरेपी, गीजर-मुलर काउंटरों में किया जाता है।

2. चमक निर्वहन। जैसे ही वोल्टेज बढ़ता है, शांत सुलगने में बदल जाता है। यह एक निश्चित वोल्टेज पर होता है - इग्निशन वोल्टेज। यह गैस के प्रकार पर निर्भर करता है। नियॉन में 60-80 V होता है। यह गैस के दबाव पर भी निर्भर करता है। चमक निर्वहन एक चमक के साथ होता है, यह पुनर्संयोजन से जुड़ा होता है, जो ऊर्जा की रिहाई के साथ जाता है। रंग गैस के प्रकार पर भी निर्भर करता है। इसका उपयोग संकेतक लैंप (नियॉन, पराबैंगनी जीवाणुनाशक, प्रकाश व्यवस्था, ल्यूमिनसेंट) में किया जाता है।

3. चाप निर्वहन। वर्तमान ताकत 10 - 100 ए है। यह एक तीव्र चमक के साथ है, गैस-डिस्चार्ज गैप में तापमान कई हजार डिग्री तक पहुंच जाता है। आयनीकरण लगभग 100% तक पहुँच जाता है। 100% आयनित गैस - ठंडी गैस प्लाज्मा। उसके पास अच्छी चालकता है। इसका उपयोग उच्च और उच्च दबाव के पारा लैंप में किया जाता है।

4. स्पार्क डिस्चार्ज एक तरह का आर्क डिस्चार्ज है। यह एक पल्स-ऑसिलेटरी डिस्चार्ज है। दवा में, उच्च आवृत्ति दोलनों के प्रभाव का उपयोग किया जाता है। उच्च वर्तमान घनत्व पर, तीव्र ध्वनि घटनाएं देखी जाती हैं।

5. कोरोना डिस्चार्ज। यह एक प्रकार का ग्लो डिस्चार्ज है यह उन जगहों पर देखा जाता है जहां विद्युत क्षेत्र की ताकत में तेज बदलाव होता है। यहाँ आवेशों का हिमस्खलन और गैसों की चमक है - एक कोरोना।

भौतिकी सार

विषय पर:

"गैसों में विद्युत धारा"।

गैसों में विद्युत धारा।

1. गैसों में विद्युत निर्वहन।

अपनी प्राकृतिक अवस्था में सभी गैसें बिजली का संचालन नहीं करती हैं। इसे निम्नलिखित अनुभव से देखा जा सकता है:

आइए एक इलेक्ट्रोमीटर लें जिसमें एक फ्लैट कैपेसिटर के डिस्क लगे हों और इसे चार्ज करें। पर कमरे का तापमानयदि हवा पर्याप्त शुष्क है, तो संधारित्र विशेष रूप से निर्वहन नहीं करता है - इलेक्ट्रोमीटर सुई की स्थिति नहीं बदलती है। इलेक्ट्रोमीटर सुई के विचलन के कोण में कमी को नोटिस करने के लिए, यह आवश्यक है लंबे समय तक. यह दर्शाता है कि बिजलीडिस्क के बीच हवा में बहुत छोटा है। यह अनुभव दर्शाता है कि वायु विद्युत धारा का कुचालक है।

आइए प्रयोग को संशोधित करें: आइए डिस्क के बीच की हवा को अल्कोहल लैंप की लौ से गर्म करें। तब इलेक्ट्रोमीटर पॉइंटर का विक्षेपण कोण तेजी से घटता है, अर्थात। संधारित्र की डिस्क के बीच संभावित अंतर कम हो जाता है - संधारित्र को छुट्टी दे दी जाती है। नतीजतन, डिस्क के बीच गर्म हवा एक कंडक्टर बन गई है, और इसमें एक विद्युत प्रवाह स्थापित होता है।

गैसों के इन्सुलेट गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि उनमें कोई मुक्त विद्युत आवेश नहीं होता है: गैसों के परमाणु और अणु अपनी प्राकृतिक अवस्था में तटस्थ होते हैं।

2. गैसों का आयनीकरण।

उपरोक्त अनुभव से पता चलता है कि आवेशित कण उच्च तापमान के प्रभाव में गैसों में दिखाई देते हैं। वे गैस परमाणुओं से एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के विभाजन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक तटस्थ परमाणु के बजाय एक सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। गठित इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा अन्य तटस्थ परमाणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, और फिर अधिक नकारात्मक आयन दिखाई देंगे। इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आयनों में गैस के अणुओं के टूटने को कहा जाता है गैसों का आयनीकरण।

गैस को उच्च तापमान पर गर्म करना गैस के अणुओं या परमाणुओं को आयनित करने का एकमात्र तरीका नहीं है। विभिन्न बाहरी अंतःक्रियाओं के प्रभाव में गैस आयनीकरण हो सकता है: गैस का मजबूत ताप, एक्स-रे, a-, b- और g-किरणें रेडियोधर्मी क्षय, ब्रह्मांडीय किरणों, तेजी से गतिमान इलेक्ट्रॉनों या आयनों द्वारा गैस के अणुओं की बमबारी से उत्पन्न होती हैं। गैस आयनीकरण का कारण बनने वाले कारक कहलाते हैं आयनकारकआयनीकरण प्रक्रिया की मात्रात्मक विशेषता है आयनीकरण तीव्रता,संकेत के विपरीत आवेशित कणों के जोड़े की संख्या से मापा जाता है जो प्रति इकाई समय में गैस की एक इकाई मात्रा में दिखाई देते हैं।

एक परमाणु के आयनीकरण के लिए एक निश्चित ऊर्जा - आयनीकरण ऊर्जा के व्यय की आवश्यकता होती है। एक परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और परमाणु के बाकी कणों (या अणु) के बीच बातचीत की ताकतों के खिलाफ काम करना आवश्यक है। इस कार्य को आयनन A का कार्य कहते हैं। आयनीकरण कार्य का मूल्य निर्भर करता है रासायनिक प्रकृतिएक परमाणु या अणु में एक उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गैस और ऊर्जा अवस्था।

आयनकार की समाप्ति के बाद, समय के साथ गैस में आयनों की संख्या कम हो जाती है और अंततः आयन पूरी तरह से गायब हो जाते हैं। आयनों के गायब होने की व्याख्या इस तथ्य से की जाती है कि आयन और इलेक्ट्रॉन इसमें शामिल होते हैं तापीय गतिऔर इसलिए आपस में टकराते हैं। जब एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन टकराते हैं, तो वे एक तटस्थ परमाणु में फिर से जुड़ सकते हैं। इसी तरह जब कोई धनात्मक और ऋणात्मक आयन टकराता है, तो ऋणात्मक आयन अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को धनात्मक आयन को छोड़ सकता है और दोनों आयन उदासीन परमाणु में बदल जाएंगे। आयनों के पारस्परिक उदासीनीकरण की इस प्रक्रिया को कहा जाता है आयन पुनर्संयोजन।जब एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन या दो आयन पुनर्संयोजन करते हैं, तो एक निश्चित ऊर्जा निकलती है, जो आयनीकरण पर खर्च की गई ऊर्जा के बराबर होती है। आंशिक रूप से, यह प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होता है, और इसलिए आयनों का पुनर्संयोजन ल्यूमिनेसेंस (पुनर्संयोजन की ल्यूमिनेसिसेंस) के साथ होता है।

गैसों में विद्युत निर्वहन की घटना में, इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा परमाणुओं का आयनीकरण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस प्रक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि एक गतिमान इलेक्ट्रॉन, जिसमें पर्याप्त गतिज ऊर्जा होती है, एक या अधिक को बाहर निकाल देता है परमाणु इलेक्ट्रॉन, जिसके परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणु एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है, और नए इलेक्ट्रॉन गैस में दिखाई देते हैं (इस पर बाद में चर्चा की जाएगी)।

नीचे दी गई तालिका कुछ परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा देती है।

3. गैसों की विद्युत चालकता का तंत्र।

गैस चालकता का तंत्र इलेक्ट्रोलाइट समाधान और पिघलने की चालकता के तंत्र के समान है। बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, आवेशित कण, तटस्थ अणुओं की तरह, बेतरतीब ढंग से चलते हैं। यदि आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन स्वयं को बाहरी विद्युत क्षेत्र में पाते हैं, तो वे निर्देशित गति में आते हैं और गैसों में विद्युत प्रवाह बनाते हैं।

इस प्रकार, गैस में विद्युत प्रवाह कैथोड के लिए सकारात्मक आयनों की एक निर्देशित गति है, और नकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों को एनोड के लिए निर्देशित किया जाता है। गैस में कुल धारा आवेशित कणों की दो धाराओं से बनी होती है: एनोड में जाने वाली धारा और कैथोड की ओर निर्देशित धारा।

आवेशित कणों का उदासीनीकरण इलेक्ट्रोड पर होता है, जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट्स के विलयन और पिघलने के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने के मामले में होता है। हालांकि, गैसों में इलेक्ट्रोड पर पदार्थों की कोई रिहाई नहीं होती है, जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में होता है। इलेक्ट्रोड के पास आने वाले गैस आयन, उन्हें अपना चार्ज देते हैं, तटस्थ अणुओं में बदल जाते हैं और वापस गैस में फैल जाते हैं।

आयनित गैसों और इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान (पिघलने) की विद्युत चालकता में एक और अंतर यह है कि गैसों के माध्यम से वर्तमान के पारित होने के दौरान नकारात्मक चार्ज मुख्य रूप से नकारात्मक आयनों द्वारा नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, हालांकि नकारात्मक आयनों के कारण चालकता भी एक खेल सकती है। निश्चित भूमिका।

इस प्रकार, गैसें धातुओं की चालकता के समान इलेक्ट्रॉनिक चालकता, आयनिक चालकता के साथ, जलीय घोल की चालकता और इलेक्ट्रोलाइट पिघलने के समान होती हैं।

4. गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन।

गैस से विद्युत धारा प्रवाहित करने की प्रक्रिया को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है। यदि गैस की विद्युत चालकता बाह्य आयनकारकों द्वारा निर्मित की जाती है, तो उसमें उत्पन्न होने वाली विद्युत धारा कहलाती है गैर आत्मनिर्भर गैस निर्वहन।बाहरी ionizers की कार्रवाई की समाप्ति के साथ, गैर-निरंतर निर्वहन बंद हो जाता है। गैस की चमक के साथ एक गैर-स्व-स्थायी गैस निर्वहन नहीं होता है।

नीचे एक गैस में एक गैर-स्व-निरंतर निर्वहन के लिए वोल्टेज पर वर्तमान ताकत की निर्भरता का एक ग्राफ है। ग्राफ को प्लॉट करने के लिए ग्लास में दो धातु इलेक्ट्रोड के साथ एक ग्लास ट्यूब का इस्तेमाल किया गया था। श्रृंखला को इकट्ठा किया गया है जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

एक निश्चित वोल्टेज पर, एक बिंदु आता है, जिस पर आयनाइज़र द्वारा गैस में बनने वाले सभी आवेशित कण एक सेकंड में एक ही समय में इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं। वोल्टेज में और वृद्धि से अब परिवहन किए गए आयनों की संख्या में वृद्धि नहीं हो सकती है। करंट संतृप्ति (ग्राफ 1 का क्षैतिज खंड) तक पहुँच जाता है।

5. स्वतंत्र गैस निर्वहन।

एक गैस में एक विद्युत निर्वहन जो एक बाहरी आयनकार की क्रिया की समाप्ति के बाद भी बना रहता है, कहलाता है स्वतंत्र गैस निर्वहन. इसके क्रियान्वयन के लिए यह आवश्यक है कि डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप गैस में लगातार फ्री चार्ज बनते रहें। उनकी घटना का मुख्य स्रोत गैस के अणुओं का प्रभाव आयनीकरण है।

यदि, संतृप्ति तक पहुँचने के बाद, हम इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को बढ़ाना जारी रखते हैं, तो पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज पर वर्तमान ताकत में तेजी से वृद्धि होगी (ग्राफ 2)।

इसका मतलब है कि गैस में अतिरिक्त आयन दिखाई देते हैं, जो आयनकार की क्रिया के कारण बनते हैं। वर्तमान ताकत सैकड़ों और हजारों गुना बढ़ सकती है, और डिस्चार्ज के दौरान दिखाई देने वाले आवेशित कणों की संख्या इतनी बड़ी हो सकती है कि डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए बाहरी आयनाइज़र की आवश्यकता नहीं रह जाती है। इसलिए, ionizer अब हटाया जा सकता है।

उच्च वोल्टेज पर करंट स्ट्रेंथ में तेज वृद्धि के क्या कारण हैं? आइए हम किसी बाहरी आयनकार की क्रिया के कारण बनने वाले आवेशित कणों (एक धनात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन) के किसी भी जोड़े पर विचार करें। इस तरह से प्रकट होने वाला मुक्त इलेक्ट्रॉन सकारात्मक इलेक्ट्रोड - एनोड, और सकारात्मक आयन - कैथोड की ओर बढ़ना शुरू कर देता है। रास्ते में, इलेक्ट्रॉन आयनों और तटस्थ परमाणुओं से मिलता है। दो क्रमागत टक्करों के बीच के अंतराल में विद्युत क्षेत्र बलों के कार्य के कारण इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा में वृद्धि होती है।

इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर जितना अधिक होगा, विद्युत क्षेत्र की ताकत उतनी ही अधिक होगी। अगली टक्कर से पहले एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉन के मुक्त पथ के समानुपाती होती है: MV 2 /2=eEl। यदि एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा उस कार्य A से अधिक हो जाती है जो एक तटस्थ परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए आवश्यक है, अर्थात। MV 2 >A i, तब जब कोई इलेक्ट्रॉन किसी परमाणु (या अणु) से टकराता है, तो वह आयनित हो जाता है। नतीजतन, एक इलेक्ट्रॉन के बजाय, दो इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं (परमाणु पर हमला करते हुए और परमाणु से फटे हुए)। वे, बदले में, क्षेत्र में ऊर्जा प्राप्त करते हैं और आने वाले परमाणुओं आदि को आयनित करते हैं। परिणामस्वरूप, आवेशित कणों की संख्या तेजी से बढ़ती है, और एक इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन उत्पन्न होता है। वर्णित प्रक्रिया को कहा जाता है इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण।

लेकिन अकेले इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण एक स्वतंत्र चार्ज के रखरखाव को सुनिश्चित नहीं कर सकता है। दरअसल, इस तरह से उत्पन्न होने वाले सभी इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ते हैं और एनोड तक पहुंचने पर "गेम से बाहर हो जाते हैं।" निर्वहन को बनाए रखने के लिए कैथोड ("उत्सर्जन" का अर्थ "उत्सर्जन") से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉन का उत्सर्जन कई कारणों से हो सकता है।

तटस्थ परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर के दौरान बनने वाले सकारात्मक आयन, कैथोड की ओर बढ़ने पर, क्षेत्र की क्रिया के तहत एक बड़ी गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं। जब इस तरह के तेज आयन कैथोड से टकराते हैं, तो कैथोड सतह से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दिया जाता है।

इसके अलावा, उच्च तापमान पर गर्म करने पर कैथोड इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कर सकता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन।इसे धातु से इलेक्ट्रॉनों के वाष्पीकरण के रूप में माना जा सकता है। कई में ठोसऊष्मीय उत्सर्जन उस तापमान पर होता है जिस पर पदार्थ का वाष्पीकरण अभी भी छोटा होता है। ऐसे पदार्थों का उपयोग कैथोड के निर्माण के लिए किया जाता है।

स्व-निर्वहन के दौरान, कैथोड को सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी करके गर्म किया जा सकता है। यदि आयनों की ऊर्जा बहुत अधिक नहीं है, तो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का नॉकआउट नहीं होता है और थर्मोनिक उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है।

6. विभिन्न प्रकार के स्व-निर्वहन और उनके तकनीकी अनुप्रयोग।

गुणों और गैस की स्थिति के आधार पर, इलेक्ट्रोड की प्रकृति और स्थान, साथ ही इलेक्ट्रोड पर लागू वोल्टेज पर, विभिन्न प्रकारस्वतंत्र रैंक। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।

ए। सुलगनेवाला निर्वहन।

गैसों में एक चमक निर्वहन देखा जाता है कम दबावपारा के कई दसियों मिलीमीटर और उससे कम के क्रम में। यदि हम ग्लो डिस्चार्ज वाली ट्यूब पर विचार करें, तो हम देख सकते हैं कि ग्लो डिस्चार्ज के मुख्य भाग हैं कैथोड डार्क स्पेस,उससे बहुत दूर नकारात्मकया सुलगती चमक,जो धीरे-धीरे क्षेत्र में गुजरता है फैराडे डार्क स्पेस।ये तीन क्षेत्र डिस्चार्ज का कैथोड हिस्सा बनाते हैं, इसके बाद डिस्चार्ज का मुख्य चमकदार हिस्सा होता है, जो इसके ऑप्टिकल गुणों को निर्धारित करता है और कहलाता है सकारात्मक स्तंभ।

ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में मुख्य भूमिका इसके कैथोड भाग के पहले दो क्षेत्रों द्वारा निभाई जाती है। अभिलक्षणिक विशेषताइस प्रकार का डिस्चार्ज कैथोड के पास क्षमता में तेज गिरावट है, जो कैथोड पर आयनों की अपेक्षाकृत कम गति के कारण क्षेत्रों I और II की सीमा पर सकारात्मक आयनों की उच्च सांद्रता से जुड़ा है। कैथोड डार्क स्पेस में, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का एक मजबूत त्वरण होता है, कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। चमकदार चमक के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन गैस के अणुओं के तीव्र प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं और अपनी ऊर्जा खो देते हैं। यहां सकारात्मक आयन बनते हैं, जो डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं। इस क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र की ताकत कम है। सुलगती चमक मुख्य रूप से आयनों और इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन के कारण होती है। कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई गैस और कैथोड सामग्री के गुणों से निर्धारित होती है।

धनात्मक स्तंभ के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और आयनों की सांद्रता लगभग समान और बहुत अधिक होती है, जो सकारात्मक स्तंभ की उच्च विद्युत चालकता और उसमें क्षमता में मामूली गिरावट का कारण बनती है। सकारात्मक स्तंभ की चमक उत्तेजित गैस के अणुओं की चमक से निर्धारित होती है। एनोड के पास, क्षमता में एक अपेक्षाकृत तेज परिवर्तन फिर से देखा जाता है, जो सकारात्मक आयनों के निर्माण की प्रक्रिया से जुड़ा होता है। कुछ मामलों में, सकारात्मक स्तंभ अलग-अलग चमकदार क्षेत्रों में टूट जाता है - स्तर,अंधेरे स्थानों से अलग।

ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में सकारात्मक कॉलम महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है; इसलिए, जैसे-जैसे ट्यूब के इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कम होती जाती है, पॉजिटिव कॉलम की लंबाई कम होती जाती है और यह पूरी तरह से गायब हो सकता है। कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई के साथ स्थिति अलग है, जो इलेक्ट्रोड के एक दूसरे के पास आने पर नहीं बदलती है। यदि इलेक्ट्रोड इतने पास हैं कि उनके बीच की दूरी कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई से कम हो जाती है, तो गैस में चमक का निर्वहन बंद हो जाएगा। प्रयोगों से पता चलता है कि, अन्य चीजें समान होने पर, कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई d गैस के दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होती है। नतीजतन, पर्याप्त रूप से कम दबाव पर, सकारात्मक आयनों द्वारा कैथोड से बाहर निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को गैस के माध्यम से लगभग इसके अणुओं के साथ टकराव के बिना पारित किया जाता है। इलेक्ट्रोनिक, या कैथोड किरणें .

इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग गैस-लाइट ट्यूब, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स में किया जाता है। यदि कैथोड में एक भट्ठा बनाया जाता है, तो संकीर्ण आयन किरणें इसके माध्यम से कैथोड के पीछे की जगह में गुजरती हैं, जिसे अक्सर कहा जाता है चैनल किरणें।व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली घटना कैथोड स्पटरिंग, अर्थात। सकारात्मक आयनों के टकराने की क्रिया के तहत कैथोड की सतह का विनाश। कैथोड सामग्री के अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक टुकड़े सीधी रेखाओं के साथ सभी दिशाओं में उड़ते हैं और एक पतली परत के साथ एक ट्यूब में रखे गए निकायों (विशेष रूप से डाइलेक्ट्रिक्स) की सतह को कवर करते हैं। इस तरह, कई उपकरणों के लिए दर्पण बनाए जाते हैं, जिन्हें लगाया जाता है पतली परतसेलेनियम फोटोकल्स पर धातु।

बी। कोरोना डिस्चार्ज।

एक अत्यधिक अमानवीय विद्युत क्षेत्र (उदाहरण के लिए, स्पाइक्स या उच्च वोल्टेज लाइनों के तारों के पास) में गैस में सामान्य दबाव में एक कोरोना डिस्चार्ज होता है। एक कोरोना डिस्चार्ज में, गैस आयनीकरण और उसकी चमक कोरोना इलेक्ट्रोड के पास ही होती है। कैथोड कोरोना (नकारात्मक कोरोना) के मामले में, सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी होने पर गैस के अणुओं के आयनीकरण को प्रभावित करने वाले इलेक्ट्रॉनों को कैथोड से बाहर कर दिया जाता है। यदि एनोड कोरोना (पॉजिटिव कोरोना) है, तो इलेक्ट्रॉनों का जन्म एनोड के पास गैस के फोटोयनाइजेशन के कारण होता है। वर्तमान रिसाव और नुकसान के साथ कोरोना एक हानिकारक घटना है विद्युतीय ऊर्जा. कोरोना को कम करने के लिए, कंडक्टरों की वक्रता त्रिज्या बढ़ाई जाती है, और उनकी सतह को यथासंभव चिकना बनाया जाता है। इलेक्ट्रोड के बीच पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज पर, कोरोना डिस्चार्ज एक चिंगारी में बदल जाता है।

बढ़े हुए वोल्टेज पर, टिप पर कोरोना डिस्चार्ज टिप से निकलने वाली और समय के साथ बारी-बारी से निकलने वाली हल्की रेखाओं का रूप ले लेता है। किंक और मोड़ की एक श्रृंखला वाली ये रेखाएं एक प्रकार का ब्रश बनाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप इस तरह के निर्वहन को कहा जाता है कलाई का .

एक आवेशित वज्रपात इसके नीचे पृथ्वी की सतह पर प्रेरित करता है विद्युत शुल्कविपरीत संकेत। युक्तियों पर विशेष रूप से बड़ा शुल्क जमा होता है। इसलिए, गरज से पहले या गरज के दौरान, ब्रश की तरह प्रकाश के शंकु अक्सर अत्यधिक उभरी हुई वस्तुओं के बिंदुओं और नुकीले कोनों पर भड़क जाते हैं। प्राचीन काल से, इस चमक को सेंट एल्मो की आग कहा जाता है।

खासकर अक्सर पर्वतारोही इस घटना के गवाह बन जाते हैं। कभी-कभी न केवल धातु की वस्तुएं, बल्कि सिर पर बालों के सिरों को भी छोटे चमकदार टैसल से सजाया जाता है।

हाई वोल्टेज से निपटने के दौरान कोरोना डिस्चार्ज पर विचार करना होगा। यदि उभरे हुए हिस्से या बहुत पतले तार हैं, तो कोरोना डिस्चार्ज शुरू हो सकता है। इससे बिजली का रिसाव होता है। हाई-वोल्टेज लाइन का वोल्टेज जितना अधिक होगा, तार उतने ही मोटे होने चाहिए।

सी। स्पार्क डिस्चार्ज।

स्पार्क डिस्चार्ज में चमकीले ज़िगज़ैग ब्रांचिंग फिलामेंट्स-चैनल्स की उपस्थिति होती है जो डिस्चार्ज गैप को भेदते हैं और गायब हो जाते हैं, नए लोगों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि स्पार्क डिस्चार्ज चैनल कभी-कभी सकारात्मक इलेक्ट्रोड से, कभी-कभी नकारात्मक से, और कभी-कभी इलेक्ट्रोड के बीच किसी बिंदु से बढ़ने लगते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि स्पार्क डिस्चार्ज के मामले में प्रभाव आयनीकरण गैस की पूरी मात्रा पर नहीं होता है, बल्कि उन जगहों से गुजरने वाले अलग-अलग चैनलों के माध्यम से होता है जहां आयन एकाग्रता गलती से उच्चतम हो जाती है। स्पार्क डिस्चार्ज रिलीज के साथ है एक लंबी संख्यागर्मी, गैस की तेज चमक, कर्कश या गड़गड़ाहट। ये सभी घटनाएं इलेक्ट्रॉन और आयन हिमस्खलन के कारण होती हैं जो स्पार्क चैनलों में होती हैं और दबाव में भारी वृद्धि होती है, 10 7 10 8 Pa तक पहुंच जाती है, और तापमान में 10,000 डिग्री सेल्सियस तक की वृद्धि होती है।

स्पार्क डिस्चार्ज का एक विशिष्ट उदाहरण बिजली है। मुख्य बिजली चैनल का व्यास 10 से 25 सेमी है, और बिजली की लंबाई कई किलोमीटर तक पहुंच सकती है। अधिकतम शक्तिबिजली की नाड़ी की धारा दसियों और सैकड़ों हजारों एम्पीयर तक पहुँचती है।

डिस्चार्ज गैप की एक छोटी लंबाई के साथ, स्पार्क डिस्चार्ज एनोड के एक विशिष्ट विनाश का कारण बनता है, जिसे कहा जाता है कटाव. इस घटना का उपयोग काटने, ड्रिलिंग और अन्य प्रकार के सटीक धातु प्रसंस्करण के इलेक्ट्रोस्पार्क विधि में किया गया था।

स्पार्क गैप का उपयोग विद्युत पारेषण लाइनों में वृद्धि रक्षक के रूप में किया जाता है (उदाहरण के लिए, in .) टेलीफोन लाइनें) यदि लाइन के पास एक मजबूत शॉर्ट-टर्म करंट गुजरता है, तो इस लाइन के तारों में वोल्टेज और करंट प्रेरित होते हैं, जो नष्ट कर सकते हैं बिजली का इंस्टॉलेशनऔर मानव जीवन के लिए खतरनाक है। इससे बचने के लिए, विशेष फ़्यूज़ का उपयोग किया जाता है, जिसमें दो घुमावदार इलेक्ट्रोड होते हैं, जिनमें से एक लाइन से जुड़ा होता है और दूसरा ग्राउंडेड होता है। यदि जमीन के सापेक्ष रेखा की क्षमता बहुत बढ़ जाती है, तो इलेक्ट्रोड के बीच एक स्पार्क डिस्चार्ज होता है, जो इसके द्वारा गर्म हवा के साथ ऊपर उठता है, लंबा होता है और टूट जाता है।

अंत में, एक इलेक्ट्रिक स्पार्क का उपयोग करके बड़े संभावित अंतरों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है बॉल गैप, जिनके इलेक्ट्रोड एक पॉलिश सतह के साथ दो धातु की गेंदें हैं। गेंदों को अलग कर दिया जाता है, और उन पर एक मापा संभावित अंतर लागू किया जाता है। फिर गेंदों को तब तक एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न कूद जाए। गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानने के बाद, वे विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर पाते हैं। इस पद्धति का उपयोग कुछ प्रतिशत के भीतर, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापने के लिए किया जा सकता है।

डी। चाप निर्वहन।

आर्क डिस्चार्ज की खोज वी. वी. पेट्रोव ने 1802 में की थी। यह डिस्चार्ज गैस डिस्चार्ज के रूपों में से एक है, जो उच्च वर्तमान घनत्व और इलेक्ट्रोड के बीच अपेक्षाकृत कम वोल्टेज (कई दसियों वोल्ट के क्रम में) पर होता है। आर्क डिस्चार्ज का मुख्य कारण गर्म कैथोड द्वारा थर्मोइलेक्ट्रॉनों का तीव्र उत्सर्जन है। ये इलेक्ट्रॉन तेज कर रहे हैं विद्युत क्षेत्रऔर गैस के अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं, जिसके कारण विद्युतीय प्रतिरोधइलेक्ट्रोड के बीच गैस का अंतर अपेक्षाकृत छोटा है। यदि हम बाहरी सर्किट के प्रतिरोध को कम करते हैं, चाप निर्वहन की धारा बढ़ाते हैं, तो गैस अंतराल की चालकता इतनी बढ़ जाएगी कि इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज कम हो जाएगा। इसलिए, चाप निर्वहन को गिरने वाली वर्तमान-वोल्टेज विशेषता कहा जाता है। वायुमंडलीय दबाव में, कैथोड का तापमान 3000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। इलेक्ट्रॉन, एनोड पर बमबारी करते हुए, इसमें एक अवकाश (गड्ढा) बनाते हैं और इसे गर्म करते हैं। क्रेटर का तापमान लगभग 4000 डिग्री सेल्सियस है, और उच्च वायु दाब पर यह 6000-7000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। आर्क डिस्चार्ज चैनल में गैस का तापमान 5000-6000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, इसलिए इसमें तीव्र थर्मल आयनीकरण होता है।

कई मामलों में, अपेक्षाकृत कम कैथोड तापमान पर एक चाप निर्वहन भी देखा जाता है (उदाहरण के लिए, एक पारा चाप दीपक में)।

1876 ​​​​में, पी। एन। याब्लोचकोव ने पहली बार एक विद्युत चाप का उपयोग प्रकाश स्रोत के रूप में किया था। "याब्लोचकोव मोमबत्ती" में, कोयले को समानांतर में व्यवस्थित किया गया था और एक घुमावदार परत से अलग किया गया था, और उनके सिरों को एक प्रवाहकीय "इग्निशन ब्रिज" से जोड़ा गया था। जब करंट चालू किया गया, तो इग्निशन ब्रिज जल गया और अंगारों के बीच बन गया इलेक्ट्रिक आर्क. जैसे ही कोयले जलते थे, इन्सुलेट परत वाष्पित हो जाती थी।

आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज भी प्रकाश के स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्चलाइट और प्रोजेक्टर में।

आर्क डिस्चार्ज का उच्च तापमान आर्क फर्नेस के निर्माण के लिए इसका उपयोग करना संभव बनाता है। वर्तमान में, बहुत अधिक धारा द्वारा संचालित चाप भट्टियों का उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है: स्टील, कच्चा लोहा, लौह मिश्र धातु, कांस्य, कैल्शियम कार्बाइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड आदि के उत्पादन के लिए।

1882 में, N. N. Benardos ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए एक आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया। स्थिर कार्बन इलेक्ट्रोड और धातु के बीच का निर्वहन दोनों के जंक्शन को गर्म करता है मेटल शीट(या प्लेट) और उन्हें वेल्ड करता है। बेनार्डोस ने काटने के लिए उसी विधि का इस्तेमाल किया धातु की प्लेटेंऔर उनमें छेद हो रहे हैं। 1888 में, एन जी स्लाव्यानोव ने कार्बन इलेक्ट्रोड को धातु के साथ बदलकर इस वेल्डिंग विधि में सुधार किया।

आर्क डिस्चार्ज ने एक पारा रेक्टिफायर में आवेदन पाया है, जो एक प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाह को एक प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है।

इ। प्लाज्मा।

प्लाज्मा एक आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। इस प्रकार, प्लाज्मा समग्र रूप से एक विद्युत तटस्थ प्रणाली है।

प्लाज्मा की मात्रात्मक विशेषता आयनीकरण की डिग्री है। प्लाज्मा आयनीकरण की डिग्री आवेशित कणों की मात्रा सांद्रता का अनुपात कणों की कुल मात्रा सांद्रता का अनुपात है। आयनीकरण की डिग्री के आधार पर, प्लाज्मा को . में विभाजित किया जाता है कमजोर आयनित(ए प्रतिशत का अंश है), आंशिक रूप से आयनित (कुछ प्रतिशत के क्रम का) और पूरी तरह से आयनित (ए 100% के करीब है)। कमजोर आयनित प्लाज्मा स्वाभाविक परिस्थितियांवायुमंडल की ऊपरी परतें हैं - आयनमंडल। सूर्य, गर्म तारे और कुछ तारे के बीच के बादल पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा हैं जो उच्च तापमान पर बनते हैं।

मध्यम ऊर्जा विभिन्न प्रकार केप्लाज्मा बनाने वाले कण एक दूसरे से काफी भिन्न हो सकते हैं। इसलिए, प्लाज्मा को तापमान T के एकल मान से नहीं पहचाना जा सकता है; इलेक्ट्रॉन तापमान टी ई, आयन तापमान टी i (या आयन तापमान, यदि प्लाज्मा में कई प्रकार के आयन होते हैं) और तटस्थ परमाणुओं के तापमान टी ए (तटस्थ घटक) के बीच एक अंतर किया जाता है। इस तरह के प्लाज्मा को इज़ोटेर्मल प्लाज्मा के विपरीत गैर-इज़ोटेर्मल कहा जाता है, जिसमें सभी घटकों का तापमान समान होता है।

प्लाज्मा को उच्च-तापमान (T i »10 6 -10 8 K और अधिक) और निम्न-तापमान में भी विभाजित किया गया है !!! (टी मैं<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.

प्लाज्मा में कई विशिष्ट गुण होते हैं, जो हमें इसे पदार्थ की एक विशेष चौथी अवस्था के रूप में मानने की अनुमति देता है।

आवेशित प्लाज्मा कणों की उच्च गतिशीलता के कारण, वे आसानी से विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के प्रभाव में चलते हैं। इसलिए, एक ही चार्ज साइन के कणों के संचय के कारण प्लाज्मा के अलग-अलग क्षेत्रों की विद्युत तटस्थता का कोई भी उल्लंघन जल्दी से समाप्त हो जाता है। परिणामी विद्युत क्षेत्र आवेशित कणों को तब तक गतिमान करते हैं जब तक कि विद्युत तटस्थता बहाल नहीं हो जाती और विद्युत क्षेत्र शून्य नहीं हो जाता। एक तटस्थ गैस के विपरीत, जिसके अणुओं के बीच कम दूरी के बल होते हैं, आवेशित प्लाज्मा कणों के बीच कूलम्ब बल होते हैं जो दूरी के साथ अपेक्षाकृत धीरे-धीरे कम होते जाते हैं। प्रत्येक कण बड़ी संख्या में आसपास के कणों के साथ तुरंत संपर्क करता है। इसके कारण, अराजक तापीय गति के साथ, प्लाज्मा कण विभिन्न क्रमबद्ध गतियों में भाग ले सकते हैं। प्लाज्मा में विभिन्न प्रकार के दोलन और तरंगें आसानी से उत्तेजित हो जाती हैं।

आयनन की मात्रा बढ़ने पर प्लाज्मा चालकता बढ़ती है। उच्च तापमान पर, एक पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा अपनी चालकता में सुपरकंडक्टर्स तक पहुंचता है।

कम तापमान वाले प्लाज्मा का उपयोग गैस-डिस्चार्ज प्रकाश स्रोतों में किया जाता है - विज्ञापन शिलालेखों के लिए चमकदार ट्यूबों में, फ्लोरोसेंट लैंप में। कई उपकरणों में गैस डिस्चार्ज लैंप का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, गैस लेजर में - क्वांटम प्रकाश स्रोत।

उच्च तापमान प्लाज्मा का उपयोग मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर में किया जाता है।

एक नया उपकरण, प्लाज्मा मशाल, हाल ही में बनाया गया है। प्लास्मट्रॉन घने कम तापमान वाले प्लाज्मा के शक्तिशाली जेट बनाता है, जो व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है: धातुओं को काटने और वेल्डिंग करने, कठोर चट्टानों में कुओं की ड्रिलिंग आदि के लिए।

प्रयुक्त साहित्य की सूची:

1) भौतिकी: विद्युतगतिकी। 10-11 सेल: पाठ्यपुस्तक। भौतिकी / जी के गहन अध्ययन के लिए। Ya. Myakishev, A. Z. Sinyakov, B. A. Slobodskov। - दूसरा संस्करण - एम .: ड्रोफा, 1998. - 480 पी।

2) भौतिकी पाठ्यक्रम (तीन खंडों में)। टी द्वितीय। बिजली और चुंबकत्व। प्रोक। तकनीकी कॉलेजों के लिए मैनुअल। / डेटलाफ ए.ए., यावोर्स्की बी.एम., मिल्कोव्स्काया एल.बी. इज़्ड। चौथा, संशोधित। - एम .: हायर स्कूल, 1977. - 375 पी।

3) बिजली।/ई। जी कलाश्निकोव। ईडी। "विज्ञान", मास्को, 1977।

4) भौतिकी./बी. बी। बुखोवत्सेव, यू। एल। क्लिमोंटोविच, जी। हां। मायाकिशेव। तीसरा संस्करण, संशोधित। - एम .: ज्ञानोदय, 1986।

यह मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति से बनता है और इस स्थिति में उस पदार्थ में कोई परिवर्तन नहीं होता जिससे कंडक्टर बनाया गया है।

ऐसे चालक, जिनमें विद्युत धारा का प्रवाह उनके पदार्थ में रासायनिक परिवर्तन के साथ नहीं होता है, कहलाते हैं पहली तरह के कंडक्टर. इनमें सभी धातु, कोयला और कई अन्य पदार्थ शामिल हैं।

लेकिन प्रकृति में विद्युत प्रवाह के ऐसे संवाहक भी होते हैं, जिनमें विद्युत धारा के पारित होने के दौरान रासायनिक घटनाएं होती हैं। इन कंडक्टरों को कहा जाता है दूसरी तरह के कंडक्टर. इनमें मुख्य रूप से अम्ल, लवण और क्षार के पानी में विभिन्न समाधान शामिल हैं।

यदि आप एक कांच के बर्तन में पानी डालते हैं और उसमें सल्फ्यूरिक एसिड (या कुछ अन्य एसिड या क्षार) की कुछ बूँदें डालते हैं, और फिर दो धातु की प्लेट लेते हैं और इन प्लेटों को बर्तन में कम करके कंडक्टर संलग्न करते हैं, और एक करंट जोड़ते हैं एक स्विच और एक एमीटर के माध्यम से कंडक्टर के दूसरे छोर तक स्रोत, फिर समाधान से गैस निकल जाएगी, और यह सर्किट बंद होने तक लगातार जारी रहेगी। अम्लीय जल वास्तव में चालक है। इसके अलावा, प्लेटों को गैस के बुलबुले से ढंकना शुरू हो जाएगा। फिर ये बुलबुले प्लेटों से अलग होकर बाहर निकल आएंगे।

जब विलयन से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो रासायनिक परिवर्तन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गैस निकलती है।

दूसरे प्रकार के कंडक्टरों को इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट में होने वाली घटना तब होती है जब एक विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से गुजरता है।

इलेक्ट्रोलाइट में डूबी हुई धातु की प्लेटों को इलेक्ट्रोड कहा जाता है; उनमें से एक, जो वर्तमान स्रोत के धनात्मक ध्रुव से जुड़ा है, एनोड कहलाता है, और दूसरा, जो ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा होता है, कैथोड कहलाता है।

किसी द्रव चालक में विद्युत धारा प्रवाहित होने का क्या कारण है? यह पता चला है कि इस तरह के समाधान (इलेक्ट्रोलाइट्स) में, एक विलायक (इस मामले में, पानी) की कार्रवाई के तहत एसिड अणु (क्षार, लवण) दो घटकों में विघटित हो जाते हैं, और अणु के एक कण में धनात्मक विद्युत आवेश होता है, और दूसरे का ऋणात्मक।

अणु के वे कण जिनमें विद्युत आवेश होता है, आयन कहलाते हैं। जब अम्ल, लवण या क्षार को जल में घोला जाता है तो विलयन में धनात्मक तथा ऋणात्मक दोनों आयन बड़ी संख्या में दिखाई देते हैं।

अब यह स्पष्ट हो जाना चाहिए कि एक विद्युत प्रवाह समाधान के माध्यम से क्यों पारित हुआ, क्योंकि वर्तमान स्रोत से जुड़े इलेक्ट्रोड के बीच, इसे बनाया गया था, दूसरे शब्दों में, उनमें से एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था और दूसरा नकारात्मक रूप से। इस संभावित अंतर के प्रभाव में, सकारात्मक आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड - कैथोड और नकारात्मक आयनों - एनोड की ओर बढ़ने लगे।

इस प्रकार, आयनों की अराजक गति एक दिशा में नकारात्मक आयनों और दूसरी दिशा में सकारात्मक आयनों की एक क्रमबद्ध प्रति-आंदोलन बन गई है। यह चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह का गठन करती है और तब तक होती है जब तक इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर होता है। संभावित अंतर के गायब होने के साथ, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से करंट रुक जाता है, आयनों की क्रमबद्ध गति बाधित हो जाती है, और अराजक गति फिर से शुरू हो जाती है।

एक उदाहरण के रूप में, इलेक्ट्रोलिसिस की घटना पर विचार करें जब कॉपर सल्फेट CuSO4 के घोल में कॉपर इलेक्ट्रोड के साथ एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना जब करंट कॉपर सल्फेट के घोल से होकर गुजरता है: C - इलेक्ट्रोलाइट वाला बर्तन, B - करंट सोर्स, C - स्विच

इलेक्ट्रोड के लिए आयनों का एक काउंटर मूवमेंट भी होगा। धनात्मक आयन कॉपर (Cu) आयन होगा, और ऋणात्मक आयन अम्ल अवशेष (SO4) आयन होगा। कॉपर आयन, कैथोड के संपर्क में आने पर, डिस्चार्ज हो जाएंगे (लापता इलेक्ट्रॉनों को खुद से जोड़कर), यानी, वे शुद्ध तांबे के तटस्थ अणुओं में बदल जाएंगे, और कैथोड पर सबसे पतली (आणविक) परत के रूप में जमा हो जाएंगे।

ऋणात्मक आयन, एनोड पर पहुंचकर, भी विसर्जित हो जाते हैं (अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देते हैं)। लेकिन साथ ही, वे एनोड के कॉपर के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कॉपर Cu का एक अणु अम्लीय अवशेष SO4 से जुड़ा होता है और कॉपर सल्फेट CuS O4 का एक अणु बनता है, जो वापस आ जाता है। इलेक्ट्रोलाइट को लौटें।

चूंकि इस रासायनिक प्रक्रिया में लंबा समय लगता है, इसलिए कैथोड पर कॉपर जमा हो जाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट से निकलता है। इस मामले में, कैथोड में जाने वाले तांबे के अणुओं के बजाय, दूसरे इलेक्ट्रोड - एनोड के विघटन के कारण इलेक्ट्रोलाइट को नए तांबे के अणु प्राप्त होते हैं।

वही प्रक्रिया तब होती है जब तांबे के बजाय जस्ता इलेक्ट्रोड लिया जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट जिंक सल्फेट ZnSO4 का एक समाधान है। जिंक को भी एनोड से कैथोड में स्थानांतरित किया जाएगा।

इस प्रकार, धातुओं और तरल कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह के बीच अंतरइस तथ्य में निहित है कि धातुओं में केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन, अर्थात्, ऋणात्मक आवेश, आवेश वाहक होते हैं, जबकि इलेक्ट्रोलाइट्स में यह पदार्थ के विपरीत आवेशित कणों द्वारा ले जाया जाता है - आयन विपरीत दिशाओं में चलते हैं। इसलिए वे कहते हैं कि इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक चालकता होती है।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना 1837 में बी एस जैकोबी द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने रासायनिक वर्तमान स्रोतों के अध्ययन और सुधार पर कई प्रयोग किए थे। जैकोबी ने पाया कि कॉपर सल्फेट के विलयन में रखा गया एक इलेक्ट्रोड, जब उसमें से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, कॉपर से ढक जाती है।

इस घटना को कहा जाता है ELECTROPLATING, अब अत्यंत व्यापक व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है। इसका एक उदाहरण अन्य धातुओं की पतली परत के साथ धातु की वस्तुओं का लेप है, अर्थात निकल चढ़ाना, गिल्डिंग, चांदी चढ़ाना, आदि।

गैसें (वायु सहित) सामान्य परिस्थितियों में बिजली का संचालन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, नग्न, एक दूसरे के समानांतर निलंबित होने के कारण, हवा की एक परत द्वारा एक दूसरे से अलग हो जाते हैं।

हालांकि, उच्च तापमान के प्रभाव में, एक बड़ा संभावित अंतर, और अन्य कारणों से, गैसें, जैसे तरल कंडक्टर, आयनित, यानी, गैस अणुओं के कण बड़ी संख्या में दिखाई देते हैं, जो बिजली के वाहक होने के कारण पारित होने में योगदान करते हैं। गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह का।

लेकिन साथ ही, गैस का आयनीकरण एक तरल कंडक्टर के आयनीकरण से भिन्न होता है। यदि द्रव में एक अणु दो आवेशित भागों में टूट जाता है, तो गैसों में, आयनीकरण की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉनों को हमेशा प्रत्येक अणु से अलग किया जाता है और एक आयन अणु के धनात्मक रूप से आवेशित भाग के रूप में रहता है।

किसी को केवल गैस के आयनीकरण को रोकना है, क्योंकि यह प्रवाहकीय होना बंद कर देता है, जबकि तरल हमेशा विद्युत प्रवाह का संवाहक बना रहता है। नतीजतन, बाहरी कारणों की कार्रवाई के आधार पर, गैस की चालकता एक अस्थायी घटना है।

हालाँकि, एक और है जिसे कहा जाता है चाप निर्वहनया सिर्फ एक इलेक्ट्रिक आर्क। इलेक्ट्रिक आर्क की घटना की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में पहले रूसी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर वी. वी. पेट्रोव ने की थी।

वी. वी. पेट्रोव ने कई प्रयोग करते हुए पाया कि एक करंट स्रोत से जुड़े दो चारकोल के बीच, एक तेज रोशनी के साथ हवा के माध्यम से एक निरंतर विद्युत निर्वहन होता है। वी. वी. पेट्रोव ने अपने लेखन में लिखा है कि इस मामले में, "अंधेरे शांति को काफी उज्ज्वल रूप से प्रकाशित किया जा सकता है।" तो पहली बार विद्युत प्रकाश प्राप्त किया गया था, जिसे व्यावहारिक रूप से एक अन्य रूसी विद्युत वैज्ञानिक पावेल निकोलाइविच याब्लोचकोव द्वारा लागू किया गया था।

"याब्लोचकोव की मोमबत्ती", जिसका काम विद्युत चाप के उपयोग पर आधारित है, ने उन दिनों इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में एक वास्तविक क्रांति की।

आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज भी प्रकाश के स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्चलाइट और प्रोजेक्टर में। चाप निर्वहन का उच्च तापमान इसके लिए उपयोग करने की अनुमति देता है। वर्तमान में, बहुत अधिक धारा द्वारा संचालित चाप भट्टियों का उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है: स्टील, कच्चा लोहा, लौह मिश्र धातु, कांस्य, आदि को गलाने के लिए। और 1882 में, N. N. Benardos ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए एक आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया।

गैस-प्रकाश ट्यूबों में, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स, इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए, तथाकथित चमक गैस निर्वहन.

एक गोलाकार स्पार्क गैप का उपयोग करके बड़े संभावित अंतर को मापने के लिए एक स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग किया जाता है, जिसके इलेक्ट्रोड एक पॉलिश सतह के साथ दो धातु की गेंदें होती हैं। गेंदों को अलग कर दिया जाता है, और उन पर एक मापा संभावित अंतर लागू किया जाता है। फिर गेंदों को तब तक एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न कूद जाए। गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानने के बाद, वे विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर पाते हैं। इस पद्धति का उपयोग कुछ प्रतिशत के भीतर, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापने के लिए किया जा सकता है।

सामान्य परिस्थितियों में गैसों में विद्युत प्रवाह असंभव है। अर्थात् वायुमंडलीय आर्द्रता, दबाव और तापमान पर गैस में कोई आवेश वाहक नहीं होते हैं। गैस की यह संपत्ति, विशेष रूप से हवा में, विद्युत अलगाव प्रदान करने के लिए ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों और रिले स्विच में उपयोग की जाती है।

लेकिन कुछ शर्तों के तहत, गैसों में करंट देखा जा सकता है। आइए एक प्रयोग करते हैं। उसके लिए हमें एक एयर कैपेसिटर इलेक्ट्रोमीटर और कनेक्टिंग वायर की जरूरत होती है। सबसे पहले, इलेक्ट्रोमीटर को कैपेसिटर से कनेक्ट करें। फिर हम संधारित्र प्लेटों को आवेश की सूचना देंगे। इलेक्ट्रोमीटर इसी चार्ज की उपस्थिति दिखाएगा। एयर कैपेसिटर थोड़ी देर के लिए चार्ज स्टोर करेगा। यानी इसकी प्लेटों के बीच कोई करंट नहीं होगा। इससे पता चलता है कि संधारित्र की प्लेटों के बीच की हवा में परावैद्युत गुण होते हैं।

चित्र 1 - विद्युतमापी से जुड़ा आवेशित संधारित्र

इसके बाद, हम प्लेटों के बीच की खाई में एक मोमबत्ती की लौ डालते हैं। साथ ही, हम देखेंगे कि इलेक्ट्रोमीटर कैपेसिटर प्लेटों पर चार्ज में कमी दिखाएगा। यानी प्लेटों के बीच गैप में करंट प्रवाहित होता है। ऐसा क्यों हो रहा है।

चित्र 2 - आवेशित संधारित्र की प्लेटों के बीच की खाई में एक मोमबत्ती डालना

सामान्य परिस्थितियों में, गैस के अणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं। और वे करंट प्रदान करने में सक्षम नहीं हैं। लेकिन तापमान में वृद्धि के साथ, गैस का तथाकथित आयनीकरण होता है, और यह एक कंडक्टर बन जाता है। गैस में सकारात्मक और नकारात्मक आयन दिखाई देते हैं।

एक गैस परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग होने के लिए, कूलम्ब बलों के खिलाफ काम करना आवश्यक है। इसके लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। तापमान बढ़ने पर परमाणु यह ऊर्जा प्राप्त करता है। चूंकि तापीय गति की गतिज ऊर्जा गैस के तापमान के सीधे आनुपातिक होती है। फिर, इसकी वृद्धि के साथ, अणुओं और परमाणुओं को पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है ताकि जब वे टकराते हैं तो इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से निकल जाते हैं। ऐसा परमाणु धनात्मक आयन बन जाता है। विलगित इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु से चिपक सकता है, तब वह ऋणात्मक आयन बन जाएगा।

नतीजतन, सकारात्मक और नकारात्मक आयन, साथ ही इलेक्ट्रॉन, प्लेटों के बीच की खाई में दिखाई देते हैं। वे सभी संधारित्र प्लेटों पर आवेशों द्वारा बनाए गए क्षेत्र की कार्रवाई के तहत चलना शुरू करते हैं। धनात्मक आयन कैथोड की ओर गति करते हैं। ऋणात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर प्रवृत्त होते हैं। इस प्रकार, वायु अंतराल में एक धारा प्रदान की जाती है।

वोल्टेज पर करंट की निर्भरता सभी क्षेत्रों में ओम के नियम का पालन नहीं करती है। पहले खंड में, वोल्टेज में वृद्धि के साथ, आयनों की संख्या बढ़ जाती है और, परिणामस्वरूप, वर्तमान। इसके अलावा, दूसरे खंड में संतृप्ति होती है, अर्थात वोल्टेज में वृद्धि के साथ, वर्तमान नहीं बढ़ता है। क्योंकि आयनों की सांद्रता अधिकतम होती है और नए कहीं से भी प्रकट होते हैं।

चित्रा 3 - वायु अंतराल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता

तीसरे खंड में, बढ़ते वोल्टेज के साथ फिर से करंट में वृद्धि होती है। इस खंड को स्व-निर्वहन कहा जाता है। यानी गैस में करंट बनाए रखने के लिए अब थर्ड पार्टी आयोनाइजर्स की जरूरत नहीं है। यह इस तथ्य के कारण है कि उच्च वोल्टेज पर इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से अन्य इलेक्ट्रॉनों को अपने आप बाहर निकालने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है। बदले में ये इलेक्ट्रॉन दूसरों को बाहर कर देते हैं, और इसी तरह। प्रक्रिया हिमस्खलन की तरह चलती है। और गैस में मुख्य चालकता पहले से ही इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रदान की जाती है।