Էլեկտրական հոսանք գազերում հաղորդագրություն. Էլեկտրական հոսանքը գազերում. սահմանում, առանձնահատկություններ և հետաքրքիր փաստեր

Գազերում լինում են ոչ ինքնասպասվող և ինքնակառավարվող էլեկտրական լիցքաթափումներ։

Գազի միջով էլեկտրական հոսանքի երևույթը, որը դիտվում է միայն գազի վրա որևէ արտաքին ազդեցության պայմաններում, կոչվում է ոչ ինքնակառավարվող էլեկտրական լիցքաթափում։ Ատոմից էլեկտրոնի անջատման գործընթացը կոչվում է ատոմի իոնացում։ Նվազագույն էներգիան, որը պետք է ծախսվի ատոմից էլեկտրոն անջատելու համար, կոչվում է իոնացման էներգիա։ Մասամբ կամ ամբողջությամբ իոնացված գազը, որտեղ դրական և բացասական լիցքերի խտությունը նույնն է, կոչվում է. պլազմա.

Էլեկտրական հոսանքի կրողները ոչ ինքնակառավարվող լիցքաթափման ժամանակ դրական իոններն են և բացասական էլեկտրոնները։ Ընթացիկ-լարման բնութագիրը ներկայացված է նկ. 54. ՕԱԲ-ի դաշտում` ոչ ինքնավար արտանետում: BC տարածաշրջանում արտանետումը դառնում է անկախ:

Ինքնալիցքաթափման ժամանակ ատոմների իոնացման մեթոդներից մեկը էլեկտրոնի ազդեցության իոնացումն է։ Էլեկտրոնի ազդեցությամբ իոնացումը հնարավոր է դառնում, երբ էլեկտրոնը ստանում է W k կինետիկ էներգիա A միջին ազատ ուղու վրա, որը բավարար է ատոմից էլեկտրոնի անջատման աշխատանքը կատարելու համար: Գազերում անկախ արտանետումների տեսակները՝ կայծային, պսակ, աղեղային և փայլուն արտանետումներ։

կայծի արտանետումտեղի է ունենում երկու էլեկտրոդների միջև, որոնք լիցքավորված են տարբեր լիցքերով և ունեն մեծ պոտենցիալ տարբերություն: Հակառակ լիցքավորված մարմինների միջև լարումը հասնում է մինչև 40000 Վ-ի։ Կայծի արտանետումը կարճատև է, մեխանիզմը՝ էլեկտրոնային հարված։ Կայծակը կայծային արտանետման տեսակ է:

Խիստ անհամասեռ էլեկտրական դաշտերում, որոնք ձևավորվում են, օրինակ, ծայրի և հարթության միջև կամ էլեկտրահաղորդման լարերի և Երկրի մակերևույթի միջև, առաջանում է գազերի ինքնասպասարկման հատուկ ձև, որը կոչվում է. կորոնային արտանետում.

Էլեկտրական աղեղի արտանետումՀայտնաբերվել է ռուս գիտնական Վ.Վ.Պետրովի կողմից 1802թ.-ին: Երբ ածուխից պատրաստված երկու էլեկտրոդներ շփվում են 40-50 Վ լարման տակ, որոշ տեղերում կան փոքր խաչմերուկի հատվածներ՝ բարձր էլեկտրական դիմադրությամբ: Այս տարածքները շատ տաքանում են, արտանետում են էլեկտրոններ, որոնք իոնացնում են ատոմներն ու մոլեկուլները էլեկտրոդների միջև: Էլեկտրական հոսանքի կրողները աղեղում դրական լիցքավորված իոններ և էլեկտրոններ են։

Այն արտանետումը, որը տեղի է ունենում նվազեցված ճնշման դեպքում, կոչվում է փայլի արտանետում. Քանի որ ճնշումը նվազում է, էլեկտրոնի միջին ազատ ուղին մեծանում է, և բախումների միջև ընկած ժամանակահատվածում նա ժամանակ ունի ձեռք բերելու բավարար էներգիա իոնացման համար: էլեկտրական դաշտավելի քիչ սթրեսով: Լիցքաթափումն իրականացվում է էլեկտրոն-իոնային ավալանշով։

1. Իոնացում, դրա էությունն ու տեսակները.

Էլեկտրական հոսանքի գոյության առաջին պայմանը անվճար լիցքակիրների առկայությունն է։ Գազերում առաջանում են իոնացման արդյունքում։ Իոնացման գործոնների ազդեցության տակ էլեկտրոնն առանձնանում է չեզոք մասնիկից։ Ատոմը դառնում է դրական իոն։ Այսպիսով, կան 2 տեսակի լիցքակիրներ՝ դրական իոն և ազատ էլեկտրոն։ Եթե ​​էլեկտրոնը միանում է չեզոք ատոմին, ապա հայտնվում է բացասական իոն, այսինքն. լիցքակիրների երրորդ տեսակը. Իոնացված գազը կոչվում է երրորդ տեսակի հաղորդիչ: Այստեղ հնարավոր է երկու տեսակի հաղորդունակություն՝ էլեկտրոնային և իոնային։ Իոնացման գործընթացներին զուգահեռ տեղի է ունենում հակադարձ պրոցես՝ ռեկոմբինացիա։ Էլեկտրոնը ատոմից անջատելու համար էներգիա է պահանջվում: Եթե ​​էներգիան մատակարարվում է դրսից, ապա իոնացմանը նպաստող գործոնները կոչվում են արտաքին (բարձր ջերմաստիճան, իոնացնող ճառագայթում, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում, ուժեղ. մագնիսական դաշտեր): Կախված իոնացման գործոններից՝ այն կոչվում է ջերմային իոնացում, ֆոտոիոնացում։ Բացի այդ, իոնացումը կարող է առաջանալ մեխանիկական ցնցումից: Իոնացման գործոնները բաժանվում են բնական և արհեստական: Բնականն առաջանում է Արեգակի ճառագայթումից, Երկրի ռադիոակտիվ ֆոնից։ Բացի արտաքին իոնացումից, կա ներքին. Այն բաժանված է հարվածային գործիքների և աստիճանավորների։

Ազդեցության իոնացում.

Բավականաչափ բարձր լարման դեպքում դաշտի կողմից արագացվող էլեկտրոններն իրենք են դառնում իոնացման աղբյուր։ Երբ նման էլեկտրոնը հարվածում է չեզոք ատոմին, էլեկտրոնը դուրս է մղվում ատոմից: Դա տեղի է ունենում, երբ իոնացում առաջացնող էլեկտրոնի էներգիան գերազանցում է ատոմի իոնացման էներգիան: Էլեկտրոդների միջև լարումը պետք է բավարար լինի, որպեսզի էլեկտրոնը ձեռք բերի անհրաժեշտ էներգիա: Այս լարումը կոչվում է իոնացման լարում: Յուրաքանչյուրն ունի իր իմաստը:

Եթե ​​շարժվող էլեկտրոնի էներգիան անհրաժեշտից պակաս է, ապա հարվածի ժամանակ տեղի է ունենում միայն չեզոք ատոմի գրգռումը: Եթե ​​շարժվող էլեկտրոնը բախվում է նախապես գրգռված ատոմին, ապա տեղի է ունենում աստիճանական իոնացում։

2. Ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետումը և դրա ընթացիկ-լարման բնութագիրը:

Իոնացումը հանգեցնում է հոսանքի գոյության առաջին պայմանի կատարմանը, այսինքն. անվճար վճարների ի հայտ գալուն։ Որպեսզի հոսանքը առաջանա, անհրաժեշտ է արտաքին ուժ, որը կստիպի լիցքերը շարժվել մի ուղղությամբ, այսինքն. անհրաժեշտ է էլեկտրական դաշտ։ Գազերում էլեկտրական հոսանքն ուղեկցվում է մի շարք երևույթներով՝ լույս, ձայն, օզոնի առաջացում, ազոտի օքսիդներ։ Հոսանքի անցումը ուղեկցող երևույթների ամբողջություն գազ - գազաստիճան . Հաճախ հոսանքի անցման գործընթացը կոչվում է գազի արտանետում:

Արտահոսքը կոչվում է ոչ ինքնապահպանվող, եթե այն գոյություն ունի միայն արտաքին իոնացնողի գործողության ժամանակ։ Այս դեպքում արտաքին իոնատորի գործողության դադարեցումից հետո նոր լիցքակիրներ չեն ձևավորվում, և հոսանքը կանգ է առնում։ Ոչ ինքնակառավարվող արտանետմամբ հոսանքները փոքր են, և գազի փայլ չկա:

Անկախ գազի արտանետումը, դրա տեսակներն ու բնութագրերը:

Անկախ գազի արտանետումը այն արտանետումն է, որը կարող է գոյություն ունենալ արտաքին իոնատորի դադարեցումից հետո, այսինքն. ազդեցության իոնացման պատճառով: Այս դեպքում նկատվում են լուսաձայնային երեւույթներ, ընթացիկ ուժը կարող է զգալիորեն աճել։

Ինքնալիցքաթափման տեսակները.

1. անաղմուկ լիցքաթափում - անմիջապես հաջորդում է ոչ ինքնակառավարվողից հետո, ընթացիկ ուժը չի գերազանցում 1 մԱ-ը, չկան ձայնային և լուսային երևույթներ։ Օգտագործվում է ֆիզիոթերապիայի մեջ, Գեյգեր-Մյուլլեր հաշվիչներ։

2. փայլի արտանետում. Լարման բարձրացման հետ լռությունը վերածվում է մռայլի։ Դա տեղի է ունենում որոշակի լարման դեպքում `բռնկման լարման: Դա կախված է գազի տեսակից։ Նեոնն ունի 60-80 Վ. Դա կախված է նաև գազի ճնշումից։ Փայլի արտանետումը ուղեկցվում է փայլով, այն կապված է ռեկոմբինացիայի հետ, որը գնում է էներգիայի արտազատման հետ։ Գույնը նույնպես կախված է գազի տեսակից։ Օգտագործվում է ցուցիչ լամպերում (նեոնային, ուլտրամանուշակագույն բակտերիասպան, լուսավորող, լուսարձակող):

3. աղեղային արտանետում. Ընթացիկ հզորությունը 10 - 100 Ա է: Այն ուղեկցվում է ինտենսիվ փայլով, ջերմաստիճանը գազի արտանետման բացվածքում հասնում է մի քանի հազար աստիճանի: Իոնացումը հասնում է գրեթե 100%-ի։ 100% իոնացված գազ - սառը գազի պլազմա: Նա լավ հաղորդունակություն ունի: Այն օգտագործվում է բարձր և գերբարձր ճնշման սնդիկի լամպերում:

4. Կայծի արտանետումը աղեղի արտանետման տեսակ է: Սա զարկերակային-թրթռիչ արտանետում է: Բժշկության մեջ կիրառվում է բարձր հաճախականության տատանումների ազդեցությունը, բարձր հոսանքի խտության դեպքում նկատվում են ինտենսիվ ձայնային երեւույթներ։

5. կորոնային արտանետում. Սա մի տեսակ փայլի արտանետում է Այն նկատվում է այն վայրերում, որտեղ էլեկտրական դաշտի ուժգնության կտրուկ փոփոխություն կա: Այստեղ լիցքերի ձնահյուս է և գազերի շող՝ կորոնա։

Ֆիզիկա վերացական

թեմայի շուրջ:

«Էլեկտրական հոսանքը գազերում».

Էլեկտրական հոսանք գազերում.

1. Էլեկտրական լիցքաթափում գազերում.

Բոլոր գազերն իրենց բնական վիճակում չեն փոխանցում էլեկտրականություն։ Սա կարելի է տեսնել հետևյալ փորձից.

Վերցնենք էլեկտրաչափ, որի վրա կցված են հարթ կոնդենսատորի սկավառակներ և լիցքավորենք։ ժամը սենյակային ջերմաստիճանեթե օդը բավականաչափ չոր է, կոնդենսատորը նկատելիորեն չի լիցքաթափվում - էլեկտրաչափի ասեղի դիրքը չի փոխվում: Էլեկտրաչափի ասեղի շեղման անկյան նվազում նկատելու համար պահանջվում է երկար ժամանակ. Սա ցույց է տալիս, որ էլեկտրաէներգիասկավառակների միջև օդում շատ փոքր է: Այս փորձը ցույց է տալիս, որ օդը էլեկտրական հոսանքի վատ հաղորդիչ է:

Եկեք փոփոխենք փորձը՝ եկեք տաքացնենք սկավառակների միջև օդը սպիրտային լամպի բոցով։ Այնուհետև էլեկտրամետրի ցուցիչի շեղման անկյունը արագորեն նվազում է, այսինքն. կոնդենսատորի սկավառակների միջև պոտենցիալ տարբերությունը նվազում է - կոնդենսատորը լիցքաթափվում է: Հետևաբար, սկավառակների միջև տաքացած օդը դարձել է հաղորդիչ, և դրանում էլեկտրական հոսանք է հաստատվում։

Գազերի մեկուսիչ հատկությունները բացատրվում են նրանով, որ դրանցում չկան ազատ էլեկտրական լիցքեր՝ բնական վիճակում գազերի ատոմներն ու մոլեկուլները չեզոք են։

2. Գազերի իոնացում.

Վերոնշյալ փորձը ցույց է տալիս, որ լիցքավորված մասնիկները գազերում հայտնվում են բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ։ Դրանք առաջանում են գազի ատոմներից մեկ կամ մի քանի էլեկտրոնների պառակտման արդյունքում, որի արդյունքում չեզոք ատոմի փոխարեն առաջանում են դրական իոն և էլեկտրոններ։ Ձևավորված էլեկտրոնների մի մասը կարող է գրավվել այլ չեզոք ատոմների կողմից, իսկ հետո ավելի շատ բացասական իոններ կհայտնվեն։ Գազի մոլեկուլների տրոհումը էլեկտրոնների և դրական իոնների կոչվում է գազերի իոնացում.

Գազը բարձր ջերմաստիճանի տաքացնելը գազի մոլեկուլների կամ ատոմների իոնացման միակ միջոցը չէ։ Գազի իոնացումը կարող է առաջանալ տարբեր արտաքին փոխազդեցությունների ազդեցության տակ՝ գազի ուժեղ տաքացում, ռենտգենյան ճառագայթներ, a-, b- և g ճառագայթներ, որոնք առաջանում են ռադիոակտիվ քայքայման, տիեզերական ճառագայթների, արագ շարժվող էլեկտրոնների կամ իոնների կողմից գազի մոլեկուլների ռմբակոծությունից։ Գազի իոնացում առաջացնող գործոնները կոչվում են իոնացնողներ.Իոնացման գործընթացի քանակական բնութագիրն է իոնացման ինտենսիվությունը,չափվում է հակառակ նշանով լիցքավորված մասնիկների զույգերի քանակով, որոնք հայտնվում են մեկ միավոր ժամանակում գազի միավոր ծավալում։

Ատոմի իոնացումը պահանջում է որոշակի էներգիայի ծախս՝ իոնացման էներգիա։ Ատոմը (կամ մոլեկուլը) իոնացնելու համար անհրաժեշտ է աշխատանք կատարել արտանետվող էլեկտրոնի և ատոմի (կամ մոլեկուլի) մնացած մասնիկների միջև փոխազդեցության ուժերի դեմ։ Այս աշխատանքը կոչվում է իոնացման աշխատանք A i: Իոնացման աշխատանքի արժեքը կախված է քիմիական բնույթատոմում կամ մոլեկուլում արտանետվող էլեկտրոնի գազային և էներգիայի վիճակը:

Իոնիզատորի ավարտից հետո գազում իոնների թիվը ժամանակի ընթացքում նվազում է և իոններն ընդհանրապես անհետանում են: Իոնների անհետացումը բացատրվում է նրանով, որ իոններն ու էլեկտրոնները ներգրավված են ջերմային շարժումև, հետևաբար, բախվում են միմյանց: Երբ դրական իոնը և էլեկտրոնը բախվում են, նրանք կարող են վերամիավորվել չեզոք ատոմի մեջ: Նույն կերպ, երբ դրական և բացասական իոնները բախվում են, բացասական իոնը կարող է զիջել իր ավելցուկային էլեկտրոնը դրական իոնին, և երկու իոնները կվերածվեն չեզոք ատոմների: Իոնների փոխադարձ չեզոքացման այս գործընթացը կոչվում է իոնների վերահամակցում.Երբ դրական իոնը և էլեկտրոնը կամ երկու իոն վերամիավորվում են, անջատվում է որոշակի էներգիա, որը հավասար է իոնացման վրա ծախսված էներգիային: Մասամբ այն արտանետվում է լույսի տեսքով, և հետևաբար իոնների վերահամակցումն ուղեկցվում է լյումինեսցենցությամբ (ռեկոմբինացիայի լյումինեսցեն)։

Գազերում էլեկտրական լիցքաթափման երևույթներում կարևոր դեր է խաղում ատոմների իոնացումը էլեկտրոնային ազդեցությամբ։ Այս գործընթացը բաղկացած է նրանից, որ շարժվող էլեկտրոնը, որն ունի բավականաչափ կինետիկ էներգիա, ջախջախում է մեկ կամ ավելի ատոմային էլեկտրոններ, որի արդյունքում չեզոք ատոմը վերածվում է դրական իոնի, իսկ գազում նոր էլեկտրոններ են հայտնվում (այս մասին կխոսենք ավելի ուշ)։

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս որոշ ատոմների իոնացման էներգիաները:

3. Գազերի էլեկտրական հաղորդունակության մեխանիզմ.

Գազի հաղորդունակության մեխանիզմը նման է էլեկտրոլիտային լուծույթների և հալոցքների հաղորդունակության մեխանիզմին։ Արտաքին դաշտի բացակայության դեպքում լիցքավորված մասնիկները, ինչպես չեզոք մոլեկուլները, շարժվում են պատահականորեն։ Եթե ​​իոնները և ազատ էլեկտրոնները հայտնվում են արտաքին էլեկտրական դաշտում, ապա նրանք անցնում են ուղղորդված շարժման և գազերում էլեկտրական հոսանք ստեղծում։

Այսպիսով, գազի էլեկտրական հոսանքը դրական իոնների ուղղորդված շարժում է դեպի կաթոդ, իսկ բացասական իոնների և էլեկտրոնների՝ դեպի անոդ։ Գազի ընդհանուր հոսանքը բաղկացած է լիցքավորված մասնիկների երկու հոսքից՝ հոսքը դեպի անոդ և հոսք՝ դեպի կաթոդ:

Լիցքավորված մասնիկների չեզոքացումը տեղի է ունենում էլեկտրոդների վրա, ինչպես էլեկտրական հոսանքի անցման դեպքում՝ լուծույթներով և էլեկտրոլիտների հալոցներով։ Այնուամենայնիվ, գազերում էլեկտրոդների վրա նյութերի արտազատում չկա, ինչպես դա էլեկտրոլիտային լուծույթների դեպքում է: Գազի իոնները, մոտենալով էլեկտրոդներին, տալիս են նրանց լիցքերը, վերածվում չեզոք մոլեկուլների և նորից ցրվում գազի մեջ։

Իոնացված գազերի և էլեկտրոլիտների լուծույթների (հալոցների) էլեկտրական հաղորդունակության մեկ այլ տարբերություն այն է, որ գազերի միջոցով հոսանքի անցման ժամանակ բացասական լիցքը փոխանցվում է հիմնականում ոչ թե բացասական իոններով, այլ էլեկտրոններով, չնայած բացասական իոնների հաղորդունակությունը կարող է նաև խաղալ: որոշակի դեր.

Այսպիսով, գազերը միավորում են էլեկտրոնային հաղորդունակությունը, որը նման է մետաղների հաղորդունակությանը, իոնային հաղորդունակության հետ, որը նման է ջրային լուծույթների և էլեկտրոլիտների հալվածքների հաղորդունակությանը:

4. Ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետում:

Գազի միջով էլեկտրական հոսանքի անցկացման գործընթացը կոչվում է գազի արտանետում: Եթե ​​գազի էլեկտրական հաղորդունակությունը ստեղծվում է արտաքին իոնատորներով, ապա դրանում առաջացող էլեկտրական հոսանքը կոչվում է. ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետում.Արտաքին իոնացնողների գործողության դադարեցմամբ դադարում է ոչ ինքնակառավարվող արտանետումը: Ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետումը չի ուղեկցվում գազի փայլով:

Ստորև բերված է գազի ոչ ինքնակառավարվող արտանետման համար ընթացիկ ուժի կախվածության գրաֆիկը լարման վրա: Գրաֆիկի գծագրման համար օգտագործվել է ապակու խողովակ՝ երկու մետաղական էլեկտրոդներով, որոնք զոդված են ապակու մեջ: Շղթան հավաքվում է, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում:

Որոշակի լարման դեպքում գալիս է մի կետ, երբ իոնացնողի կողմից գազի մեջ գոյացած բոլոր լիցքավորված մասնիկները մեկ վայրկյանում հասնում են էլեկտրոդներին: Լարման հետագա աճն այլևս չի կարող հանգեցնել փոխադրվող իոնների քանակի ավելացման: Հոսանքը հասնում է հագեցվածության (գրաֆիկ 1-ի հորիզոնական հատված):

5. Անկախ գազի արտանետում:

Գազում էլեկտրական լիցքաթափումը, որը պահպանվում է արտաքին իոնատորի գործողության ավարտից հետո, կոչվում է անկախ գազի արտանետում. Դրա իրականացման համար անհրաժեշտ է, որ բուն լիցքաթափման արդյունքում գազում շարունակաբար գոյանան անվճար լիցքեր։ Դրանց առաջացման հիմնական աղբյուրը գազի մոլեկուլների ազդեցության իոնացումն է։

Եթե ​​հագեցվածության հասնելուց հետո մենք շարունակենք մեծացնել էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը, ապա բավականաչափ բարձր լարման դեպքում ընթացիկ ուժը կտրուկ կաճի (գրաֆիկ 2):

Սա նշանակում է, որ գազի մեջ հայտնվում են լրացուցիչ իոններ, որոնք առաջանում են իոնացնողի գործողության շնորհիվ։ Ընթացիկ ուժը կարող է աճել հարյուրավոր և հազարավոր անգամներ, և լիցքավորված մասնիկների թիվը, որոնք հայտնվում են լիցքաթափման ժամանակ, կարող է այնքան մեծանալ, որ արտանետումը պահպանելու համար այլևս արտաքին իոնիզատորի կարիք չկա: Հետևաբար, իոնացնողն այժմ կարող է հեռացվել:

Որո՞նք են բարձր լարման ժամանակ հոսանքի ուժի կտրուկ աճի պատճառները: Դիտարկենք լիցքավորված մասնիկների ցանկացած զույգ (դրական իոն և էլեկտրոն), որը ձևավորվել է արտաքին իոնիզատորի գործողության արդյունքում: Այս կերպ հայտնված ազատ էլեկտրոնը սկսում է շարժվել դեպի դրական էլեկտրոդ՝ անոդ, իսկ դրական իոնը՝ դեպի կաթոդ։ Իր ճանապարհին էլեկտրոնը հանդիպում է իոնների և չեզոք ատոմների: Երկու հաջորդական բախումների միջակայքում էլեկտրոնի էներգիան մեծանում է էլեկտրական դաշտի ուժերի աշխատանքի շնորհիվ։

Որքան մեծ է էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերությունը, այնքան մեծ է էլեկտրական դաշտի ուժը: Էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան մինչև հաջորդ բախումը համամասնական է դաշտի ուժգնությանը և էլեկտրոնի ազատ ուղուն՝ MV 2 /2=eEl: Եթե ​​էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան գերազանցում է A i աշխատանքը, որը պետք է կատարվի չեզոք ատոմը (կամ մոլեկուլը) իոնացնելու համար, այսինքն. MV 2 >A i , ապա երբ էլեկտրոնը բախվում է ատոմին (կամ մոլեկուլին), այն իոնացվում է։ Արդյունքում մեկ էլեկտրոնի փոխարեն առաջանում է երկու էլեկտրոն (հարձակվում են ատոմի վրա և պոկվում ատոմից)։ Նրանք իրենց հերթին էներգիա են ստանում դաշտում և իոնացնում են հանդիպակաց ատոմները և այլն։ Արդյունքում լիցքավորված մասնիկների թիվը արագորեն մեծանում է, և առաջանում է էլեկտրոնային ավալանշ։ Նկարագրված գործընթացը կոչվում է էլեկտրոնի ազդեցության իոնացում:

Բայց միայն էլեկտրոնի ազդեցությամբ իոնացումը չի կարող ապահովել անկախ լիցքի պահպանումը: Իսկապես, ի վերջո, բոլոր էլեկտրոնները, որոնք առաջանում են այս կերպ, շարժվում են դեպի անոդը և, հասնելով անոդին, «դուրս են գալիս խաղից»։ Լիցքաթափումը պահպանելու համար պահանջվում է կաթոդից էլեկտրոնների արտանետում («արտանետում» նշանակում է «արտանետում»): Էլեկտրոնի արտանետումը կարող է պայմանավորված լինել մի քանի պատճառներով.

Դրական իոնները, որոնք առաջանում են չեզոք ատոմների հետ էլեկտրոնների բախման ժամանակ, դեպի կաթոդ շարժվելիս դաշտի ազդեցությամբ ձեռք են բերում մեծ կինետիկ էներգիա։ Երբ նման արագ իոնները հարվածում են կաթոդին, էլեկտրոնները դուրս են մղվում կաթոդի մակերեսից:

Բացի այդ, կաթոդը կարող է էլեկտրոններ արտանետել բարձր ջերմաստիճանում տաքացնելիս: Այս գործընթացը կոչվում է ջերմային արտանետում.Այն կարելի է համարել որպես մետաղից էլեկտրոնների գոլորշիացում։ Շատերի մեջ պինդ նյութերթերմիոնային արտանետումը տեղի է ունենում այնպիսի ջերմաստիճաններում, որոնց դեպքում նյութի գոլորշիացումը դեռ փոքր է: Նման նյութերն օգտագործվում են կաթոդների արտադրության համար։

Ինքնալիցքաթափման ժամանակ կաթոդը կարելի է տաքացնել՝ ռմբակոծելով այն դրական իոններով։ Եթե ​​իոնների էներգիան շատ բարձր չէ, ապա կաթոդից էլեկտրոնների արտանետում չի լինում, և էլեկտրոնները արտանետվում են ջերմային արտանետման պատճառով:

6. Ինքնալիցքաթափման տարբեր տեսակներ և դրանց տեխնիկական կիրառություն.

Կախված գազի հատկություններից և վիճակից, էլեկտրոդների բնույթից և տեղակայությունից, ինչպես նաև էլեկտրոդների վրա կիրառվող լարումից. տարբեր տեսակներանկախ կոչում. Դիտարկենք դրանցից մի քանիսը։

Ա. Մխացող արտահոսք.

Գազերում նկատվում է փայլի արտանետում ցածր ճնշումներմի քանի տասնյակ միլիմետր սնդիկի կարգի և ավելի քիչ: Եթե ​​հաշվի առնենք շիկացած արտանետում ունեցող խողովակ, ապա կարող ենք տեսնել, որ փայլի արտանետման հիմնական մասերն են. կաթոդ Մութ տարածություն,հեռու նրանից բացասականկամ մխացող փայլ,որն աստիճանաբար անցնում է տարածք faraday մութ տարածություն.Այս երեք շրջանները կազմում են արտանետման կաթոդային մասը, որին հաջորդում է արտանետման հիմնական լուսավոր մասը, որը որոշում է դրա օպտիկական հատկությունները և կոչվում է. դրական սյունակ.

Փայլի արտանետումը պահպանելու գործում հիմնական դերը խաղում են դրա կաթոդային մասի առաջին երկու շրջանները: բնորոշ հատկանիշԱյս տեսակի արտանետումը կաթոդի մոտ ներուժի կտրուկ անկում է, որը կապված է I և II շրջանների սահմաններում դրական իոնների բարձր կոնցենտրացիայի հետ՝ կապված կաթոդում իոնների համեմատաբար ցածր արագության հետ։ Կաթոդի մութ տարածության մեջ էլեկտրոնների և դրական իոնների ուժեղ արագացում կա՝ էլեկտրոնները կաթոդից դուրս մղելով: Պայծառ փայլի շրջանում էլեկտրոնները առաջացնում են գազի մոլեկուլների ինտենսիվ ազդեցության իոնացում և կորցնում իրենց էներգիան: Այստեղ առաջանում են դրական իոններ, որոնք անհրաժեշտ են արտանետումը պահպանելու համար։ Այս տարածաշրջանում էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը ցածր է: Մխացող փայլը հիմնականում առաջանում է իոնների և էլեկտրոնների վերահամակցումից։ Կաթոդի մութ տարածության երկարությունը որոշվում է գազի և կաթոդի նյութի հատկություններով:

Դրական սյունակի շրջանում էլեկտրոնների և իոնների կոնցենտրացիան մոտավորապես նույնն է և շատ բարձր, ինչը հանգեցնում է դրական սյունակի բարձր էլեկտրական հաղորդունակության և դրա մեջ ներուժի մի փոքր անկման։ Դրական սյունակի փայլը որոշվում է գրգռված գազի մոլեկուլների փայլով: Անոդի մոտ կրկին նկատվում է պոտենցիալի համեմատաբար կտրուկ փոփոխություն, որը կապված է դրական իոնների առաջացման գործընթացի հետ։ Որոշ դեպքերում դրական սյունը բաժանվում է առանձին լուսավոր տարածքների. շերտ,բաժանված մութ տարածություններով:

Դրական սյունը էական դեր չի խաղում փայլի արտանետումը պահպանելու համար, հետևաբար, քանի որ խողովակի էլեկտրոդների միջև հեռավորությունը նվազում է, դրական սյունակի երկարությունը նվազում է և այն կարող է ընդհանրապես անհետանալ: Իրավիճակն այլ է կաթոդի մութ տարածության երկարության դեպքում, որը չի փոխվում, երբ էլեկտրոդները մոտենում են միմյանց։ Եթե ​​էլեկտրոդներն այնքան մոտ են, որ նրանց միջև հեռավորությունը պակաս է կաթոդի մութ տարածության երկարությունից, ապա գազի լույսի արտանետումը կդադարի: Փորձերը ցույց են տալիս, որ այլ հավասարության դեպքում կաթոդի մութ տարածության երկարությունը d հակադարձ համեմատական ​​է գազի ճնշմանը: Հետևաբար, բավական ցածր ճնշման դեպքում դրական իոնների միջոցով կաթոդից դուրս եկած էլեկտրոններն անցնում են գազի միջով գրեթե առանց նրա մոլեկուլների հետ բախումների՝ ձևավորելով. էլեկտրոնային, կամ կաթոդային ճառագայթներ .

Փայլի արտանետումն օգտագործվում է գազալույսի խողովակներում, լյումինեսցենտային լամպերում, լարման կայունացուցիչներում՝ էլեկտրոնային և իոնային ճառագայթներ ստանալու համար։ Եթե ​​կաթոդում ճեղք է արվում, ապա նեղ իոնային ճառագայթները դրա միջով անցնում են կաթոդի հետևում գտնվող տարածություն, որը հաճախ կոչվում է. ալիքի ճառագայթներ.լայնորեն կիրառվող երևույթ կաթոդի ցողում, այսինքն. կաթոդի մակերեսի քայքայումը դրական իոնների ազդեցության տակ: Կաթոդային նյութի ուլտրամիկրոսկոպիկ բեկորները թռչում են բոլոր ուղղություններով ուղիղ գծերով և ծածկում բարակ շերտով խողովակի մեջ տեղադրված մարմինների (հատկապես դիէլեկտրիկների) մակերեսը։ Այս կերպ հայելիներ են պատրաստվում մի շարք սարքերի համար, կիրառվում բարակ շերտմետաղ սելենի ֆոտոբջիջների վրա:

բ. Կորոնայի արտանետում.

Պսակի արտանետումը տեղի է ունենում գազի նորմալ ճնշման դեպքում խիստ անհամասեռ էլեկտրական դաշտում (օրինակ՝ բարձր լարման գծերի բծերի կամ լարերի մոտ): Պսակի արտանետման ժամանակ գազի իոնացումը և դրա փայլը տեղի են ունենում միայն արտանետման էլեկտրոդների մոտ: Կաթոդային պսակի (բացասական պսակ) դեպքում էլեկտրոնները, որոնք առաջացնում են գազի մոլեկուլների ազդեցության իոնացում, դուրս են մղվում կաթոդից, երբ այն ռմբակոծվում է դրական իոններով: Եթե ​​անոդը պսակ է (դրական պսակ), ապա էլեկտրոնների ծնունդը տեղի է ունենում անոդի մոտ գտնվող գազի ֆոտոիոնացման պատճառով։ Կորոնան վնասակար երևույթ է, որն ուղեկցվում է ընթացիկ արտահոսքով և կորստով էլեկտրական էներգիա. Պսակը նվազեցնելու համար հաղորդիչների կորության շառավիղը մեծանում է, և դրանց մակերեսը հնարավորինս հարթ է դառնում։ Էլեկտրոդների միջև բավականաչափ բարձր լարման դեպքում պսակի արտանետումը վերածվում է կայծի:

Բարձրացված լարման դեպքում ծայրի վրա պսակի արտանետումը ստանում է ծայրից բխող և ժամանակի ընթացքում փոփոխվող լուսային գծերի ձև: Այս գծերը, որոնք ունեն մի շարք թեքություններ և թեքություններ, ձևավորում են մի տեսակ խոզանակ, որի արդյունքում նման արտանետումը կոչվում է. carpal .

Լիցքավորված ամպրոպը դրդում է իր տակ գտնվող Երկրի մակերեսին էլեկտրական լիցքերհակառակ նշան. Հատկապես մեծ լիցք է կուտակվում ծայրերի վրա։ Հետևաբար, ամպրոպից առաջ կամ ամպրոպի ժամանակ, խոզանակների նման լույսի կոնները հաճախ բռնկվում են բարձր բարձրացած առարկաների կետերի և սուր անկյունների վրա: Հին ժամանակներից այս փայլը կոչվում էր Սուրբ Էլմոյի կրակներ:

Հատկապես հաճախ ալպինիստները դառնում են այս երեւույթի ականատեսը։ Երբեմն նույնիսկ ոչ միայն մետաղական իրերը, այլեւ գլխի մազերի ծայրերը զարդարված են փոքրիկ լուսավոր շղարշներով։

Բարձր լարման հետ գործ ունենալիս պետք է հաշվի առնել կորոնայի արտանետումը: Եթե ​​կան դուրս ցցված մասեր կամ շատ բարակ մետաղալարեր, կարող է սկսվել պսակի արտանետումը: Սա հանգեցնում է հոսանքի արտահոսքի: Որքան բարձր է բարձր լարման գծի լարումը, այնքան ավելի հաստ պետք է լինեն լարերը:

Գ. Կայծի արտահոսք.

Կայծային արտանետումն ունի վառ զիգզագաձեւ ճյուղավորվող թելեր-ալիքների տեսք, որոնք թափանցում են արտանետման բացը և անհետանում՝ փոխարինվելով նորերով։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ կայծի արտանետման ուղիները սկսում են աճել երբեմն դրական էլեկտրոդից, երբեմն բացասականից, երբեմն էլ էլեկտրոդների միջև գտնվող ինչ-որ կետից: Սա բացատրվում է նրանով, որ կայծի արտանետման դեպքում ազդեցության իոնացումը տեղի է ունենում ոչ թե գազի ամբողջ ծավալով, այլ առանձին ալիքներով, որոնք անցնում են այն վայրերում, որտեղ պատահաբար պարզվել է, որ իոնի կոնցենտրացիան ամենաբարձրն է: Կայծի արտանետումը ուղեկցվում է արձակմամբ մեծ թվովջերմություն, գազի վառ փայլ, ճռճռոց կամ որոտ: Այս բոլոր երևույթները առաջանում են էլեկտրոնների և իոնների ձնահոսքերից, որոնք տեղի են ունենում կայծային ալիքներում և հանգեցնում են ճնշման հսկայական աճի՝ հասնելով 10 7 ¸10 8 Պա, և ջերմաստիճանի բարձրացման մինչև 10,000 °C:

Կայծի արտանետման տիպիկ օրինակ է կայծակը: Կայծակի հիմնական ալիքն ունի 10-ից 25 սմ տրամագիծ, իսկ կայծակի երկարությունը կարող է հասնել մի քանի կիլոմետրի: Առավելագույն ուժԿայծակնային իմպուլսի հոսանքը հասնում է տասնյակ և հարյուր հազարավոր ամպերի։

Լիցքաթափման բացվածքի փոքր երկարությամբ, կայծային արտանետումը առաջացնում է անոդի հատուկ ոչնչացում, որը կոչվում է. էրոզիա. Այս երևույթը օգտագործվել է մետաղի կտրման, հորատման և ճշգրիտ մետաղների մշակման այլ տեսակների էլեկտրակայծային մեթոդում։

Կայծային բացը օգտագործվում է որպես էլեկտրական հաղորդման գծերի լարման պաշտպանիչ (օրինակ՝ ներս հեռախոսագծեր): Եթե ​​գծի մոտով ուժեղ կարճատև հոսանք է անցնում, ապա այս գծի լարերում առաջանում են լարումներ և հոսանքներ, որոնք կարող են ոչնչացնել. էլեկտրական տեղադրումև վտանգավոր է մարդու կյանքի համար: Դրանից խուսափելու համար օգտագործվում են հատուկ ապահովիչներ՝ բաղկացած երկու կոր էլեկտրոդներից, որոնցից մեկը միացված է գծին, իսկ մյուսը՝ հիմնավորված։ Եթե ​​գետնի համեմատ գծի պոտենցիալը մեծապես մեծանում է, ապա էլեկտրոդների միջև տեղի է ունենում կայծային արտանետում, որը դրանով տաքացվող օդի հետ միասին բարձրանում է, երկարանում և կոտրվում։

Ի վերջո, էլեկտրական կայծը օգտագործվում է մեծ պոտենցիալ տարբերությունները չափելու համար՝ օգտագործելով գնդակի բացը, որի էլեկտրոդները փայլեցված մակերեսով երկու մետաղական գնդիկներ են։ Գնդակները տեղափոխվում են միմյանցից, և դրանց վրա կիրառվում է չափված պոտենցիալ տարբերություն: Այնուհետև գնդիկները հավաքվում են, մինչև նրանց միջև կայծը ցատկի: Իմանալով գնդիկների տրամագիծը, նրանց միջև եղած հեռավորությունը, օդի ճնշումը, ջերմաստիճանը և խոնավությունը, նրանք ըստ հատուկ աղյուսակների գտնում են գնդակների միջև եղած պոտենցիալ տարբերությունը: Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել տասնյակ հազարավոր վոլտների կարգի պոտենցիալ տարբերությունները մի քանի տոկոսով չափելու համար:

Դ. Աղեղի արտանետում.

Աղեղի արտահոսքը հայտնաբերվել է Վ.Վ.Պետրովի կողմից 1802 թ. Այս լիցքաթափումը գազի արտանետման ձևերից մեկն է, որը տեղի է ունենում հոսանքի բարձր խտության և էլեկտրոդների միջև համեմատաբար ցածր լարման դեպքում (մի քանի տասնյակ վոլտ կարգի): Աղեղի արտանետման հիմնական պատճառը տաք կաթոդի միջոցով ջերմաէլեկտրոնների ինտենսիվ արտանետումն է: Այս էլեկտրոնները արագանում են էլեկտրական դաշտեւ առաջացնում են գազի մոլեկուլների հարվածային իոնացում, որի շնորհիվ էլեկտրական դիմադրությունէլեկտրոդների միջև գազի բացը համեմատաբար փոքր է: Եթե ​​մենք նվազեցնենք արտաքին շղթայի դիմադրությունը, մեծացնենք աղեղի արտանետման հոսանքը, ապա գազի բացվածքի հաղորդունակությունը այնքան կաճի, որ էլեկտրոդների միջև լարումը կնվազի։ Հետևաբար, ասվում է, որ աղեղի արտանետումն ունի անկման հոսանք-լարման բնութագրիչ: Մթնոլորտային ճնշման դեպքում կաթոդի ջերմաստիճանը հասնում է 3000 °C-ի։ Էլեկտրոնները, ռմբակոծելով անոդը, դրա մեջ ստեղծում են խորշ (խառնարան) և տաքացնում այն։ Խառնարանի ջերմաստիճանը մոտ 4000 °C է, իսկ օդի բարձր ճնշման դեպքում այն ​​հասնում է 6000-7000 °C։ Գազի ջերմաստիճանը աղեղի արտանետման ալիքում հասնում է 5000-6000 °C, ուստի դրանում տեղի է ունենում ինտենսիվ ջերմային իոնացում։

Մի շարք դեպքերում աղեղի արտանետում է նկատվում նաև կաթոդի համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում (օրինակ՝ սնդիկի աղեղային լամպի մեջ)։

1876 ​​թվականին Պ.Ն. Յաբլոչկովն առաջին անգամ օգտագործեց էլեկտրական աղեղը որպես լույսի աղբյուր։ «Յաբլոչկովյան մոմում» ածուխները դասավորված էին զուգահեռաբար և բաժանված կոր շերտով, իսկ դրանց ծայրերը միացված էին հաղորդիչ «բոցավառման կամրջով»։ Երբ հոսանքը միացրել են, բռնկման կամուրջը այրվել է և առաջացել ածուխների միջև էլեկտրական աղեղ. Քանի որ ածուխները այրվել են, մեկուսիչ շերտը գոլորշիացել է:

Աղեղի արտանետումը նույնիսկ այսօր օգտագործվում է որպես լույսի աղբյուր, օրինակ՝ լուսարձակներում և պրոյեկտորներում։

Աղեղի արտանետման բարձր ջերմաստիճանը հնարավորություն է տալիս այն օգտագործել աղեղային վառարանի կառուցման համար։ Ներկայումս շատ բարձր հոսանքով աշխատող աղեղային վառարաններ օգտագործվում են մի շարք ճյուղերում՝ պողպատի, չուգունի, ֆեռոհամաձուլվածքների, բրոնզի ձուլման, կալցիումի կարբիդի, ազոտի օքսիդի և այլնի արտադրության համար։

1882 թվականին Ն. Ն. Բենարդոսը առաջին անգամ օգտագործեց աղեղային արտանետում մետաղի կտրման և եռակցման համար: Ֆիքսված ածխածնի էլեկտրոդի և մետաղի միջև արտանետումը տաքացնում է երկուսի միացումը մետաղական թիթեղներ(կամ թիթեղները) և զոդում դրանք: Բենարդոսը նույն մեթոդն է օգտագործել կտրելու համար մետաղական թիթեղներև դրանց մեջ անցքեր ստանալը: 1888-ին Ն.

Աղեղի արտանետումը կիրառություն է գտել սնդիկի ուղղիչի մեջ, որը փոփոխական էլեկտրական հոսանքը վերածում է ուղիղ հոսանքի:

Ե. Պլազմա.

Պլազման մասամբ կամ ամբողջությամբ իոնացված գազ է, որի մեջ դրական և բացասական լիցքերի խտությունը գրեթե նույնն է։ Այսպիսով, պլազման որպես ամբողջություն էլեկտրականորեն չեզոք համակարգ է:

Պլազմայի քանակական բնութագիրը իոնացման աստիճանն է։ Պլազմայի իոնացման աստիճանը a-ն լիցքավորված մասնիկների ծավալային կոնցենտրացիայի հարաբերակցությունն է մասնիկների ընդհանուր ծավալային կոնցենտրացիայի: Կախված իոնացման աստիճանից՝ պլազման բաժանվում է թույլ իոնացված(a-ն տոկոսի կոտորակներն է), մասամբ իոնացված (a-ն մի քանի տոկոսի կարգի) և ամբողջությամբ իոնացված (a-ն մոտ է 100%-ին): Թույլ իոնացված պլազմա բնական պայմաններըմթնոլորտի վերին շերտերն են՝ իոնոսֆերան։ Արևը, տաք աստղերը և միջաստղային որոշ ամպեր ամբողջությամբ իոնացված պլազմա են, որը ձևավորվում է բարձր ջերմաստիճանի դեպքում։

Միջին էներգիաներ տարբեր տեսակներպլազման կազմող մասնիկները կարող են զգալիորեն տարբերվել միմյանցից: Հետևաբար, պլազման չի կարող բնութագրվել T ջերմաստիճանի մեկ արժեքով; Տարբերակվում է էլեկտրոնի ջերմաստիճանը T e, իոնային ջերմաստիճանը T i (կամ իոնային ջերմաստիճանը, եթե պլազմայում կան մի քանի տեսակի իոններ) և չեզոք ատոմների ջերմաստիճանի T a (չեզոք բաղադրիչ): Նման պլազման կոչվում է ոչ իզոթերմ՝ ի տարբերություն իզոթերմային, որտեղ բոլոր բաղադրիչների ջերմաստիճանները նույնն են։

Պլազման բաժանվում է նաև բարձր ջերմաստիճանի (T i »10 6 -10 8 K և ավելի) և ցածր ջերմաստիճանի!!! (T i<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Պլազման ունի մի շարք հատուկ հատկություններ, ինչը թույլ է տալիս այն դիտարկել որպես նյութի հատուկ չորրորդ վիճակ։

Լիցքավորված պլազմայի մասնիկների բարձր շարժունակության շնորհիվ նրանք հեշտությամբ շարժվում են էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ազդեցության տակ։ Հետևաբար, պլազմայի առանձին շրջանների էլեկտրական չեզոքության ցանկացած խախտում, որն առաջացել է նույն լիցքավորման նշանի մասնիկների կուտակումից, արագ վերացվում է։ Ստացված էլեկտրական դաշտերը տեղափոխում են լիցքավորված մասնիկները, մինչև վերականգնվի էլեկտրական չեզոքությունը և էլեկտրական դաշտը դառնում է զրոյական։ Ի տարբերություն չեզոք գազի, որտեղ մոլեկուլների միջև առկա են փոքր հեռահարության ուժեր, Կուլոնյան ուժերը գործում են լիցքավորված պլազմայի մասնիկների միջև՝ հեռավորության հետ համեմատաբար դանդաղ նվազումով: Յուրաքանչյուր մասնիկ անմիջապես փոխազդում է շրջապատող մեծ թվով մասնիկների հետ: Դրա շնորհիվ, քաոսային ջերմային շարժման հետ մեկտեղ, պլազմայի մասնիկները կարող են մասնակցել տարբեր պատվիրված շարժումների: Տարբեր տեսակի տատանումները և ալիքները հեշտությամբ հուզվում են պլազմայում:

Պլազմայի հաղորդունակությունը մեծանում է, քանի որ իոնացման աստիճանը մեծանում է: Բարձր ջերմաստիճաններում լիովին իոնացված պլազման իր հաղորդունակությամբ մոտենում է գերհաղորդիչներին:

Ցածր ջերմաստիճանի պլազման օգտագործվում է գազի արտանետման լույսի աղբյուրներում՝ գովազդային մակագրությունների լուսային խողովակներում, լյումինեսցենտային լամպերում։ Գազի արտանետման լամպը օգտագործվում է բազմաթիվ սարքերում, օրինակ՝ գազի լազերներում՝ քվանտային լույսի աղբյուրներ։

Մագնիսահիդրոդինամիկական գեներատորներում օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճանի պլազմա։

Վերջերս ստեղծվել է նոր սարք՝ պլազմային ջահը։ Պլազմային ջահը ստեղծում է խիտ ցածր ջերմաստիճանի պլազմայի հզոր շիթեր, որոնք լայնորեն կիրառվում են տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում՝ մետաղներ կտրելու և եռակցելու, կոշտ ապարներում հորեր հորատելու և այլն։

Օգտագործված գրականության ցանկ.

1) Ֆիզիկա՝ էլեկտրադինամիկա. 10-11 բջիջներ՝ դասագիրք. ֆիզիկայի խորը ուսումնասիրության համար / Գ. Յա.Մյակիշև, Ա.Զ.Սինյակով, Բ.Ա.Սլոբոդսկով. - 2-րդ հրատարակություն - Մ.: Դրոֆա, 1998. - 480 էջ.

2) Ֆիզիկայի դասընթաց (երեք հատորով). T. II. էլեկտրականություն և մագնիսականություն: Պրոց. ձեռնարկ տեխնիկական քոլեջների համար: / Detlaf A.A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Izd. 4-րդ, վերանայված. - Մ.: Բարձրագույն դպրոց, 1977. - 375 էջ.

3) էլեկտրաէներգիա./Է. Գ.Կալաշնիկով. Էդ. «Գիտություն», Մոսկվա, 1977:

4) ֆիզիկա./Բ. Բ.Բուխովցև, Յու.Լ.Կլիմոնտովիչ, Գ.Յա.Մյակիշև. 3-րդ հրատարակություն, վերանայված։ - Մ.: Լուսավորություն, 1986:

Այն ձևավորվում է ազատ էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումով, և որ այս դեպքում նյութի մեջ փոփոխություն չի լինում, որից հաղորդիչը կազմված է։

Այնպիսի հաղորդիչները, որոնցում էլեկտրական հոսանքի անցումը չի ուղեկցվում իրենց նյութի քիմիական փոփոխություններով, կոչվում են առաջին տեսակի դիրիժորներ. Դրանք ներառում են բոլոր մետաղները, ածուխը և մի շարք այլ նյութեր։

Բայց բնության մեջ կան նաև էլեկտրական հոսանքի այնպիսի հաղորդիչներ, որոնցում հոսանքի անցման ժամանակ տեղի են ունենում քիմիական երևույթներ։ Այս դիրիժորները կոչվում են երկրորդ տեսակի դիրիժորներ. Դրանք ներառում են հիմնականում թթուների, աղերի և ալկալիների ջրի մեջ առկա տարբեր լուծույթներ:

Եթե ​​ջուրը լցնեք ապակե տարայի մեջ և դրան ավելացնեք մի քանի կաթիլ ծծմբաթթու (կամ որևէ այլ թթու կամ ալկալի), այնուհետև վերցրեք երկու մետաղական թիթեղներ և կցեք դրանց հաղորդիչներ՝ այս թիթեղները անոթի մեջ իջեցնելով և միացրեք հոսանք. անջատիչի և ամպաչափի միջոցով աղբյուրը հաղորդիչների մյուս ծայրերը, այնուհետև գազը կթողարկվի լուծույթից, և այն շարունակաբար կշարունակվի մինչև շղթայի փակումը: թթվացված ջուրն իսկապես հաղորդիչ է: Բացի այդ, թիթեղները կսկսեն ծածկվել գազի փուչիկներով։ Հետո այս փուչիկները կպոկվեն ափսեներից և դուրս կգան։

Երբ լուծույթով էլեկտրական հոսանք է անցնում, տեղի են ունենում քիմիական փոփոխություններ, որոնց արդյունքում գազ է արտանետվում։

Երկրորդ տեսակի հաղորդիչները կոչվում են էլեկտրոլիտներ, և այն երևույթը, որը տեղի է ունենում էլեկտրոլիտում, երբ նրա միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում:

Էլեկտրոլիտի մեջ ընկղմված մետաղական թիթեղները կոչվում են էլեկտրոդներ; դրանցից մեկը, որը կապված է հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռին, կոչվում է անոդ, իսկ մյուսը, որը կապված է բացասական բևեռին, կոչվում է կաթոդ։

Ինչն է առաջացնում էլեկտրական հոսանքի անցումը հեղուկ հաղորդիչում: Պարզվում է, որ նման լուծույթներում (էլեկտրոլիտներ) թթվային մոլեկուլները (ալկալիներ, աղեր) լուծիչի (այս դեպքում՝ ջրի) ազդեցության տակ քայքայվում են երկու բաղադրիչի, և մոլեկուլի մի մասնիկը դրական էլեկտրական լիցք ունի, իսկ մյուսը՝ բացասական։

Էլեկտրական լիցք ունեցող մոլեկուլի մասնիկները կոչվում են իոններ։ Երբ թթու, աղ կամ ալկալի լուծվում է ջրի մեջ, լուծույթում հայտնվում են մեծ թվով դրական և բացասական իոններ։

Հիմա պետք է պարզ դառնա, թե ինչու է լուծույթով էլեկտրական հոսանք անցել, քանի որ հոսանքի աղբյուրին միացված էլեկտրոդների արանքում այն ​​ստեղծվել է, այսինքն՝ մեկը դրական լիցքավորված է, մյուսը՝ բացասական։ Այս պոտենցիալ տարբերության ազդեցության տակ դրական իոնները սկսեցին շարժվել դեպի բացասական էլեկտրոդ՝ կաթոդ, իսկ բացասական իոնները՝ դեպի անոդ։

Այսպիսով, իոնների քաոսային շարժումը դարձել է բացասական իոնների պատվիրված հակաշարժումը մի ուղղությամբ, իսկ դրականը մյուս ուղղությամբ։ Այս լիցքի փոխանցման գործընթացը կազմում է էլեկտրական հոսանքի հոսքը էլեկտրոլիտի միջով և տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, քանի դեռ կա էլեկտրոդների միջև պոտենցիալ տարբերություն: Պոտենցիալ տարբերության անհետացման հետ մեկտեղ էլեկտրոլիտի միջոցով հոսանքը դադարում է, իոնների կանոնավոր շարժումը խախտվում է, և նորից քաոսային շարժում է սկսվում:

Որպես օրինակ, դիտարկենք էլեկտրոլիզի երևույթը, երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է պղնձի սուլֆատի CuSO4 լուծույթով, որի մեջ իջեցված են պղնձի էլեկտրոդները:

Էլեկտրոլիզի երևույթը, երբ հոսանքն անցնում է պղնձի սուլֆատի լուծույթով. C - անոթ էլեկտրոլիտով, B - հոսանքի աղբյուր, C - անջատիչ

Կլինի նաև իոնների հակադարձ շարժում դեպի էլեկտրոդներ: Դրական իոնը կլինի պղնձի (Cu) իոնը, իսկ բացասական իոնը՝ թթվային մնացորդը (SO4) իոնը։ Պղնձի իոնները, կաթոդի հետ շփվելիս, լիցքաթափվելու են (կցելով բացակայող էլեկտրոններն իրենց վրա), այսինքն՝ դրանք կվերածվեն մաքուր պղնձի չեզոք մոլեկուլների և կտեղադրվեն կաթոդի վրա՝ ամենաբարակ (մոլեկուլային) շերտի տեսքով։

Բացասական իոնները, հասնելով անոդին, նույնպես լիցքաթափվում են (հեռացնում են ավելորդ էլեկտրոնները): Բայց միևնույն ժամանակ նրանք քիմիական ռեակցիայի մեջ են մտնում անոդի պղնձի հետ, որի արդյունքում պղնձի Cu մոլեկուլը կցվում է SO4 թթվային մնացորդին և ձևավորվում է պղնձի սուլֆատի մոլեկուլ CuS O4, որը վերադարձվում է։ վերադառնալ դեպի էլեկտրոլիտ:

Քանի որ այս քիմիական գործընթացը երկար է տևում, պղինձը նստում է կաթոդի վրա, որն ազատվում է էլեկտրոլիտից: Այս դեպքում կաթոդ գնացած պղնձի մոլեկուլների փոխարեն էլեկտրոլիտը ստանում է նոր պղնձի մոլեկուլներ երկրորդ էլեկտրոդի՝ անոդի լուծարման պատճառով։

Նույն գործընթացը տեղի է ունենում, եթե պղնձի փոխարեն վերցվեն ցինկ էլեկտրոդներ, իսկ էլեկտրոլիտը ցինկի սուլֆատի ZnSO4 լուծույթ է: Ցինկը նույնպես կտեղափոխվի անոդից կաթոդ:

Այս կերպ, Մետաղների և հեղուկ հաղորդիչների էլեկտրական հոսանքի տարբերությունըկայանում է նրանում, որ մետաղներում միայն ազատ էլեկտրոնները, այսինքն՝ բացասական լիցքերը, լիցքակիրներ են, մինչդեռ էլեկտրոլիտներում այն ​​կրում են նյութի հակառակ լիցքավորված մասնիկները՝ հակառակ ուղղություններով շարժվող իոնները: Ուստի ասում են էլեկտրոլիտներն ունեն իոնային հաղորդունակություն:

Էլեկտրոլիզի երեւույթըՀայտնաբերվել է 1837 թվականին Բ. Ջակոբին պարզել է, որ պղնձի սուլֆատի լուծույթում դրված էլեկտրոդներից մեկը, երբ դրա միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում, պատվում է պղնձով։

Այս երեւույթը կոչվում է էլեկտրապատում, այժմ չափազանց լայն գործնական կիրառություն է գտնում։ Դրա օրինակներից մեկն է մետաղական առարկաների պատումը այլ մետաղների բարակ շերտով, օրինակ՝ նիկելապատում, ոսկեզօծում, արծաթապատում և այլն։

Գազերը (ներառյալ օդը) նորմալ պայմաններում էլեկտրականություն չեն փոխանցում: Օրինակ՝ մերկները, միմյանց զուգահեռ կախված լինելով, միմյանցից մեկուսացված են օդի շերտով։

Սակայն բարձր ջերմաստիճանի, պոտենցիալների մեծ տարբերության և այլ պատճառներով գազերը, ինչպես հեղուկ հաղորդիչները, իոնացվում են, այսինքն՝ դրանցում մեծ քանակությամբ հայտնվում են գազի մոլեկուլների մասնիկներ, որոնք, լինելով հոսանքի կրողներ, նպաստում են անցմանը։ գազի միջոցով էլեկտրական հոսանք:

Բայց միևնույն ժամանակ գազի իոնացումը տարբերվում է հեղուկ հաղորդիչի իոնացումից։ Եթե ​​հեղուկում մոլեկուլը բաժանվում է երկու լիցքավորված մասի, ապա գազերում, իոնացման ազդեցության տակ, էլեկտրոնները միշտ առանձնանում են յուրաքանչյուր մոլեկուլից, և իոնը մնում է մոլեկուլի դրական լիցքավորված մասի տեսքով։

Մնում է միայն դադարեցնել գազի իոնացումը, քանի որ այն դադարում է հաղորդիչ լինել, մինչդեռ հեղուկը միշտ մնում է էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ։ Հետևաբար, գազի հաղորդունակությունը ժամանակավոր երևույթ է՝ կախված արտաքին պատճառների գործողությունից։

Այնուամենայնիվ, կա ևս մեկը, որը կոչվում է աղեղային արտանետումկամ պարզապես էլեկտրական աղեղ: Էլեկտրական աղեղի ֆենոմենը հայտնաբերվել է 19-րդ դարի սկզբին առաջին ռուս էլեկտրատեխնիկ Վ.Վ.Պետրովի կողմից։

Վ.Վ.Պետրովը, կատարելով բազմաթիվ փորձեր, հայտնաբերեց, որ հոսանքի աղբյուրին միացված երկու փայտածուխի միջև օդի միջոցով տեղի է ունենում անընդհատ էլեկտրական լիցքաթափում, որն ուղեկցվում է պայծառ լույսով: Իր գրվածքներում Վ.Վ.Պետրովը գրել է, որ այս դեպքում «մութ խաղաղությունը կարող է բավականին վառ լուսավորվել»։ Այսպիսով, առաջին անգամ ստացվեց էլեկտրական լույս, որը գործնականում կիրառեց մեկ այլ ռուս էլեկտրատեխնիկ Պավել Նիկոլաևիչ Յաբլոչկովը:

«Յաբլոչկովի մոմը», որի աշխատանքը հիմնված է էլեկտրական աղեղի կիրառման վրա, այդ օրերին իսկական հեղափոխություն կատարեց էլեկտրատեխնիկայում։

Աղեղի արտանետումը նույնիսկ այսօր օգտագործվում է որպես լույսի աղբյուր, օրինակ՝ լուսարձակներում և պրոյեկտորներում։ Աղեղի արտանետման բարձր ջերմաստիճանը թույլ է տալիս այն օգտագործել . Ներկայումս շատ բարձր հոսանքով աշխատող աղեղային վառարաններ օգտագործվում են մի շարք ճյուղերում՝ պողպատի, չուգունի, ֆերոհամաձուլվածքների, բրոնզի և այլնի ձուլման համար։ Եվ 1882 թվականին Ն. Ն. Բենարդոսը առաջին անգամ օգտագործեց աղեղային արտանետում մետաղի կտրման և եռակցման համար:

Գազի լույսի խողովակներում, լյումինեսցենտային լամպերում, լարման կայունացուցիչներում, էլեկտրոնային և իոնային ճառագայթներ ստանալու համար, այսպես կոչված. փայլուն գազի արտանետում.

Կայծային արտանետումը օգտագործվում է մեծ պոտենցիալ տարբերությունները չափելու համար՝ օգտագործելով գնդաձև կայծային բացը, որի էլեկտրոդները փայլեցված մակերեսով երկու մետաղական գնդիկներ են: Գնդակները տեղափոխվում են միմյանցից, և դրանց վրա կիրառվում է չափված պոտենցիալ տարբերություն: Այնուհետև գնդիկները հավաքվում են, մինչև նրանց միջև կայծը ցատկի: Իմանալով գնդիկների տրամագիծը, նրանց միջև եղած հեռավորությունը, օդի ճնշումը, ջերմաստիճանը և խոնավությունը, նրանք ըստ հատուկ աղյուսակների գտնում են գնդակների միջև եղած պոտենցիալ տարբերությունը։ Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել տասնյակ հազարավոր վոլտների կարգի պոտենցիալ տարբերությունները մի քանի տոկոսով չափելու համար:

Գազերում էլեկտրական հոսանքը նորմալ պայմաններում անհնար է։ Այսինքն՝ մթնոլորտային խոնավության, ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում գազում լիցքակիրներ չկան։ Գազի այս հատկությունը, մասնավորապես օդը, օգտագործվում է օդային հաղորդման գծերում և ռելեի անջատիչներում՝ էլեկտրական մեկուսացում ապահովելու համար:

Բայց որոշակի պայմաններում գազերում հոսանք կարող է դիտվել։ Եկեք փորձ անենք։ Նրա համար մեզ անհրաժեշտ է օդային կոնդենսատորի էլեկտրոմետր և միացնող լարեր: Նախ, եկեք միացնենք էլեկտրաչափը կոնդենսատորին: Այնուհետև մենք կհաղորդենք լիցքավորման մասին կոնդենսատորի թիթեղներին: Էլեկտրաչափը ցույց կտա հենց այս լիցքի առկայությունը։ Օդային կոնդենսատորը որոշ ժամանակ կպահի լիցքավորումը: Այսինքն՝ նրա թիթեղների միջեւ հոսանք չի լինի։ Սա ենթադրում է, որ օդը կոնդենսատորի թիթեղների միջև ունի դիէլեկտրական հատկություններ:

Նկար 1 - Լիցքավորված կոնդենսատոր, որը միացված է էլեկտրաչափին

Հաջորդը, մենք մոմի բոց ենք մտցնում թիթեղների միջև ընկած բացվածքի մեջ: Միևնույն ժամանակ, մենք կտեսնենք, որ էլեկտրաչափը ցույց կտա կոնդենսատորի թիթեղների լիցքավորման նվազում: Այսինքն, հոսանք է հոսում թիթեղների միջև ընկած բացվածքում: Ինչու է դա տեղի ունենում:

Նկար 2 - Լիցքավորված կոնդենսատորի թիթեղների միջև մոմ մտցնելը

Նորմալ պայմաններում գազի մոլեկուլները էլեկտրականորեն չեզոք են: Իսկ հոսանք չեն կարողանում ապահովել։ Բայց ջերմաստիճանի բարձրացումով տեղի է ունենում գազի այսպես կոչված իոնացում, և այն դառնում է հաղորդիչ։ Գազում հայտնվում են դրական և բացասական իոններ։

Որպեսզի էլեկտրոնը պոկվի գազի ատոմից, անհրաժեշտ է աշխատանք կատարել Կուլոնյան ուժերի դեմ։ Սա էներգիա է պահանջում։ Ատոմը ստանում է այս էներգիան, երբ ջերմաստիճանը մեծանում է: Քանի որ ջերմային շարժման կինետիկ էներգիան ուղիղ համեմատական ​​է գազի ջերմաստիճանին։ Այնուհետև դրա ավելացմամբ մոլեկուլները և ատոմները ստանում են այնքան էներգիա, որ էլեկտրոնները դուրս են գալիս ատոմներից, երբ դրանք բախվում են։ Նման ատոմը դառնում է դրական իոն։ Անջատված էլեկտրոնը կարող է կառչել մեկ այլ ատոմից, այնուհետև այն կդառնա բացասական իոն։

Արդյունքում, թիթեղների միջև ընկած բացվածքում հայտնվում են դրական և բացասական իոններ, ինչպես նաև էլեկտրոններ։ Նրանք բոլորը սկսում են շարժվել կոնդենսատորի թիթեղների վրա առաջացած լիցքերով դաշտի ազդեցության ներքո: Դրական իոնները շարժվում են դեպի կաթոդ: Բացասական իոնները և էլեկտրոնները հակված են դեպի անոդ: Այսպիսով, օդային բացվածքում ապահովվում է հոսանք:

Հոսանքի կախվածությունը լարումից չի ենթարկվում Օհմի օրենքին բոլոր ոլորտներում։ Առաջին բաժնում դա այդպես է լարման ավելացման դեպքում իոնների քանակն ավելանում է և, հետևաբար, հոսանքը: Հետագայում, հագեցվածությունը տեղի է ունենում երկրորդ բաժնում, այսինքն, լարման բարձրացմամբ հոսանքը չի ավելանում: Որովհետև իոնների կոնցենտրացիան առավելագույնն է, և նորերը հայտնվում են պարզապես ոչ մի տեղից:

Նկար 3 - օդային բացվածքի ընթացիկ-լարման բնութագրիչ

Երրորդ հատվածում կրկին աճում է հոսանքի աճը լարման հետ: Այս բաժինը կոչվում է ինքնալիցքաթափում: Այսինքն, երրորդ կողմի իոնիզատորներն այլևս կարիք չունեն գազի հոսանքը պահպանելու համար: Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ բարձր լարման էլեկտրոնները ստանում են բավականաչափ էներգիա՝ ատոմներից այլ էլեկտրոններ ինքնուրույն դուրս մղելու համար: Այս էլեկտրոններն իրենց հերթին նոկաուտի են ենթարկում մյուսներին և այլն: Գործընթացն ընթանում է ձնահյուսի պես։ Իսկ գազի մեջ հիմնական հաղորդունակությունն արդեն ապահովում են էլեկտրոնները։