Էլեկտրական հոսանքի երևույթները գազերում. Ներածություն

Նորմալ պայմաններում գազերը դիէլեկտրիկներ են, քանի որ. բաղկացած են չեզոք ատոմներից և մոլեկուլներից և չունեն բավարար քանակությամբ ազատ լիցքեր։Գազերը դառնում են հաղորդիչներ միայն այն դեպքում, երբ դրանք ինչ-որ կերպ իոնացված են։ Գազերի իոնացման գործընթացը բաղկացած է նրանից, որ որևէ պատճառի ազդեցության տակ ատոմից անջատվում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն։ Արդյունքում, չեզոք ատոմի փոխարեն, դրական իոնԵվ էլեկտրոն.

Մոլեկուլների տրոհումը իոնների և էլեկտրոնների կոչվում է գազի իոնացում.

Ձևավորված էլեկտրոնների մի մասը կարող է գրավվել այլ չեզոք ատոմների կողմից, այնուհետև հայտնվել բացասական լիցքավորված իոններ.

Այսպիսով, իոնացված գազի մեջ կան երեք տեսակի լիցքակիրներ՝ էլեկտրոններ, դրական իոններ և բացասական:

Էլեկտրոնի ատոմից բաժանումը պահանջում է որոշակի էներգիայի ծախս՝ իոնացման էներգիա Վես . Իոնացման էներգիան կախված է գազի քիմիական բնույթից և ատոմում էլեկտրոնի էներգետիկ վիճակից։ Այսպիսով, ազոտի ատոմից առաջին էլեկտրոնի անջատման համար ծախսվում է 14,5 էՎ էներգիա, իսկ երկրորդ էլեկտրոնի անջատման համար՝ 29,5 էՎ, երրորդի անջատման համար՝ 47,4 էՎ։

Գազի իոնացում առաջացնող գործոնները կոչվում են իոնացնողներ.

Գոյություն ունի իոնացման երեք տեսակ՝ ջերմային իոնացում, ֆոտոիոնացում և հարվածային իոնացում։

Ջերմային իոնացումառաջանում է բարձր ջերմաստիճանում ատոմների կամ գազի մոլեկուլների բախման արդյունքում, եթե բախվող մասնիկների հարաբերական շարժման կինետիկ էներգիան գերազանցում է ատոմում էլեկտրոնի կապի էներգիան։

Ֆոտիոնիզացիաառաջանում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման (ուլտրամանուշակագույն, ռենտգենյան կամ γ-ճառագայթման) ազդեցության տակ, երբ ատոմից էլեկտրոնը անջատելու համար անհրաժեշտ էներգիան նրան փոխանցվում է ճառագայթային քվանտով։

Իոնացում էլեկտրոնի ազդեցությամբ(կամ ազդեցության իոնացում) դրական լիցքավորված իոնների առաջացումն է բարձր կինետիկ էներգիա ունեցող արագ էլեկտրոնների հետ ատոմների կամ մոլեկուլների բախման արդյունքում։

Գազի իոնացման պրոցեսը միշտ ուղեկցվում է հակառակ լիցքավորված իոններից չեզոք մոլեկուլների վերականգնման հակառակ գործընթացով՝ նրանց էլեկտրական ձգողականության շնորհիվ։ Այս երեւույթը կոչվում է ռեկոմբինացիա. Ռեկոմբինացիայի ժամանակ էներգիա է անջատվում, որը հավասար է իոնացման վրա ծախսված էներգիային։ Սա կարող է առաջացնել, օրինակ, գազի փայլ:

Եթե իոնիզատորի գործողությունը անփոփոխ է, ապա իոնացված գազում հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն, որի ժամանակ վերականգնվում է այնքան մոլեկուլ, որքան դրանք քայքայվում են իոնների: Այս դեպքում լիցքավորված մասնիկների կոնցենտրացիան իոնացված գազում մնում է անփոփոխ։ Եթե, այնուամենայնիվ, իոնացնողի գործողությունը դադարեցվի, ապա ռեկոմբինացիան կսկսի գերակշռել իոնացմանը, և իոնների թիվն արագորեն կնվազի մինչև գրեթե զրոյի: Հետևաբար, գազում լիցքավորված մասնիկների առկայությունը ժամանակավոր երևույթ է (քանի դեռ իոնացնողը գործում է)։

Արտաքին դաշտի բացակայության դեպքում լիցքավորված մասնիկները շարժվում են պատահականորեն:

գազի արտանետում

Երբ իոնացված գազը տեղադրվում է էլեկտրական դաշտէլեկտրական ուժերը սկսում են գործել ազատ լիցքերով, և դրանք շարժվում են լարվածության գծերին զուգահեռ՝ էլեկտրոններ և բացասական իոններ՝ դեպի անոդ, դրական իոններ՝ դեպի կաթոդ (նկ. 1): Էլեկտրոդների մոտ իոնները վերածվում են չեզոք ատոմների՝ նվիրաբերելով կամ ընդունելով էլեկտրոններ՝ դրանով իսկ ավարտելով շղթան։ Գազում առաջանում է էլեկտրական հոսանք։

Էլեկտրական հոսանք գազերումիոնների և էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումն է։

Գազերում էլեկտրական հոսանքը կոչվում է գազի արտանետում.

Գազի ընդհանուր հոսանքը բաղկացած է լիցքավորված մասնիկների երկու հոսքից՝ հոսքը դեպի կաթոդ և հոսք՝ դեպի անոդ։

Գազերում էլեկտրոնային հաղորդունակությունը, որը նման է մետաղների հաղորդունակությանը, զուգակցվում է իոնային հաղորդունակության հետ, որը նման է ջրային լուծույթների կամ էլեկտրոլիտների հալոցքի հաղորդունակությանը։

Այսպիսով, գազերի հաղորդունակությունը ունի իոն-էլեկտրոնային բնույթ.

Բնության մեջ բացարձակ դիէլեկտրիկներ չկան։ Մասնիկների պատվիրված շարժումը՝ էլեկտրական լիցք կրողներ, այսինքն՝ հոսանք, կարող է առաջանալ ցանկացած միջավայրում, բայց դա պահանջում է հատուկ պայմաններ: Այստեղ մենք կքննարկենք, թե ինչպես են էլեկտրական երևույթները ընթանում գազերում և ինչպես կարող է գազը շատ լավ դիէլեկտրիկից վերածվել լավ հաղորդիչի: Մեզ կհետաքրքրի, թե ինչ պայմաններում է այն առաջանում, ինչպես նաև, թե ինչ հատկանիշներով է բնութագրվում գազերում էլեկտրական հոսանքը։

Գազերի էլեկտրական հատկությունները

Դիէլեկտրիկը այն նյութն է (միջավայր), որի մեջ մասնիկների՝ էլեկտրական լիցքի ազատ կրիչների կոնցենտրացիան, չի հասնում որևէ նշանակալի արժեքի, ինչի արդյունքում հաղորդունակությունը աննշան է։ Բոլոր գազերը լավ դիէլեկտրիկներ են: Նրանց մեկուսիչ հատկությունները օգտագործվում են ամենուր: Օրինակ, ցանկացած անջատիչում շղթայի բացումը տեղի է ունենում, երբ կոնտակտները բերվում են այնպիսի դիրքի, որ նրանց միջև օդային բաց է ձևավորվում: Էլեկտրահաղորդման գծերում լարերը նույնպես մեկուսացված են միմյանցից օդային շերտով։

Ցանկացած գազի կառուցվածքային միավորը մոլեկուլն է։ Այն բաղկացած է ատոմային միջուկներիսկ էլեկտրոնային ամպերը, այսինքն՝ հավաքածու է էլեկտրական լիցքերինչ-որ կերպ տարածված տարածության մեջ: Գազի մոլեկուլը կարող է պայմանավորված լինել իր կառուցվածքի առանձնահատկություններով կամ բևեռացվել արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ։ Գազը կազմող մոլեկուլների ճնշող մեծամասնությունը նորմալ պայմաններում էլեկտրականորեն չեզոք է, քանի որ դրանցում առկա լիցքերը ջնջում են միմյանց:

Եթե գազի վրա կիրառվի էլեկտրական դաշտ, ապա մոլեկուլները կընդունեն դիպոլային կողմնորոշում՝ զբաղեցնելով տարածական դիրք, որը փոխհատուցում է դաշտի ազդեցությունը։ Կուլոնյան ուժերի ազդեցությամբ գազում առկա լիցքավորված մասնիկները կսկսեն շարժվել՝ դրական իոնները՝ կաթոդի ուղղությամբ, բացասական իոնները և էլեկտրոնները՝ դեպի անոդ։ Այնուամենայնիվ, եթե դաշտն անբավարար ներուժ ունի, ապա լիցքերի մեկ ուղղորդված հոսք չի առաջանում, և ավելի շուտ կարելի է խոսել առանձին հոսանքների մասին, այնքան թույլ, որ դրանք պետք է անտեսվեն: Գազն իրեն դիէլեկտրիկի պես է պահում։

Այսպիսով, առաջացման համար էլեկտրական հոսանքգազերում պահանջվում է ազատ լիցքակիրների բարձր կոնցենտրացիա և դաշտի առկայություն։

Իոնացում

Գազում անվճար լիցքերի թվի ավալանշի նման աճի գործընթացը կոչվում է իոնացում։ Ըստ այդմ, գազը, որի մեջ կա լիցքավորված մասնիկների զգալի քանակություն, կոչվում է իոնացված: Հենց նման գազերում էլ էլեկտրական հոսանք է առաջանում։

Իոնացման գործընթացը կապված է մոլեկուլների չեզոքության խախտման հետ։ Էլեկտրոնի անջատման արդյունքում առաջանում են դրական իոններ, էլեկտրոնի միացումը մոլեկուլին հանգեցնում է բացասական իոնի առաջացման։ Բացի այդ, իոնացված գազում կան բազմաթիվ ազատ էլեկտրոններ: Դրական իոնները և հատկապես էլեկտրոնները գազերում էլեկտրական հոսանքի հիմնական լիցքակիրներն են։

Իոնացումը տեղի է ունենում, երբ որոշակի քանակությամբ էներգիա փոխանցվում է մասնիկին: Այսպիսով, մոլեկուլի բաղադրության մեջ գտնվող արտաքին էլեկտրոնը, ստանալով այս էներգիան, կարող է հեռանալ մոլեկուլից: Լիցքավորված մասնիկների փոխադարձ բախումները չեզոք մասնիկների հետ հանգեցնում են նոր էլեկտրոնների նոկաուտի, և գործընթացը տևում է. ավալանշ կերպար. Մեծանում է նաև մասնիկների կինետիկ էներգիան, ինչը մեծապես նպաստում է իոնացմանը։

Որտեղի՞ց է գալիս գազերում էլեկտրական հոսանքի գրգռման վրա ծախսվող էներգիան: Գազերի իոնացումը էներգիայի մի քանի աղբյուրներ ունի, ըստ որոնց ընդունված է անվանել դրանց տեսակները։

Իոնացում էլեկտրական դաշտ. Այս դեպքում դաշտի պոտենցիալ էներգիան վերածվում է մասնիկների կինետիկ էներգիայի։
Ջերմային իոնացում. Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է նաև մեծ քանակությամբ անվճար վճարների ձևավորմանը։
Ֆոտիոնիզացիա. Այս գործընթացի էությունն այն է, որ քվանտները էներգիա են հաղորդում էլեկտրոններին էլեկտրամագնիսական ճառագայթում- ֆոտոններ, եթե դրանք ունեն բավականաչափ բարձր հաճախականություն (ուլտրամանուշակագույն, ռենտգեն, գամմա քվանտա):
Ազդեցության իոնացումը բախվող մասնիկների կինետիկ էներգիայի էլեկտրոնների անջատման էներգիայի փոխակերպման արդյունք է։ Ջերմային իոնացման հետ մեկտեղ այն ծառայում է որպես գազերում էլեկտրական հոսանքի գրգռման հիմնական գործոն։

Յուրաքանչյուր գազ բնութագրվում է որոշակի շեմային արժեքով՝ իոնացման էներգիա, որն անհրաժեշտ է, որպեսզի էլեկտրոնը պոկվի մոլեկուլից՝ հաղթահարելով պոտենցիալ արգելքը: Առաջին էլեկտրոնի համար այս արժեքը տատանվում է մի քանի վոլտից մինչև երկու տասնյակ վոլտ; ավելի շատ էներգիա է անհրաժեշտ հաջորդ էլեկտրոնը մոլեկուլից անջատելու համար և այլն։

Պետք է նկատի ունենալ, որ գազի մեջ իոնացման հետ միաժամանակ տեղի է ունենում հակառակ գործընթացը՝ վերահամակցում, այսինքն՝ չեզոք մոլեկուլների վերականգնում Կուլոնյան ձգողական ուժերի ազդեցության տակ։

Գազի արտանետումը և դրա տեսակները

Այսպիսով, գազերում էլեկտրական հոսանքը պայմանավորված է լիցքավորված մասնիկների պատվիրված շարժումով՝ դրանց վրա կիրառվող էլեկտրական դաշտի գործողությամբ։ Նման լիցքերի առկայությունը իր հերթին հնարավոր է տարբեր իոնացման գործոնների պատճառով։

Այսպիսով, ջերմային իոնացումը պահանջում է զգալի ջերմաստիճաններ, սակայն որոշ քիմիական գործընթացների հետ կապված բաց կրակը նպաստում է իոնացմանը: Նույնիսկ բոցի առկայության դեպքում համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանի դեպքում գազերում էլեկտրական հոսանքի հայտնվելը գրանցվում է, և գազի հաղորդունակության փորձը հեշտացնում է դա ստուգելը: Լիցքավորված կոնդենսատորի թիթեղների միջև անհրաժեշտ է տեղադրել այրիչի կամ մոմի բոցը։ Կոնդենսատորի օդային բացվածքի պատճառով նախկինում բացված շղթան կփակվի: Շղթային միացված գալվանոմետրը ցույց կտա հոսանքի առկայությունը:

Գազերում էլեկտրական հոսանքը կոչվում է գազի արտանետում: Պետք է հիշել, որ լիցքաթափման կայունությունը պահպանելու համար իոնացնողի գործողությունը պետք է մշտական լինի, քանի որ մշտական վերահամակցման պատճառով գազը կորցնում է իր էլեկտրահաղորդիչ հատկությունները: Գազերում էլեկտրական հոսանքի որոշ կրիչներ՝ իոններ, չեզոքացվում են էլեկտրոդների վրա, մյուսները՝ էլեկտրոնները, հասնելով անոդին, ուղարկվում են դաշտային աղբյուրի «պլյուսին»: Եթե իոնացնող գործոնը դադարում է գործել, գազն անմիջապես նորից կդառնա դիէլեկտրիկ, իսկ հոսանքը կդադարի: Նման հոսանքը, որը կախված է արտաքին իոնիզատորի գործողությունից, կոչվում է ոչ ինքնակառավարվող արտանետում:

Գազերի միջոցով էլեկտրական հոսանքի անցման առանձնահատկությունները նկարագրվում են հոսանքի ուժի հատուկ կախվածությամբ լարումից՝ հոսանք-լարման բնութագրիչով:

Դիտարկենք գազի արտանետման զարգացումը հոսանք-լարման կախվածության գրաֆիկի վրա: Երբ լարումը բարձրանում է մինչև U 1 որոշակի արժեք, հոսանքն աճում է դրան համամասնորեն, այսինքն՝ Օհմի օրենքը կատարվում է։ Կինետիկ էներգիան մեծանում է, հետևաբար գազում լիցքավորման արագությունը, և այս պրոցեսն առաջ է անցնում վերահամակցումից: U 1-ից մինչև U 2 լարման արժեքների դեպքում այս հարաբերությունը խախտվում է. երբ U 2-ը հասնում է, բոլոր լիցքակիրները հասնում են էլեկտրոդներին՝ չհասցնելով վերամիավորվել: Բոլոր անվճար վճարները ներգրավված են, և լարման հետագա բարձրացումը չի հանգեցնում հոսանքի ավելացման: Լիցքերի շարժման այս բնույթը կոչվում է հագեցվածության հոսանք։ Այսպիսով, կարելի է ասել, որ գազերում էլեկտրական հոսանքը պայմանավորված է նաև տարբեր հզորության էլեկտրական դաշտերում իոնացված գազի վարքագծի առանձնահատկություններով։

Երբ էլեկտրոդների միջով պոտենցիալ տարբերությունը հասնում է որոշակի արժեք U 3 , լարումը դառնում է բավարար, որպեսզի էլեկտրական դաշտը առաջացնի ավալանշի նման գազի իոնացում։ Ազատ էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան արդեն բավական է մոլեկուլների հարվածային իոնացման համար։ Միաժամանակ գազերի մեծ մասում դրանց արագությունը կազմում է մոտ 2000 կմ/վ և ավելի (այն հաշվարկվում է v=600 U i մոտավոր բանաձևով, որտեղ U i-ն իոնացման պոտենցիալն է)։ Այս պահին տեղի է ունենում գազի խզում և հոսանքի զգալի աճ՝ ներքին իոնացման աղբյուրի պատճառով: Հետեւաբար, նման արտանետումը կոչվում է անկախ:

Արտաքին իոնատորի առկայությունը այս դեպքում այլեւս դեր չի խաղում գազերում էլեկտրական հոսանքի պահպանման գործում։ Ինքնալիցքաթափում տարբեր պայմաններիսկ էլեկտրական դաշտի աղբյուրի տարբեր բնութագրերով այն կարող է ունենալ որոշակի հատկանիշներ։ Կան ինքնահոսքի այնպիսի տեսակներ, ինչպիսիք են փայլը, կայծը, աղեղը և պսակը: Մենք կանդրադառնանք, թե ինչպես է էլեկտրական հոսանքը վարվում գազերում, հակիրճ այս տեսակներից յուրաքանչյուրի համար:

Պոտենցիալ տարբերությունը 100 (և նույնիսկ ավելի քիչ) մինչև 1000 վոլտ բավական է ինքնալիցքաթափում սկսելու համար: Հետևաբար, փայլի արտանետումը, որը բնութագրվում է հոսանքի ցածր ուժով (10 -5 Ա-ից մինչև 1 Ա), տեղի է ունենում սնդիկի մի քանի միլիմետրից ոչ ավելի ճնշման դեպքում:

Հազվագյուտ գազով և սառը էլեկտրոդներով խողովակի մեջ առաջացող փայլի արտանետումը էլեկտրոդների միջև բարակ լուսավոր լար է թվում: Եթե մենք շարունակենք դուրս մղել գազը խողովակից, ապա թելքը կթափվի, և սնդիկի տասներորդական միլիմետր ճնշման դեպքում փայլը գրեթե ամբողջությամբ լցնում է խողովակը: Փայլը բացակայում է կաթոդի մոտ՝ այսպես կոչված մութ կաթոդային տարածության մեջ։ Մնացածը կոչվում է դրական սյունակ: Այս դեպքում արտահոսքի գոյությունն ապահովող հիմնական գործընթացները տեղայնացվում են հենց մութ կաթոդային տարածության մեջ և դրան հարող տարածքում։ Այստեղ լիցքավորված գազի մասնիկները արագանում են՝ դուրս թողնելով էլեկտրոնները կաթոդից։

Պայծառ արտանետման դեպքում իոնացման պատճառը կաթոդից էլեկտրոնի արտանետումն է: Կաթոդից արտանետվող էլեկտրոնները առաջացնում են գազի մոլեկուլների ազդեցության իոնացում, առաջացող դրական իոնները առաջացնում են կաթոդից երկրորդային արտանետում և այլն։ Դրական սյունակի փայլը հիմնականում պայմանավորված է գրգռված գազի մոլեկուլների կողմից ֆոտոնների հետ մղմամբ, իսկ տարբեր գազերին բնորոշ է որոշակի գույնի փայլը։ Դրական սյունը մասնակցում է փայլի արտանետման ձևավորմանը միայն որպես էլեկտրական շղթայի հատված: Եթե էլեկտրոդները մոտեցնեք միմյանց, կարող եք հասնել դրական սյունակի անհետացմանը, բայց լիցքաթափումը չի դադարի: Այնուամենայնիվ, էլեկտրոդների միջև հեռավորության հետագա կրճատմամբ, փայլի արտանետումը չի կարող գոյություն ունենալ:

Հարկ է նշել, որ համար այս տեսակիէլեկտրական հոսանքը գազերում, որոշ պրոցեսների ֆիզիկան դեռ լիովին պարզաբանված չէ։ Օրինակ, հոսանքի ավելացում առաջացնող ուժերի բնույթը կաթոդի մակերեսի տարածքը ընդլայնելու համար, որը մասնակցում է լիցքաթափմանը, մնում է անհասկանալի:

կայծի արտանետում

Կայծի խզումը իմպուլսային բնույթ ունի: Այն տեղի է ունենում նորմալ մթնոլորտային ճնշումների դեպքում, այն դեպքերում, երբ էլեկտրական դաշտի աղբյուրի հզորությունը բավարար չէ անշարժ լիցքաթափումը պահպանելու համար: Այս դեպքում դաշտի ուժը բարձր է և կարող է հասնել 3 ՄՎ/մ: Երևույթը բնութագրվում է գազի արտանետման էլեկտրական հոսանքի կտրուկ աճով, միևնույն ժամանակ լարումը չափազանց արագ իջնում է, և լիցքաթափումը դադարում է։ Հետո պոտենցիալների տարբերությունը կրկին մեծանում է, և ամբողջ գործընթացը կրկնվում է։

Այս տեսակի արտանետմամբ ձևավորվում են կարճաժամկետ կայծային ալիքներ, որոնց աճը կարող է սկսվել էլեկտրոդների միջև եղած ցանկացած կետից: Դա պայմանավորված է նրանով, որ ազդեցության իոնացումը պատահականորեն տեղի է ունենում այն վայրերում, որտեղ այս պահինիոնների ամենամեծ կոնցենտրացիան։ Կայծային ալիքի մոտ գազը արագ տաքանում է և ենթարկվում ջերմային ընդարձակման, որն առաջացնում է ակուստիկ ալիքներ։ Հետեւաբար, կայծի արտանետումը ուղեկցվում է ճռճռոցով, ինչպես նաև ջերմության արտանետմամբ և պայծառ փայլով: Ձնահյուսի իոնացման գործընթացները կայծային ալիքում առաջացնում են բարձր ճնշում և ջերմաստիճան մինչև 10000 աստիճան և ավելի:

Բնական կայծի արտանետման ամենավառ օրինակը կայծակն է: Հիմնական կայծակնային կայծային ալիքի տրամագիծը կարող է տատանվել մի քանի սանտիմետրից մինչև 4 մ, իսկ ալիքի երկարությունը կարող է հասնել 10 կմ-ի: Հոսանքի ուժգնությունը հասնում է 500 հազար ամպերի, իսկ ամպրոպի և Երկրի մակերեսի պոտենցիալ տարբերությունը հասնում է միլիարդ վոլտի։

Ամենաերկար կայծակը 321 կմ երկարությամբ դիտվել է 2007 թվականին ԱՄՆ Օկլահոմայում։ Տևողության ռեկորդակիրը կայծակն էր, որը գրանցվել էր 2012 թվականին ֆրանսիական Ալպերում. այն տևեց ավելի քան 7,7 վայրկյան: Կայծակի հարվածի դեպքում օդը կարող է տաքանալ մինչև 30 հազար աստիճան, ինչը 6 անգամ գերազանցում է Արեգակի տեսանելի մակերեսի ջերմաստիճանը։

Այն դեպքերում, երբ էլեկտրական դաշտի աղբյուրի հզորությունը բավականաչափ մեծ է, կայծային արտանետումը վերածվում է աղեղի արտանետման:

Այս տեսակի ինքնակառավարվող արտանետումը բնութագրվում է բարձր հոսանքի խտությամբ և ցածր (պայծառ լիցքաթափումից պակաս) լարմամբ: Խզման հեռավորությունը փոքր է էլեկտրոդների մոտիկության պատճառով: Լիցքաթափումը սկսվում է կաթոդի մակերեսից էլեկտրոնի արտանետմամբ (մետաղների ատոմների համար իոնացման պոտենցիալը փոքր է գազի մոլեկուլների համեմատ)։ Էլեկտրոդների միջև խզման ժամանակ ստեղծվում են պայմաններ, որոնց դեպքում գազը էլեկտրական հոսանք է անցկացնում, և տեղի է ունենում կայծի արտանետում, որը փակում է միացումը: Եթե լարման աղբյուրի հզորությունը բավականաչափ մեծ է, կայծային արտանետումները վերածվում են կայուն էլեկտրական աղեղի:

Աղեղի լիցքաթափման ժամանակ իոնացումը հասնում է գրեթե 100%-ի, ընթացիկ ուժը շատ բարձր է և կարող է տատանվել 10-ից մինչև 100 ամպեր: Մթնոլորտային ճնշման դեպքում աղեղը ունակ է տաքանալու մինչև 5-6 հազար աստիճան, իսկ կաթոդը՝ մինչև 3 հազար աստիճան, ինչը հանգեցնում է ինտենսիվ ջերմային արտանետման իր մակերեսից։ Անոդի էլեկտրոններով ռմբակոծումը հանգեցնում է մասնակի ոչնչացման. Ճնշման բարձրացումն առաջացնում է ջերմաստիճանի էլ ավելի մեծ աճ։

Էլեկտրոդները նոսրացնելիս աղեղի արտանետումը մնում է կայուն մինչև որոշակի հեռավորություն, ինչը հնարավորություն է տալիս դրանով զբաղվել էլեկտրական սարքավորումների այն մասերում, որտեղ դա վնասակար է դրա հետևանքով առաջացած կոնտակտների կոռոզիայի և այրման պատճառով: Սրանք այնպիսի սարքեր են, ինչպիսիք են բարձր լարման և անջատիչներ, կոնտակտորներ և այլն։ Շփումների բացման ժամանակ առաջացող աղեղի դեմ պայքարի մեթոդներից մեկը աղեղի երկարացման սկզբունքի վրա հիմնված աղեղնաշարերի օգտագործումն է: Օգտագործվում են նաև բազմաթիվ այլ մեթոդներ՝ շունտավոր կոնտակտներ, իոնացման բարձր պոտենցիալ ունեցող նյութերի օգտագործում և այլն։

Պսակի արտանետման զարգացումը տեղի է ունենում նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում՝ կտրուկ անհամասեռ դաշտերմակերեսի մեծ կորություն ունեցող էլեկտրոդների համար։ Դրանք կարող են լինել սայրեր, կայմեր, լարեր, էլեկտրական սարքավորումների տարբեր տարրեր, որոնք ունեն բարդ ձևև նույնիսկ մարդու մազեր: Նման էլեկտրոդը կոչվում է պսակի էլեկտրոդ: Իոնացման գործընթացները և, համապատասխանաբար, գազի փայլը տեղի են ունենում միայն նրա մոտ։

Պսակը կարող է առաջանալ ինչպես կաթոդի վրա (բացասական պսակ), երբ այն ռմբակոծվում է իոններով, այնպես էլ անոդի վրա (դրական)՝ ֆոտոիոնացման արդյունքում։ Բացասական պսակը, որի դեպքում իոնացման գործընթացը ջերմային արտանետման արդյունքում էլեկտրոդից հեռու է ուղղված, բնութագրվում է հավասարաչափ փայլով։ Դրական պսակում կարելի է դիտել հոսքագծեր՝ կոտրված կոնֆիգուրացիայի լուսավոր գծեր, որոնք կարող են վերածվել կայծային ալիքների:

Պսակի արտանետման օրինակ բնական պայմաններընրանք են, որոնք առաջանում են բարձր կայմերի ծայրերին, ծառերի գագաթներին և այլն: Դրանք ձևավորվում են մթնոլորտում էլեկտրական դաշտի բարձր ուժգնությամբ, հաճախ ամպրոպից առաջ կամ ձնաբքի ժամանակ։ Բացի այդ, դրանք ամրացվել են հրաբխային մոխրի ամպի մեջ ընկած ինքնաթիռի մաշկի վրա։

Կորոնայի արտահոսքը էլեկտրահաղորդման լարերի վրա հանգեցնում է էլեկտրաէներգիայի զգալի կորուստների։ Բարձր լարման դեպքում պսակի արտանետումը կարող է վերածվել աղեղի: Նրանք կռվում են նրա հետ տարբեր ճանապարհներ, օրինակ՝ մեծացնելով հաղորդիչների կորության շառավիղը։

Էլեկտրական հոսանք գազերում և պլազմայում

Լիովին կամ մասամբ իոնացված գազը կոչվում է պլազմա և համարվում է նյութի չորրորդ վիճակը։ Ընդհանուր առմամբ, պլազման էլեկտրականորեն չեզոք է, քանի որ դրա բաղկացուցիչ մասնիկների ընդհանուր լիցքը զրո. Սա այն տարբերում է լիցքավորված մասնիկների այլ համակարգերից, ինչպիսիք են, օրինակ, էլեկտրոնային ճառագայթները։

Բնական պայմաններում պլազման առաջանում է, որպես կանոն, բարձր ջերմաստիճանի դեպքում՝ բարձր արագությամբ գազի ատոմների բախման պատճառով։ Տիեզերքում բարիոնային նյութի ճնշող մեծամասնությունը գտնվում է պլազմայի վիճակում: Սրանք աստղեր են, միջաստղային նյութի մի մասը, միջգալակտիկական գազը։ Երկրի իոնոսֆերան նույնպես հազվագյուտ, թույլ իոնացված պլազմա է։

Իոնացման աստիճանը պլազմայի կարևոր հատկանիշն է, որի հաղորդունակությունը կախված է դրանից։ Իոնացման աստիճանը սահմանվում է որպես իոնացված ատոմների քանակի հարաբերակցություն ատոմների ընդհանուր թվին մեկ միավորի ծավալով: Որքան իոնացված է պլազման, այնքան բարձր է նրա էլեկտրական հաղորդունակությունը: Բացի այդ, այն ունի բարձր շարժունակություն։

Հետևաբար, մենք տեսնում ենք, որ գազերը, որոնք էլեկտրական հոսանք են փոխանցում արտանետման ալիքում, ոչ այլ ինչ են, քան պլազմա: Այսպիսով, փայլը և կորոնային արտանետումները սառը պլազմայի օրինակներ են. կայծակի կայծային ալիքը կամ էլեկտրական աղեղը տաք, գրեթե ամբողջությամբ իոնացված պլազմայի օրինակներ են:

Էլեկտրական հոսանքը մետաղներում, հեղուկներում և գազերում - տարբերություններ և նմանություններ

Դիտարկենք գազի արտանետումը բնութագրող առանձնահատկությունները՝ համեմատած այլ կրիչների հոսանքի հատկությունների հետ։

Մետաղներում հոսանքը ազատ էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումն է, որը քիմիական փոփոխություններ չի առաջացնում։ Այս տեսակի հաղորդիչները կոչվում են առաջին տեսակի հաղորդիչներ. դրանք ներառում են, բացի մետաղներից և համաձուլվածքներից, ածուխ, որոշ աղեր և օքսիդներ: Նրանք առանձնանում են էլեկտրոնային հաղորդունակությամբ։

Երկրորդ տեսակի հաղորդիչներն են էլեկտրոլիտները, այսինքն՝ ալկալիների, թթուների և աղերի հեղուկ ջրային լուծույթները։ Հոսանքի անցումը կապված է էլեկտրոլիտի քիմիական փոփոխության՝ էլեկտրոլիզի հետ։ Ջրում լուծված նյութի իոնները պոտենցիալ տարբերության ազդեցությամբ շարժվում են հակառակ ուղղություններով՝ դրական կատիոններ՝ դեպի կաթոդ, բացասական անիոններ՝ դեպի անոդ։ Գործընթացը ուղեկցվում է գազի էվոլյուցիայի կամ կաթոդի վրա մետաղական շերտի նստեցմամբ: Երկրորդ տեսակի հաղորդիչները բնութագրվում են իոնային հաղորդունակությամբ:

Ինչ վերաբերում է գազերի հաղորդունակությանը, ապա այն, առաջին հերթին, ժամանակավոր է, երկրորդ՝ դրանցից յուրաքանչյուրի հետ ունի նմանության և տարբերության նշաններ։ Այսպիսով, էլեկտրական հոսանքը և՛ էլեկտրոլիտներում, և՛ գազերում հակառակ լիցքավորված մասնիկների շեղում է, որն ուղղված է դեպի հակառակ էլեկտրոդներ: Այնուամենայնիվ, եթե էլեկտրոլիտները բնութագրվում են զուտ իոնային հաղորդունակությամբ, գազի արտանետման դեպքում հաղորդունակության էլեկտրոնային և իոնային տեսակների համակցությամբ առաջատար դերը պատկանում է էլեկտրոններին: Հեղուկների և գազերի էլեկտրական հոսանքի միջև մեկ այլ տարբերություն իոնացման բնույթն է: Էլեկտրոլիտում լուծված միացության մոլեկուլները տարանջատվում են ջրի մեջ, իսկ գազի մեջ մոլեկուլները չեն քայքայվում, այլ միայն կորցնում են էլեկտրոններ։ Հետևաբար, գազի արտանետումը, ինչպես և մետաղների հոսանքը, կապված չէ քիմիական փոփոխությունների հետ:

Հեղուկների և գազերի հոսանքը նույնպես նույնը չէ: Էլեկտրոլիտների հաղորդունակությունը, որպես ամբողջություն, ենթարկվում է Օհմի օրենքին, սակայն այն չի նկատվում գազի արտանետման ժամանակ։ Գազերի վոլտ-ամպերի բնութագրիչն ունի շատ ավելի բարդ բնույթ՝ կապված պլազմայի հատկությունների հետ։

Պետք է նշել նաև գեներալը տարբերակիչ հատկանիշներէլեկտրական հոսանք գազերում և վակուումում։ Վակուումը գրեթե կատարյալ դիէլեկտրիկ է: «Գրեթե» - քանի որ վակուումում, չնայած անվճար լիցքավորման կրիչների բացակայությանը (ավելի ճիշտ՝ չափազանց ցածր կոնցենտրացիայի), հնարավոր է նաև հոսանք։ Բայց պոտենցիալ կրիչներ արդեն առկա են գազի մեջ, դրանք միայն պետք է իոնացվեն։ Լիցքակիրները նյութից բերվում են վակուումի մեջ: Որպես կանոն, դա տեղի է ունենում էլեկտրոնների արտանետման գործընթացում, օրինակ, երբ կաթոդը տաքացվում է (թերմիոնային արտանետում): Բայց նաև մեջ տարբեր տեսակներԳազի արտանետումների ժամանակ արտանետումը, ինչպես տեսանք, կարևոր դեր է խաղում։

Գազի արտանետումների օգտագործումը տեխնոլոգիայի մեջ

ՄԱՍԻՆ վնասակար ազդեցություններըՈրոշ կատեգորիաներ արդեն համառոտ քննարկվել են վերևում: Հիմա եկեք ուշադրություն դարձնենք այն առավելություններին, որ դրանք բերում են արդյունաբերության մեջ և առօրյա կյանքում։

Փայլի արտանետումն օգտագործվում է էլեկտրատեխնիկայում (լարման կայունացուցիչներ), ծածկույթի տեխնոլոգիայում (կաթոդային ցողման մեթոդ՝ հիմնված կաթոդի կոռոզիայի ֆենոմենի վրա)։ Էլեկտրոնիկայի մեջ այն օգտագործվում է իոնային և էլեկտրոնային ճառագայթներ արտադրելու համար։ Փայլի արտանետումների կիրառման հայտնի ոլորտն են լյումինեսցենտային և այսպես կոչված տնտեսական լամպերը և դեկորատիվ նեոնային և արգոնային արտանետման խողովակները: Բացի այդ, փայլի արտանետումը օգտագործվում է սպեկտրոսկոպիայի մեջ և դրա մեջ:

Կայծի արտանետումն օգտագործվում է ապահովիչներում, մետաղի ճշգրիտ մշակման էլեկտրաէոզիվ մեթոդներում (կայծահատում, հորատում և այլն)։ Բայց այն առավել հայտնի է ներքին այրման շարժիչների կայծային մոմերում և ներսի մեջ օգտագործելու համար Կենցաղային տեխնիկա(գազի վառարաններ):

Աղեղի արտանետումը, որն առաջին անգամ օգտագործվել է լուսավորության տեխնոլոգիայի մեջ դեռևս 1876 թվականին (Յաբլոչկովի մոմը՝ «Ռուսական լույս»), մինչ օրս ծառայում է որպես լույսի աղբյուր, օրինակ՝ պրոյեկտորներում և հզոր լուսարձակներում։ Էլեկտրատեխնիկայում աղեղն օգտագործվում է սնդիկի ուղղիչներում։ Բացի այդ, այն օգտագործվում է էլեկտրական եռակցման, մետաղի կտրման, պողպատի և համաձուլվածքների ձուլման արդյունաբերական էլեկտրական վառարաններում:

Կորոնայի արտանետումը կիրառություն է գտնում իոնային գազի մաքրման էլեկտրաստատիկ նստիչներում՝ մետրերով տարրական մասնիկներ, կայծակաձողերում, օդորակման համակարգերում։ Corona-ի արտանետումը գործում է նաև պատճենահանող սարքերում և լազերային տպիչներում, որտեղ լիցքավորում և լիցքաթափում է լուսազգայուն թմբուկը և փոշին թմբուկից փոխանցում է թղթին:

Այսպիսով, բոլոր տեսակի գազերի արտանետումները լայնորեն կիրառվում են: Գազերում էլեկտրական հոսանքը հաջողությամբ և արդյունավետորեն օգտագործվում է տեխնոլոգիայի շատ ոլորտներում:

Նորմալ պայմաններում գազերը էլեկտրական հոսանք չեն փոխանցում, քանի որ դրանց մոլեկուլները էլեկտրականորեն չեզոք են։ Օրինակ, չոր օդը լավ մեկուսիչ է, քանի որ մենք կարող ենք ստուգել էլեկտրաստատիկական ամենապարզ փորձերի օգնությամբ: Սակայն օդը և այլ գազերը դառնում են էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչներ, եթե դրանցում այս կամ այն կերպ իոններ են ստեղծվում։

Բրինձ. 100. Օդը դառնում է էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ, եթե իոնացված է

Ամենապարզ փորձը, որը ցույց է տալիս օդի հաղորդունակությունը բոցի միջոցով իոնացման ժամանակ, ներկայացված է Նկ. 100. թիթեղների լիցքը, որը մնում է երկար ժամանակ, արագ անհետանում է, երբ վառված լուցկի մտցվում է թիթեղների միջև ընկած տարածություն:

Գազի արտանետում.Գազի միջով էլեկտրական հոսանք անցնելու գործընթացը սովորաբար կոչվում է գազի արտանետում (կամ էլեկտրական լիցքաթափում գազի մեջ): Գազի արտանետումները բաժանվում են երկու տեսակի՝ անկախ և ոչ ինքնակառավարվող:

Ոչ ինքնաբավ կատեգորիա.Գազի արտանետումը կոչվում է ոչ ինքնապահպանվող, եթե այն պահպանելու համար արտաքին աղբյուր է անհրաժեշտ:

իոնացում. Գազում իոնները կարող են առաջանալ բարձր ջերմաստիճանի, ռենտգենյան և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, ռադիոակտիվության, տիեզերական ճառագայթների և այլնի ազդեցության տակ: Այս բոլոր դեպքերում մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ են արտազատվում: էլեկտրոնային թաղանթատոմ կամ մոլեկուլ. Արդյունքում գազում հայտնվում են դրական իոններ և ազատ էլեկտրոններ։ Ազատված էլեկտրոնները կարող են միանալ չեզոք ատոմներին կամ մոլեկուլներին՝ դրանք վերածելով բացասական իոնների։

Իոնացում և ռեկոմբինացիա.Գազում իոնացման գործընթացներին զուգահեռ տեղի են ունենում նաև հակադարձ ռեկոմբինացիոն գործընթացներ՝ միմյանց հետ միանալով դրական և բացասական իոնները կամ դրական իոններն ու էլեկտրոնները կազմում են չեզոք մոլեկուլներ կամ ատոմներ։

Իոնների կոնցենտրացիայի փոփոխությունը ժամանակի ընթացքում, իոնացման և ռեկոմբինացիայի գործընթացների մշտական աղբյուրի պատճառով, կարելի է նկարագրել հետևյալ կերպ. Ենթադրենք, որ իոնացման աղբյուրը դրական իոններ է ստեղծում գազի միավոր ծավալի համար մեկ միավոր ժամանակում և նույն թվով էլեկտրոնների համար: Եթե գազում էլեկտրական հոսանք չկա, և դիֆուզիայի պատճառով իոնների դուրս գալը դիտարկված ծավալից կարելի է անտեսել, ապա իոնների կոնցենտրացիան նվազեցնելու միակ մեխանիզմը կլինի ռեկոմբինացիան։

Ռեկոմբինացիա տեղի է ունենում, երբ դրական իոնը հանդիպում է էլեկտրոնի: Նման հանդիպումների թիվը համաչափ է և՛ իոնների, և՛ ազատ էլեկտրոնների թվին, այսինքն՝ համամասնական է . Հետևաբար, մեկ միավորի ծավալով իոնների քանակի նվազումը միավոր ժամանակում կարելի է գրել որպես , որտեղ a-ն հաստատուն արժեք է, որը կոչվում է ռեկոմբինացիայի գործակից:

Ներկայացված ենթադրությունների վավերականության համաձայն՝ գազի մեջ իոնների հավասարակշռության հավասարումը կարող է գրվել ձևով.

Մենք չենք լուծի այս դիֆերենցիալ հավասարումը ընդհանուր տեսարան, և հաշվի առեք մի քանի հետաքրքիր հատուկ դեպքեր:

Նախ նշենք, որ իոնացման և վերահամակցման գործընթացները որոշ ժամանակ անց պետք է փոխհատուցեն միմյանց և գազում հաստատուն կոնցենտրացիա կստեղծվի, երևում է, որ ժ.

Ստացիոնար իոնների կոնցենտրացիան որքան մեծ է, այնքան հզոր է իոնացման աղբյուրը և այնքան փոքր է ռեկոմբինացիայի գործակիցը a.

Իոնիզատորն անջատելուց հետո իոնների կոնցենտրացիայի նվազումը նկարագրվում է (1) հավասարմամբ, որում անհրաժեշտ է ընդունել որպես կոնցենտրացիայի սկզբնական արժեք.

Վերաշարադրելով այս հավասարումը ինտեգրումից հետո ձևով՝ մենք ստանում ենք

Այս ֆունկցիայի գրաֆիկը ներկայացված է Նկ. 101. Դա հիպերբոլա է, որի ասիմպտոտներն են ժամանակի առանցքը և ուղղահայաց գիծը, իհարկե, ֆիզիկական իմաստունի հիպերբոլայի միայն արժեքներին համապատասխանող հատված: Ուշադրություն դարձրեք ժամանակի հետ կոնցենտրացիայի նվազման դանդաղ բնույթին՝ համեմատած ֆիզիկայում հաճախ հանդիպող էքսպոնենցիալ քայքայման գործընթացների հետ, որոնք իրականացվում են, երբ մեծության նվազման արագությունը համաչափ այս մեծության ակնթարթային արժեքի առաջին ուժին:

Բրինձ. 101. Իոնացման աղբյուրն անջատելուց հետո գազում իոնների կոնցենտրացիայի նվազումը

Ոչ ինքնահաղորդում.Իոնացնողի գործողության դադարեցումից հետո իոնների կոնցենտրացիայի նվազման գործընթացը զգալիորեն արագանում է, եթե գազը գտնվում է արտաքին էլեկտրական դաշտում։ Էլեկտրոնները և իոնները էլեկտրոդների վրա քաշելով՝ էլեկտրական դաշտը կարող է շատ արագ զրոյացնել գազի էլեկտրական հաղորդունակությունը իոնացնողի բացակայության դեպքում:

Որպեսզի ըմբռնենք ոչ ինքնակառավարվող արտանետման օրենքները, պարզության համար դիտարկենք այն դեպքը, երբ արտաքին աղբյուրի կողմից իոնացված գազի հոսանքը հոսում է միմյանց զուգահեռ երկու հարթ էլեկտրոդների միջև: Այս դեպքում իոնները և էլեկտրոնները գտնվում են E ուժգնությամբ միատեսակ էլեկտրական դաշտում, որը հավասար է էլեկտրոդների վրա կիրառվող լարման հարաբերակցությանը նրանց միջև եղած հեռավորությանը:

Էլեկտրոնների և իոնների շարժունակություն:Կիրառվող մշտական լարման դեպքում շղթայում հաստատվում է որոշակի հաստատուն հոսանքի ուժ 1, ինչը նշանակում է, որ իոնացված գազի էլեկտրոնները և իոնները շարժվում են հաստատուն արագությամբ: Այս փաստը բացատրելու համար պետք է ենթադրել, որ բացի էլեկտրական դաշտի մշտական արագացնող ուժից, շարժվող իոնների և էլեկտրոնների վրա ազդում են դիմադրողական ուժերը, որոնք աճում են արագության հետ։ Այս ուժերը նկարագրում են չեզոք ատոմների և գազի մոլեկուլների հետ էլեկտրոնների և իոնների բախումների միջին ազդեցությունը։ Դիմադրության ուժերի միջոցով

Սահմանված են էլեկտրոնների և իոնների միջին հաստատուն արագություններ՝ համամասնական էլեկտրական դաշտի E ուժգնությանը.

Համաչափության գործակիցները կոչվում են էլեկտրոնների և իոնների շարժունակություն։ Իոնների և էլեկտրոնների շարժունակությունն ունեն տարբեր իմաստներև կախված է գազի տեսակից, նրա խտությունից, ջերմաստիճանից և այլն։

Էլեկտրական հոսանքի խտությունը, այսինքն՝ էլեկտրոնների և իոնների կողմից մեկ միավորի տարածքով տեղափոխվող լիցքը արտահայտվում է էլեկտրոնների և իոնների կոնցենտրացիայի, դրանց լիցքերի և կայուն շարժման արագության տեսքով։

Քվազի չեզոքություն.Նորմալ պայմաններում իոնացված գազն ամբողջությամբ էլեկտրականորեն չեզոք է, կամ, ինչպես ասում են, քվազի չեզոք, քանի որ փոքր ծավալներում, որոնք պարունակում են համեմատաբար փոքր քանակությամբ էլեկտրոններ և իոններ, կարող է խախտվել էլեկտրական չեզոքության պայմանը։ Սա նշանակում է, որ հարաբերությունը

Ընթացքի խտությունը ոչ ինքնակառավարվող արտանետման ժամանակ:Գազում ոչ ինքնակառավարվող արտանետման ժամանակ հոսանքի կրիչների կոնցենտրացիայի փոփոխության օրենքը ժամանակի հետ ձեռք բերելու համար արտաքին աղբյուրով իոնացման և վերահամակցման գործընթացներին զուգահեռ անհրաժեշտ է նաև հաշվի առնել. էլեկտրոնների և իոնների փախուստը դեպի էլեկտրոդներ: Մեկ միավորի ժամանակի մեկ էլեկտրոդի վրա ծավալից թողնող մասնիկների թիվը հավասար է Նման մասնիկների կոնցենտրացիայի նվազման արագությանը, մենք ստանում ենք այս թիվը էլեկտրոդների միջև գազի ծավալի վրա բաժանելով: Հետևաբար, հոսանքի առկայության դեպքում հաշվեկշռի հավասարումը (1) փոխարեն կգրվի ձևով

Ռեժիմը հաստատելու համար, երբ (8)-ից մենք ստանում ենք

Հավասարումը (9) հնարավորություն է տալիս գտնել կայուն վիճակում հոսանքի խտության կախվածությունը ոչ ինքնակառավարվող ելքում կիրառվող լարումից (կամ դաշտի ուժգնությունից E):

Երկու սահմանափակող դեպքեր ուղղակիորեն տեսանելի են:

Օհմի օրենքը.Ցածր լարման դեպքում, երբ (9) հավասարման մեջ մենք կարող ենք անտեսել աջ կողմի երկրորդ անդամը, որից հետո ստանում ենք (7) բանաձևերը.

Ընթացքի խտությունը համաչափ է կիրառվող էլեկտրական դաշտի ուժգնությանը: Այսպիսով, թույլ էլեկտրական դաշտերում ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետման համար Օհմի օրենքը բավարարված է։

Հագեցվածության հոսանք.Էլեկտրոնների և իոնների ցածր կոնցենտրացիայի դեպքում (9) հավասարման դեպքում մենք կարող ենք անտեսել առաջինը (աջ կողմում գտնվող տերմինների առումով քառակուսի: Այս մոտավորմամբ հոսանքի խտության վեկտորն ուղղված է էլեկտրական դաշտի ուժգնության երկայնքով, և նրա մոդուլ

կախված չէ կիրառվող լարումից. Այս արդյունքը վավեր է ուժեղ էլեկտրական դաշտերի համար: Այս դեպքում մենք խոսում ենք հագեցվածության հոսանքի մասին:

Երկու դիտարկված սահմանափակող դեպքերը կարող են հետաքննվել առանց (9) հավասարմանը հղում կատարելու: Այնուամենայնիվ, այս կերպ անհնար է հետևել, թե ինչպես է լարման մեծացմանը զուգընթաց տեղի ունենում անցում Օհմի օրենքից դեպի հոսանքի ոչ գծային կախվածությունը լարումից:

Առաջին սահմանափակող դեպքում, երբ հոսանքը շատ փոքր է, արտանետման շրջանից էլեկտրոնների և իոնների հեռացման հիմնական մեխանիզմը ռեկոմբինացիան է։ Հետևաբար, ստացիոնար կոնցենտրացիայի համար կարող է օգտագործվել (2) արտահայտությունը, որը, երբ (7) հաշվի է առնվում, անմիջապես տալիս է բանաձևը (10): Երկրորդ սահմանափակող դեպքում, ընդհակառակը, անտեսվում է ռեկոմբինացիան։ Ուժեղ էլեկտրական դաշտում էլեկտրոնները և իոնները ժամանակ չունեն նկատելիորեն վերամիավորվելու մի էլեկտրոդից մյուսը թռիչքի ժամանակ, եթե դրանց կոնցենտրացիան բավական ցածր է: Այնուհետև արտաքին աղբյուրից առաջացած բոլոր էլեկտրոններն ու իոնները հասնում են էլեկտրոդներին, և հոսանքի ընդհանուր խտությունը հավասար է: Այն համաչափ է իոնացման պալատի երկարությանը, քանի որ իոնացնողի կողմից արտադրված էլեկտրոնների և իոնների ընդհանուր թիվը համաչափ է I-ին:

Գազի արտանետման փորձարարական ուսումնասիրություն.Ինքնապահով գազի արտանետման տեսության եզրակացությունները հաստատվում են փորձերով։ Գազի մեջ արտանետումը ուսումնասիրելու համար հարմար է օգտագործել երկու մետաղական էլեկտրոդներով ապակե խողովակ: Նման տեղադրման էլեկտրական միացումը ցույց է տրված նկ. 102. Շարժունակություն

էլեկտրոնները և իոնները մեծապես կախված են գազի ճնշումից (ճնշմանը հակադարձ համեմատական), ուստի հարմար է փորձարկումներ կատարել նվազեցված ճնշման դեպքում։

Նկ. 103 ցույց է տալիս խողովակի մեջ I հոսանքի կախվածությունը խողովակի էլեկտրոդներին կիրառվող լարումից: Խողովակի մեջ իոնացումը կարող է առաջանալ, օրինակ, ռենտգենյան ճառագայթով կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներկամ թույլ ռադիոակտիվ դեղամիջոցի հետ: Միայն կարևոր է, որ արտաքին իոնի աղբյուրը մնա անփոփոխ:

Բրինձ. 102. Գազի արտանետման ուսումնասիրման կայանքի դիագրամ

Բրինձ. 103. Գազի արտանետման փորձարարական հոսանք-լարման բնութագիրը

Բաժինում ընթացիկ ուժը ոչ գծային կախված է լարումից: Բ կետից սկսած հոսանքը հասնում է հագեցվածության և որոշակի հեռավորության վրա մնում է անփոփոխ։Այս ամենը համահունչ է տեսական կանխատեսումներին։

Ինքնաստիճան.Սակայն C կետում հոսանքը նորից սկսում է աճել, սկզբում դանդաղ, իսկ հետո շատ կտրուկ։ Սա նշանակում է, որ գազի մեջ իոնների նոր, ներքին աղբյուր է հայտնվել։ Եթե մենք այժմ հեռացնենք արտաքին աղբյուրը, ապա գազի արտանետումը չի դադարում, այսինքն՝ այն ոչ ինքնակառավարվող արտահոսքից անցնում է ինքնուրույն: Ինքնալիցքաթափման դեպքում նոր էլեկտրոնների և իոնների ձևավորումը տեղի է ունենում հենց գազում ներքին գործընթացների արդյունքում:

Իոնացում էլեկտրոնի ազդեցությամբ.Հոսանքի աճը ոչ ինքնակառավարվող արտանետումից անկախին անցնելու ժամանակ տեղի է ունենում ձնահյուսի նման և կոչվում է գազի էլեկտրական խզում: Լարումը, որի դեպքում տեղի է ունենում խզում, կոչվում է բռնկման լարում: Դա կախված է գազի տեսակից և գազի ճնշման արտադրանքից և էլեկտրոդների միջև եղած հեռավորությունից:

Գործընթացները գազում, որը պատասխանատու է կիրառական լարման աճով հոսանքի ուժգնության ձնահյուսի նման աճի համար, կապված են չեզոք ատոմների կամ գազի մոլեկուլների իոնացման հետ ազատ էլեկտրոնների միջոցով, որոնք արագանում են էլեկտրական դաշտով մինչև բավարար չափով:

մեծ էներգիաներ. Չեզոք ատոմի կամ մոլեկուլի հետ հաջորդ բախումից առաջ էլեկտրոնի կինետիկ էներգիան համաչափ է էլեկտրական դաշտի ուժգնության E-ին և X էլեկտրոնի ազատ ուղուն.

Եթե այս էներգիան բավարար է չեզոք ատոմը կամ մոլեկուլը իոնացնելու համար, այսինքն՝ գերազանցում է իոնացման աշխատանքը։

ապա երբ էլեկտրոնը բախվում է ատոմի կամ մոլեկուլի, դրանք իոնացվում են։ Արդյունքում մեկի փոխարեն հայտնվում է երկու էլեկտրոն։ Նրանք իրենց հերթին արագանում են էլեկտրական դաշտով և իոնացնում են իրենց ճանապարհին հանդիպող ատոմները կամ մոլեկուլները և այլն։ Գործընթացը զարգանում է ձնահյուսի նման և կոչվում է էլեկտրոնային ավալանշ։ Նկարագրված իոնացման մեխանիզմը կոչվում է էլեկտրոնի ազդեցության իոնացում։

Փորձարարական ապացույց, որ չեզոք գազի ատոմների իոնացումը տեղի է ունենում հիմնականում էլեկտրոնների, այլ ոչ թե դրական իոնների ազդեցությամբ, տրվել է Ջ. Թաունսենդի կողմից։ Նա վերցրեց իոնացման խցիկ՝ գլանաձեւ կոնդենսատորի տեսքով, որի ներքին էլեկտրոդը գլանի առանցքի երկայնքով ձգված բարակ մետաղական թել էր։ Նման խցիկում արագացող էլեկտրական դաշտը խիստ անհամասեռ է, և իոնացման մեջ հիմնական դերը խաղում են մասնիկները, որոնք մտնում են թելքի մոտ գտնվող ամենաուժեղ դաշտի շրջան։ Փորձը ցույց է տալիս, որ էլեկտրոդների միջև նույն լարման դեպքում լիցքաթափման հոսանքն ավելի մեծ է, երբ դրական պոտենցիալը կիրառվում է թելքի վրա, այլ ոչ թե արտաքին մխոցի վրա: Հենց այս դեպքում է, որ հոսանք ստեղծող բոլոր ազատ էլեկտրոնները պարտադիր անցնում են ամենաուժեղ դաշտի շրջանով։

Էլեկտրոնների արտանետում կաթոդից:Ինքնաբաց թողարկումը կարող է անշարժ լինել միայն այն դեպքում, եթե նոր ազատ էլեկտրոններ անընդհատ հայտնվում են գազում, քանի որ բոլոր էլեկտրոնները, որոնք հայտնվում են ավալանշում, հասնում են անոդին և դուրս են գալիս խաղից: Նոր էլեկտրոնները կաթոդից դուրս են մղվում դրական իոնների միջոցով, որոնք շարժվելիս դեպի կաթոդը նույնպես արագանում են էլեկտրական դաշտի կողմից և դրա համար բավարար էներգիա են ստանում։

Կաթոդը կարող է էլեկտրոններ արձակել ոչ միայն իոնային ռմբակոծության արդյունքում, այլև ինքնուրույն, երբ այն տաքացվում է մինչև բարձր ջերմաստիճան։ Այս գործընթացը կոչվում է թերմիոնային արտանետում, այն կարելի է համարել որպես մետաղից էլեկտրոնների մի տեսակ գոլորշիացում։ Սովորաբար դա տեղի է ունենում այնպիսի ջերմաստիճաններում, երբ կաթոդի նյութի գոլորշիացումը դեռ փոքր է: Ինքնուրույն գազի արտանետման դեպքում կաթոդը սովորաբար տաքացվում է առանց

թելիկ, ինչպես վակուումային խողովակներում, բայց դրական իոններով ռմբակոծելիս ջերմության ազատման շնորհիվ: Հետևաբար, կաթոդը էլեկտրոններ է արտանետում նույնիսկ այն դեպքում, երբ իոնների էներգիան բավարար չէ էլեկտրոնները տապալելու համար:

Գազի մեջ ինքնակառավարվող արտանետումը տեղի է ունենում ոչ միայն ոչ ինքնակառավարվող լիցքաթափումից անցում կատարելու արդյունքում՝ աճող լարման հետ և հեռանալով։ արտաքին աղբյուրիոնացում, այլ նաև բոցավառման շեմային լարումը գերազանցող լարման ուղղակի կիրառմամբ: Տեսությունը ցույց է տալիս, որ իոնների ամենափոքր քանակությունը, որոնք միշտ առկա են չեզոք գազում, թեկուզ միայն բնական ռադիոակտիվ ֆոնի պատճառով, բավարար է արտանետումը բռնկելու համար։

Կախված գազի հատկություններից և ճնշումից, էլեկտրոդների կոնֆիգուրացիայից և էլեկտրոդների վրա կիրառվող լարումից՝ հնարավոր են տարբեր տեսակի ինքնալիցքաթափումներ։

Մխացող արտահոսք.ժամը ցածր ճնշումներ(սնդիկի տասներորդ և հարյուրերորդական միլիմետր) խողովակում նկատվում է փայլի արտանետում։ Փայլի արտանետումը բռնկելու համար բավական է մի քանի հարյուր կամ նույնիսկ տասնյակ վոլտ լարումը: Փայլի արտանետման մեջ կարելի է առանձնացնել չորս բնորոշ շրջաններ. Սրանք են մութ կաթոդի տարածությունը, մխացող (կամ բացասական) փայլը, Ֆարադեյի մութ տարածությունը և լուսավոր դրական սյունը, որը զբաղեցնում է անոդի և կաթոդի միջև տարածության մեծ մասը:

Առաջին երեք շրջանները գտնվում են կաթոդի մոտ։ Այստեղ է, որ տեղի է ունենում ներուժի կտրուկ անկում՝ կապված կաթոդի մութ տարածության սահմանին դրական իոնների մեծ կոնցենտրացիայի և մռայլ փայլի հետ: Կաթոդի մութ տարածության շրջանում արագացված էլեկտրոններն առաջացնում են ինտենսիվ ազդեցության իոնացում փայլի տարածքում: Մխացող փայլը պայմանավորված է իոնների և էլեկտրոնների չեզոք ատոմների կամ մոլեկուլների վերածվելով: Լիցքաթափման դրական սյունը բնութագրվում է պոտենցիալի աննշան անկմամբ և հուզված ատոմների կամ գազի մոլեկուլների հիմնական վիճակ վերադարձի հետևանքով առաջացած փայլով:

Կորոնայի արտանետում.Գազում համեմատաբար բարձր ճնշումների դեպքում (մթնոլորտային ճնշման կարգի), հաղորդիչի սրածայր հատվածների մոտ, որտեղ էլեկտրական դաշտը խիստ անհամասեռ է, նկատվում է արտանետում, որի լուսավոր շրջանը նման է պսակի։ Կորոնավիրուսային արտահոսք երբեմն առաջանում է vivoծառերի գագաթներին, նավերի կայմերին և այլն («Սենտ Էլմոյի կրակները»): Կորոնայի արտանետումը պետք է հաշվի առնել բարձր լարման ճարտարագիտության մեջ, երբ այդ լիցքաթափումը տեղի է ունենում բարձր լարման էլեկտրահաղորդման գծերի լարերի շուրջ և հանգեցնում է էներգիայի կորստի: Օգտակար գործնական օգտագործումՊսակի արտանետումը հայտնաբերվում է մաքրման համար էլեկտրաստատիկ նստիչներում արդյունաբերական գազերպինդ և հեղուկ մասնիկների կեղտերից։

Էլեկտրոդների միջև լարման մեծացմամբ պսակի արտանետումը վերածվում է կայծի, որի միջև բացը լիովին քայքայվում է:

էլեկտրոդներ. Այն ունի վառ զիգզագաձև ճյուղավորվող ալիքների փնջի ձև, որն ակնթարթորեն ներթափանցում է արտահոսքի բացը և քմահաճորեն փոխարինում միմյանց: Կայծային արտանետումը ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ, վառ կապտասպիտակ փայլով և ուժեղ ճռճռոցով։ Այն կարելի է դիտարկել էլեկտրոֆորի մեքենայի գնդերի միջև։ Հսկա կայծի արտանետման օրինակ է բնական կայծակը, որտեղ ընթացիկ ուժը հասնում է 5-105 Ա, իսկ պոտենցիալ տարբերությունը 109 Վ է։

Քանի որ կայծի արտանետումը տեղի է ունենում մթնոլորտային (և ավելի բարձր) ճնշման դեպքում, բոցավառման լարումը շատ բարձր է. չոր օդում, էլեկտրոդների միջև 1 սմ հեռավորության վրա, այն մոտ 30 կՎ է:

Էլեկտրական աղեղ:Գործնականորեն կոնկրետ կարևոր տեսակետինքնագազային արտանետումը էլեկտրական աղեղ է: Երբ երկու ածխածնային կամ մետաղական էլեկտրոդներ շփվում են իրենց շփման կետում, մեծ թվովջերմություն բարձր շփման դիմադրության պատճառով: Արդյունքում սկսվում է ջերմային արտանետումը, և երբ էլեկտրոդները միմյանցից բաժանվում են, բարձր իոնացված, լավ հաղորդիչ գազից առաջանում է վառ լուսավոր աղեղ: Ընթացիկ ուժը նույնիսկ փոքր աղեղում հասնում է մի քանի ամպերի, իսկ մեծ աղեղում՝ մի քանի հարյուր ամպերի մոտ 50 Վ լարման դեպքում: Էլեկտրական աղեղը լայնորեն օգտագործվում է տեխնոլոգիայում՝ որպես լույսի հզոր աղբյուր, էլեկտրական վառարաններում և էլեկտրական եռակցման համար: . թույլ դանդաղեցնող դաշտ՝ մոտ 0,5 Վ լարմամբ: Այս դաշտը թույլ չի տալիս դանդաղ էլեկտրոններին հասնել անոդ: Էլեկտրոններն արտանետվում են էլեկտրական հոսանքով տաքացվող Կ կաթոդով։

Նկ. 105-ը ցույց է տալիս անոդային սխեմայի հոսանքի ուժի կախվածությունը այս փորձերի արդյունքում ստացված արագացնող լարումից:Այս կախվածությունն ունի ոչ միապաղաղ բնույթ՝ առավելագույնը 4,9 Վ-ի բազմապատիկ լարման դեպքում:

Ատոմային էներգիայի մակարդակների դիսկրետություն:Հոսանքի այս կախվածությունը լարումից կարելի է բացատրել միայն սնդիկի ատոմներում դիսկրետ անշարժ վիճակների առկայությամբ։ Եթե ատոմը չունենա դիսկրետ անշարժ վիճակներ, այսինքն՝ իր ներքին էներգիակարող է վերցնել ցանկացած արժեք, ապա ցանկացած էլեկտրոնի էներգիայի դեպքում կարող են տեղի ունենալ ոչ առաձգական բախումներ, որոնք ուղեկցվում են ատոմի ներքին էներգիայի աճով: Եթե կան դիսկրետ վիճակներ, ապա ատոմների հետ էլեկտրոնների բախումները կարող են լինել միայն առաձգական, քանի դեռ էլեկտրոնների էներգիան բավարար չէ ատոմը հիմնական վիճակից դեպի ամենացածր գրգռված վիճակ տեղափոխելու համար։

Էլաստիկ բախումների ժամանակ էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան գործնականում չի փոխվում, քանի որ էլեկտրոնի զանգվածը շատ ավելի քիչ է, քան սնդիկի ատոմի զանգվածը։ Այս պայմաններում անոդին հասնող էլեկտրոնների թիվը միապաղաղ աճում է լարման աճով։ Երբ արագացնող լարումը հասնում է 4,9 Վ-ի, ատոմների հետ էլեկտրոնների բախումները դառնում են ոչ առաձգական։ Ատոմների ներքին էներգիան կտրուկ մեծանում է, և էլեկտրոնը բախման հետևանքով կորցնում է գրեթե ամբողջ կինետիկ էներգիան։

Հետաձգող դաշտը նույնպես թույլ չի տալիս դանդաղ էլեկտրոններին հասնել անոդ, իսկ հոսանքը կտրուկ նվազում է։ Այն չի անհետանում միայն այն պատճառով, որ էլեկտրոնների մի մասը հասնում է ցանցին` չզգալով ոչ առաձգական բախումներ: Ընթացիկ հզորության երկրորդ և հաջորդ առավելագույնը ստացվում է, քանի որ 4,9 Վ-ի բազմապատիկ լարման դեպքում էլեկտրոնները ցանցի ճանապարհին կարող են մի քանի ոչ առաձգական բախումներ ունենալ սնդիկի ատոմների հետ:

Այսպիսով, էլեկտրոնը ստանում է ոչ առաձգական բախման համար անհրաժեշտ էներգիա միայն 4,9 Վ պոտենցիալ տարբերության միջով անցնելուց հետո: Սա նշանակում է, որ սնդիկի ատոմների ներքին էներգիան չի կարող փոխվել eV-ից պակաս քանակով, ինչը ապացուցում է էներգիայի սպեկտրի դիսկրետությունը: ատոմ. Այս եզրակացության վավերականությունը հաստատվում է նաև այն փաստով, որ 4,9 Վ լարման դեպքում լիցքաթափումը սկսում է փայլել՝ գրգռված ատոմները ինքնաբուխ ժամանակ.

հիմնական վիճակին անցումները արձակում են տեսանելի լույս, որի հաճախականությունը համընկնում է բանաձևով հաշվարկված հաճախականության հետ

Ֆրանկի և Հերցի դասական փորձարկումներում էլեկտրոնի ազդեցության մեթոդը որոշեց ոչ միայն գրգռման պոտենցիալները, այլև մի շարք ատոմների իոնացման պոտենցիալները։

Բերե՛ք էլեկտրաստատիկ փորձի օրինակ, որը ցույց է տալիս, որ չոր օդը լավ մեկուսիչ է:

Որտեղ է օդի մեկուսիչ հատկությունները, որոնք օգտագործվում են ճարտարագիտության մեջ:

Ի՞նչ է իրենից ներկայացնում ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետումը: Ինչ պայմաններում է այն աշխատում:

Բացատրե՛ք, թե ինչու է ռեկոմբինացիայի արդյունքում կոնցենտրացիայի նվազման արագությունը համաչափ էլեկտրոնների և իոնների կոնցենտրացիայի քառակուսու հետ: Ինչո՞ւ կարելի է այս կոնցենտրացիաները համարել նույնը:

Ինչու՞ անիմաստ է (3) բանաձևով արտահայտված կոնցենտրացիայի նվազման օրենքը ներմուծել բնորոշ ժամանակի հասկացությունը, որը լայնորեն օգտագործվում է էքսպոնենցիալ քայքայվող գործընթացների համար, թեև երկու դեպքում էլ գործընթացները շարունակվում են, ընդհանուր առմամբ, անսահման երկար: ժամանակ?

Ձեր կարծիքով, ինչո՞ւ են էլեկտրոնների և իոնների համար (4) բանաձևերում շարժունակության սահմանումներում ընտրված հակառակ նշանները:

Ինչպե՞ս է հոսանքի ուժը ոչ ինքնակառավարվող գազի արտանետման մեջ կախված կիրառվող լարումից: Ինչու՞ է Օհմի օրենքից անցումը հագեցվածության հոսանքի տեղի ունենում լարման աճով:

Գազում էլեկտրական հոսանքն իրականացվում է ինչպես էլեկտրոնների, այնպես էլ իոնների միջոցով: Այնուամենայնիվ, էլեկտրոդներից յուրաքանչյուրին գալիս են միայն մեկ նշանի մեղադրանքներ: Ինչպե՞ս է դա համաձայնվում այն փաստի հետ, որ մի շարք շղթայի բոլոր հատվածներում ընթացիկ ուժը նույնն է:

Ինչո՞ւ են էլեկտրոնները, այլ ոչ թե դրական իոնները, ամենամեծ դերը խաղում գազի իոնացման մեջ բախումների պատճառով:

Նկարագրեք բնութագրերը տարբեր տեսակներանկախ գազի արտանետում.

Ինչո՞ւ են Ֆրանկի և Հերցի փորձերի արդյունքները վկայում ատոմների էներգիայի մակարդակների անհամապատասխանության մասին:

Նկարագրեք ֆիզիկական գործընթացներտեղի է ունենում գազի արտանետման խողովակում Ֆրանկի և Հերցի փորձերում՝ արագացնող լարման աճով։

Թեմաներ ՕԳՏԱԳՈՐԾԵԼ կոդավորիչ Գազերում անվճար էլեկտրական լիցքերի կրիչներ:

Սովորական պայմաններում գազերը բաղկացած են էլեկտրականորեն չեզոք ատոմներից կամ մոլեկուլներից. Գազերում անվճար վճարներ գրեթե չկան։ Հետևաբար գազերն են դիէլեկտրիկներ- էլեկտրական հոսանքը չի անցնում դրանց միջով:

Մենք ասացինք «գրեթե ոչ», քանի որ իրականում գազերում և, մասնավորապես, օդում միշտ կա որոշակի քանակությամբ ազատ լիցքավորված մասնիկներ։ Դրանք առաջանում են երկրակեղևը կազմող ռադիոակտիվ նյութերի ճառագայթման իոնացնող ազդեցության արդյունքում, ուլտրամանուշակագույն և ռենտգենյան ճառագայթներարևը, ինչպես նաև տիեզերական ճառագայթները՝ Երկրի մթնոլորտ ներթափանցող բարձր էներգիայի մասնիկների հոսքեր արտաքին տարածք. Ավելի ուշ մենք կանդրադառնանք այս փաստին և կքննարկենք դրա կարևորությունը, բայց առայժմ միայն նկատենք, որ նորմալ պայմաններում գազերի հաղորդունակությունը, որն առաջանում է անվճար վճարների «բնական» քանակից, աննշան է և կարելի է անտեսել։

Էլեկտրական սխեմաներում անջատիչների գործողությունը հիմնված է օդային բացվածքի մեկուսիչ հատկությունների վրա (նկ. 1): Օրինակ, լույսի անջատիչի մի փոքր օդային բացը բավական է ձեր սենյակում էլեկտրական միացում բացելու համար:

Բրինձ. 1 բանալի

Հնարավոր է, սակայն, ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որոնց դեպքում գազի բացվածքում էլեկտրական հոսանք կհայտնվի։ Դիտարկենք հետևյալ փորձը.

Մենք լիցքավորում ենք օդային կոնդենսատորի թիթեղները և միացնում դրանք զգայուն գալվանոմետրին (նկ. 2, ձախ): ժամը սենյակային ջերմաստիճանիսկ ոչ շատ խոնավ օդում գալվանոմետրը նկատելի հոսանք ցույց չի տա. մեր օդային բացը, ինչպես ասացինք, հոսանքի հաղորդիչ չէ։

Բրինձ. 2. Օդում հոսանքի առաջացումը

Այժմ եկեք այրիչի կամ մոմի բոցը բերենք կոնդենսատորի թիթեղների միջև եղած բացը (նկ. 2, աջ կողմում): Ընթացիկը հայտնվում է: Ինչո՞ւ։

Անվճար լիցքավորում գազով

Կոնդենսատորի թիթեղների միջև էլեկտրական հոսանքի առաջացումը նշանակում է, որ օդում հայտնվել է բոցի ազդեցության տակ. անվճար վճարներ. Կոնկրետ ինչ?

Փորձը ցույց է տալիս, որ գազերում էլեկտրական հոսանքը լիցքավորված մասնիկների պատվիրված շարժում է։ երեք տեսակի. Սա էլեկտրոններ, դրական իոններԵվ բացասական իոններ.

Տեսնենք, թե ինչպես կարող են այդ լիցքերը հայտնվել գազի մեջ։

Քանի որ գազի ջերմաստիճանը մեծանում է, նրա մասնիկների՝ մոլեկուլների կամ ատոմների ջերմային թրթիռներն ավելի ինտենսիվ են դառնում։ Մասնիկների միմյանց դեմ հարվածները հասնում են այնպիսի ուժի, որ իոնացում- չեզոք մասնիկների քայքայումը էլեկտրոնների և դրական իոնների (նկ. 3):

Բրինձ. 3. Իոնացում

Իոնացման աստիճանըքայքայված գազի մասնիկների քանակի հարաբերակցությունն է մասնիկների ընդհանուր սկզբնական թվին: Օրինակ, եթե իոնացման աստիճանը հավասար է, ապա դա նշանակում է, որ սկզբնական գազի մասնիկները քայքայվել են դրական իոնների և էլեկտրոնների:

Գազի իոնացման աստիճանը կախված է ջերմաստիճանից և կտրուկ աճում է դրա բարձրացման հետ։ Ջրածնի համար, օրինակ, իոնացման աստիճանից ցածր ջերմաստիճանում չի գերազանցում , իսկ իոնացման աստիճանից բարձր ջերմաստիճանում մոտ է (այսինքն, ջրածինը գրեթե ամբողջությամբ իոնացված է (մասնակի կամ ամբողջությամբ իոնացված գազը կոչվում է. պլազմա)).

Բացի բարձր ջերմաստիճանից, կան նաև այլ գործոններ, որոնք առաջացնում են գազի իոնացում։

Դրանց մասին մենք անցանկորեն արդեն նշել ենք՝ դրանք են ռադիոակտիվ ճառագայթումը, ուլտրամանուշակագույն, ռենտգենյան և գամմա ճառագայթները, տիեզերական մասնիկները։ Ցանկացած նման գործոն, որն առաջացնում է գազի իոնացում, կոչվում է իոնացնող.

Այսպիսով, իոնացումը տեղի է ունենում ոչ թե ինքնին, այլ իոնացնողի ազդեցության տակ:

Միևնույն ժամանակ, հակառակ գործընթացը ռեկոմբինացիա, այսինքն՝ էլեկտրոնի և դրական իոնի վերամիավորումը չեզոք մասնիկի մեջ (նկ. 4)։

Բրինձ. 4. Ռեկոմբինացիա

Ռեկոմբինացիայի պատճառը պարզ է. դա հակառակ լիցքավորված էլեկտրոնների և իոնների Կուլոնյան ձգողականությունն է։ Էլեկտրական ուժերի գործողության տակ շտապելով միմյանց՝ նրանք հանդիպում են և հնարավորություն են ստանում ձևավորել չեզոք ատոմ (կամ մոլեկուլ՝ կախված գազի տեսակից)։

Իոնիզատորի գործողության մշտական ինտենսիվության դեպքում հաստատվում է դինամիկ հավասարակշռություն. միավոր ժամանակում քայքայվող մասնիկների միջին թիվը հավասար է վերահամակցվող մասնիկների միջին թվին (այլ կերպ ասած՝ իոնացման արագությունը հավասար է ռեկոմբինացիայի արագությանը): Ամրապնդվում է իոնիզատորի գործողությունը (օրինակ՝ ջերմաստիճանը բարձրանում է), այնուհետև դինամիկ հավասարակշռությունը կտեղափոխվի իոնացման ուղղությամբ, և գազում լիցքավորված մասնիկների կոնցենտրացիան կաճի։ Ընդհակառակը, եթե դուք անջատեք իոնիզատորը, ապա կսկսի գերակշռել վերամիավորումը, և անվճար վճարները աստիճանաբար ամբողջությամբ կվերանան:

Այսպիսով, իոնացման արդյունքում գազում հայտնվում են դրական իոններ և էլեկտրոններ։ Որտեղի՞ց է գալիս լիցքերի երրորդ տեսակը՝ բացասական իոնները: Շատ պարզ. էլեկտրոնը կարող է թռչել չեզոք ատոմի մեջ և միանալ դրան: Այս գործընթացը ցույց է տրված Նկ. հինգ.

Բրինձ. 5. Բացասական իոնի հայտնվելը

Այս կերպ ձևավորված բացասական իոնները դրական իոնների և էլեկտրոնների հետ միասին կմասնակցեն հոսանքի ստեղծմանը։

Ոչ ինքնաբացարկ

Եթե չկա արտաքին էլեկտրական դաշտ, ապա ազատ լիցքերը չեզոք գազի մասնիկների հետ միասին կատարում են քաոսային ջերմային շարժում։ Բայց երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ, սկսվում է լիցքավորված մասնիկների պատվիրված շարժումը. էլեկտրական հոսանք գազի մեջ.

Բրինձ. 6. Ոչ ինքնաբավ արտահոսք

Նկ. 6 մենք տեսնում ենք երեք տեսակի լիցքավորված մասնիկներ, որոնք առաջանում են գազի բացվածքում իոնացնողի ազդեցությամբ՝ դրական իոններ, բացասական իոններ և էլեկտրոններ: Գազում էլեկտրական հոսանք առաջանում է լիցքավորված մասնիկների մոտալուտ շարժման արդյունքում՝ դրական իոններ՝ դեպի բացասական էլեկտրոդ (կաթոդ), էլեկտրոններ և բացասական իոններ՝ դեպի դրական էլեկտրոդ (անոդ).

Էլեկտրոնները, ընկնելով դրական անոդի վրա, ուղարկվում են շղթայի երկայնքով դեպի ընթացիկ աղբյուրի «պլյուսը»: Բացասական իոնները լրացուցիչ էլեկտրոն են նվիրում անոդին և, դառնալով չեզոք մասնիկներ, վերադառնում են գազ. Անոդին տրված էլեկտրոնը նույնպես շտապում է դեպի աղբյուրի «պլյուսը»: Դրական իոնները, գալով դեպի կաթոդ, այնտեղից վերցնում են էլեկտրոններ. Կաթոդում առաջացող էլեկտրոնների պակասը անմիջապես փոխհատուցվում է աղբյուրի «մինուսից» այնտեղ առաքմամբ: Այս գործընթացների արդյունքում արտաքին շղթայում տեղի է ունենում էլեկտրոնների պատվիրված շարժում։ Սա գալվանոմետրի կողմից գրանցված էլեկտրական հոսանքն է:

Գործընթացը նկարագրված է Նկ. 6 կոչվում է ոչ ինքնավար արտանետումգազի մեջ։ Ինչու՞ կախված: Ուստի այն պահպանելու համար անհրաժեշտ է մշտական գործողությունիոնացնող. Եկեք հանենք իոնացնողը, և հոսանքը կդադարի, քանի որ այն մեխանիզմը, որն ապահովում է գազի բացվածքում անվճար լիցքերի տեսքը, կվերանա: Անոդի և կաթոդի միջև տարածությունը կրկին կդառնա մեկուսիչ:

Գազի արտանետման վոլտ-ամպեր բնորոշ

Գազի բացվածքի միջոցով ընթացիկ ուժի կախվածությունը անոդի և կաթոդի միջև լարման վրա (այսպես կոչված. Գազի արտանետման ընթացիկ-լարման բնութագրիչ) ցույց է տրված Նկ. 7.

Բրինձ. 7. Գազի արտանետման վոլտ-ամպեր բնորոշ

Զրո լարման դեպքում ընթացիկ ուժը, իհարկե, հավասար է զրոյի՝ լիցքավորված մասնիկները կատարում են միայն ջերմային շարժում, էլեկտրոդների միջև պատվիրված շարժում չկա։

Փոքր լարման դեպքում ընթացիկ ուժը նույնպես փոքր է: Փաստն այն է, որ ոչ բոլոր լիցքավորված մասնիկներին է վիճակված հասնել էլեկտրոդներին. որոշ դրական իոններ և էլեկտրոններ գտնում են միմյանց և վերամիավորվում իրենց շարժման գործընթացում:

Լարման աճի հետ ազատ լիցքերը զարգացնում են ավելի ու ավելի արագություն, և այնքան քիչ հավանական է, որ դրական իոնն ու էլեկտրոնը հանդիպեն և վերամիավորվեն: Հետևաբար, լիցքավորված մասնիկների աճող մասը հասնում է էլեկտրոդներին, և ընթացիկ ուժը մեծանում է (հատված):

Լարման որոշակի արժեքի (կետ) դեպքում լիցքավորման արագությունն այնքան բարձր է դառնում, որ վերամիավորումն ընդհանրապես ժամանակ չի ունենում: Այսուհետեւ բոլորըԼիցքավորված մասնիկները, որոնք ձևավորվել են իոնատորի գործողության ներքո, հասնում են էլեկտրոդներին, և հոսանքը հասնում է հագեցվածության- Մասնավորապես, ընթացիկ ուժը դադարում է փոխվել լարման ավելացման հետ: Սա կշարունակվի մինչև որոշակի կետ։

ինքնաբացարկ

Կետն անցնելուց հետո ընթացիկ ուժը կտրուկ աճում է լարման աճով - սկսվում է անկախ արտանետում. Այժմ մենք պարզելու ենք, թե ինչ է դա:

Լիցքավորված գազի մասնիկները շարժվում են բախումից բախում; բախումների միջև ընկած ժամանակահատվածում դրանք արագանում են էլեկտրական դաշտի միջոցով՝ մեծացնելով նրանց կինետիկ էներգիան։ Եվ հիմա, երբ լարումը բավական մեծ է դառնում (հենց այդ կետը), էլեկտրոններն իրենց ազատ ճանապարհի ընթացքում հասնում են այնպիսի էներգիաների, որ չեզոք ատոմների հետ բախվելիս իոնացնում են դրանք։ (Օգտագործելով իմպուլսի և էներգիայի պահպանման օրենքները՝ կարելի է ցույց տալ, որ դա էլեկտրական դաշտով արագացված էլեկտրոններ են (և ոչ իոններ), որոնք ունեն ատոմները իոնացնելու առավելագույն կարողություն):

Այսպես կոչված էլեկտրոնի ազդեցության իոնացում. Իոնացված ատոմներից դուրս եկած էլեկտրոնները նույնպես արագանում են էլեկտրական դաշտի կողմից և հարվածում նոր ատոմներին՝ այժմ իոնացնելով դրանք և առաջացնելով նոր էլեկտրոններ: Առաջացող էլեկտրոնային ավալանշի արդյունքում իոնացված ատոմների թիվն արագորեն մեծանում է, ինչի արդյունքում արագորեն մեծանում է նաև ընթացիկ ուժը։

Անվճար գանձումների թիվն այնքան է մեծանում, որ արտաքին իոնիզատորի կարիքը վերանում է։ Այն կարելի է պարզապես հեռացնել: Անվճար լիցքավորված մասնիկներ այժմ առաջանում են արդյունքում ներքինգազում տեղի ունեցող պրոցեսները, այդ իսկ պատճառով արտանետումը կոչվում է անկախ:

Եթե գազի բացը գտնվում է բարձր լարման տակ, ապա ինքնալիցքաթափման համար իոնիզատոր չի պահանջվում։ Բավական է գազի մեջ գտնել միայն մեկ ազատ էլեկտրոն, և կսկսվի վերը նկարագրված էլեկտրոնային ավալանշը։ Եվ միշտ կլինի գոնե մեկ ազատ էլեկտրոն:

Եվս մեկ անգամ հիշենք, որ գազում, նույնիսկ նորմալ պայմաններում, կա որոշակի «բնական» ազատ լիցքեր՝ պայմանավորված երկրակեղևի իոնացնող ռադիոակտիվ ճառագայթմամբ, Արեգակից բարձր հաճախականությամբ ճառագայթմամբ և տիեզերական ճառագայթներով։ Մենք տեսանք, որ ցածր լարման դեպքում այդ անվճար լիցքերով առաջացած գազի հաղորդունակությունը աննշան է, բայց այժմ՝ բարձր լարման դեպքում, դրանք կառաջացնեն նոր մասնիկների ձնահյուս՝ առաջացնելով անկախ լիցքաթափում: Կլինի այնպես, ինչպես ասում են կոտրելգազի բացը.

Չոր օդը քայքայելու համար պահանջվող դաշտի ուժը մոտավորապես կՎ/սմ է: Այսինքն, որպեսզի կայծը ցատկի մեկ սանտիմետր օդով բաժանված էլեկտրոդների միջեւ, դրանց վրա պետք է կիրառվի կիլովոլտ լարում։ Պատկերացրեք, թե ինչ լարում է անհրաժեշտ մի քանի կիլոմետր օդը ճեղքելու համար։ Բայց հենց այդպիսի անսարքություններ են տեղի ունենում ամպրոպի ժամանակ. սրանք ձեզ քաջ հայտնի կայծակներ են:

Սա կարճ ամփոփում է:

Ամբողջական տարբերակի վրա աշխատանքը շարունակվում է

Դասախոսություն2 1

Հոսանք գազերում

1. Ընդհանուր դրույթներ

Սահմանում: Գազերում էլեկտրական հոսանքի անցման երեւույթը կոչվում է գազի արտանետում.

Գազերի վարքագիծը մեծապես կախված է դրա պարամետրերից, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը և ճնշումը, և այդ պարամետրերը բավականին հեշտությամբ փոխվում են: Ուստի գազերում էլեկտրական հոսանքի հոսքն ավելի բարդ է, քան մետաղներում կամ վակուումում։

Գազերը չեն ենթարկվում Օհմի օրենքին։

2. Իոնացում և ռեկոմբինացիա

Գազը նորմալ պայմաններում բաղկացած է գործնականում չեզոք մոլեկուլներից, հետևաբար, այն էլեկտրական հոսանքի ծայրահեղ վատ հաղորդիչ է: Այնուամենայնիվ, արտաքին ազդեցության տակ էլեկտրոնը կարող է դուրս գալ ատոմից և առաջանում է դրական լիցքավորված իոն: Բացի այդ, էլեկտրոնը կարող է միանալ չեզոք ատոմին և ձևավորել բացասական լիցքավորված իոն։ Այսպիսով, հնարավոր է ստանալ իոնացված գազ, այսինքն. պլազմա.

Արտաքին ազդեցությունները ներառում են տաքացում, ճառագայթում էներգետիկ ֆոտոններով, ռմբակոծում այլ մասնիկների կողմից և ուժեղ դաշտեր, այսինքն. նույն պայմանները, որոնք անհրաժեշտ են տարրական արտանետման համար:

Ատոմում էլեկտրոնը գտնվում է պոտենցիալ հորում, և այնտեղից փախչելու համար անհրաժեշտ է ատոմին լրացուցիչ էներգիա հաղորդել, որը կոչվում է իոնացման էներգիա։

Նյութ	Իոնացման էներգիա, էՎ
ջրածնի ատոմ	13,59
Ջրածնի մոլեկուլ	15,43
Հելիում	24,58
թթվածնի ատոմ	13,614
թթվածնի մոլեկուլ	12,06

Իոնացման երեւույթի հետ մեկտեղ դիտվում է նաեւ ռեկոմբինացիայի երեւույթը, այսինքն. էլեկտրոնի և դրական իոնի միավորումը չեզոք ատոմ ձևավորելու համար: Այս գործընթացը տեղի է ունենում էներգիայի արտազատմամբ, որը հավասար է իոնացման էներգիային: Այս էներգիան կարող է օգտագործվել ճառագայթման կամ ջեռուցման համար: Գազի տեղային ջեռուցումը հանգեցնում է ճնշման տեղական փոփոխության: Ինչն իր հերթին հանգեցնում է ձայնային ալիքներ. Այսպիսով, գազի արտանետումը ուղեկցվում է լուսային, ջերմային և աղմուկի ազդեցություններով:

3. Գազի արտանետման CVC.

Սկզբնական փուլերում անհրաժեշտ է արտաքին իոնիզատորի գործողություն։

BAW բաժնում հոսանքը գոյություն ունի արտաքին իոնիզատորի գործողության ներքո և արագ հասնում է հագեցվածության, երբ բոլոր իոնացված մասնիկները մասնակցում են ընթացիկ սերնդին: Եթե հեռացնեք արտաքին իոնիզատորը, հոսանքը դադարում է:

Այս տեսակի արտանետումը կոչվում է ոչ ինքնաբավ գազի արտանետում: Երբ փորձում եք բարձրացնել լարումը գազի մեջ, առաջանում է էլեկտրոնների ավալանշ, իսկ հոսանքը մեծանում է գործնականում հաստատուն լարման դեպքում, որը կոչվում է բռնկման լարում (BC):

Այս պահից արտահոսքն ինքնուրույն է դառնում, և արտաքին իոնատորի կարիք չկա։ Իոնների թիվը կարող է այնքան մեծանալ, որ միջէլեկտրոդային բացվածքի դիմադրությունը նվազում է և, համապատասխանաբար, լարումը (SD) նվազում է։

Այնուհետև միջէլեկտրոդային բացվածքում հոսանքի անցման շրջանը սկսում է նեղանալ, և դիմադրությունը մեծանում է, և, հետևաբար, մեծանում է լարումը (DE):

Երբ փորձում եք բարձրացնել լարումը, գազը լիովին իոնացվում է: Դիմադրությունը և լարումը իջնում են զրոյի, իսկ հոսանքը շատ անգամ է բարձրանում: Ստացվում է աղեղային արտանետում (EՖ).

CVC-ն ցույց է տալիս, որ գազն ընդհանրապես չի ենթարկվում Օհմի օրենքին։

4. Գործընթացներ գազում