가스 메시지의 전류입니다. 가스의 전류 : 정의, 기능 및 흥미로운 사실

가스에는 자체 유지 및 유지 전기 방전이 있습니다.

가스에 대한 외부 영향의 조건에서만 관찰되는 가스를 통한 전류의 흐름 현상을 비자유 방전이라고 합니다. 원자에서 전자가 분리되는 과정을 원자의 이온화라고 합니다. 원자에서 전자를 분리하기 위해 소비되어야 하는 최소 에너지를 이온화 에너지라고 합니다. 양전하와 음전하의 밀도가 같은 부분적으로 또는 완전히 이온화된 기체를 혈장.

자기 지속 방전에서 전류의 캐리어는 양이온과 음이온입니다. 전류-전압 특성은 그림 1에 나와 있습니다. 54. OAB 분야에서 - 자급 자족하지 않는 방전. BC 지역에서는 방전이 독립적이 됩니다.

자가 방전에서 원자의 이온화 방법 중 하나는 전자 충격 이온화입니다. 전자 충돌에 의한 이온화는 전자가 원자에서 전자를 분리하는 작업을 수행하기에 충분한 평균 자유 경로 A에서 운동 에너지 W k를 획득할 때 가능합니다. 가스의 독립 방전 유형 - 스파크, 코로나, 아크 및 글로우 방전.

스파크 방전서로 다른 전하를 띠고 전위차가 큰 두 전극 사이에 발생한다. 반대로 대전 된 몸체 사이의 전압은 최대 40,000V에 이릅니다. 스파크 방전은 단기적이며 그 메커니즘은 전자 충격입니다. 번개는 일종의 스파크 방전입니다.

예를 들어 팁과 평면 사이 또는 전력선 와이어와 지구 표면 사이에 형성된 매우 불균일한 전기장에서 가스에서 자체 지속 방전의 특별한 형태가 발생합니다. 코로나 방전.

전기 아크 방전 1802 년 러시아 과학자 V.V. Petrov가 발견했습니다. 석탄으로 만든 두 개의 전극이 40-50V의 전압에서 접촉하면 어떤 곳에서는 전기 저항이 높은 작은 단면 영역이 있습니다. 이 영역은 매우 뜨거워지고 전극 사이의 원자와 분자를 이온화하는 전자를 방출합니다. 아크에서 전류의 캐리어는 양전하를 띤 이온과 전자입니다.

감압 상태에서 발생하는 방전을 글로우 방전. 압력이 감소하면 전자의 평균 자유 경로가 증가하고 충돌 사이의 시간 동안 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻을 시간이 있습니다. 전기장적은 스트레스로. 방전은 전자-이온 눈사태에 의해 수행됩니다.

1. 이온화, 그 본질 및 유형.

전류의 존재에 대한 첫 번째 조건은 자유 전하 캐리어의 존재입니다. 가스에서는 이온화의 결과로 발생합니다. 이온화 인자의 작용으로 전자는 중성 입자에서 분리됩니다. 원자는 양이온이 됩니다. 따라서 전하 캐리어에는 양이온과 자유 전자의 두 가지 유형이 있습니다. 전자가 중성 원자에 결합하면 음이온이 나타납니다. 세 번째 유형의 전하 캐리어. 이온화된 기체를 제3종 도체라고 합니다. 여기에서는 전자 및 이온의 두 가지 유형의 전도성이 가능합니다. 이온화 과정과 동시에 역과정인 재결합이 일어난다. 원자에서 전자를 분리하려면 에너지가 필요합니다. 외부에서 에너지가 공급되면 이온화에 기여하는 요소를 외부(고온, 전리방사선, 자외선, 강한 자기장). 이온화 인자에 따라 열 이온화, 광이온화라고 합니다. 또한 기계적 충격으로 인해 이온화가 발생할 수 있습니다. 이온화 요인은 자연과 인공으로 나뉩니다. 자연적인 것은 지구의 방사성 배경인 태양의 복사에 의해 발생합니다. 외부 이온화 외에도 내부 이온화가 있습니다. 타악기와 계단식으로 나뉩니다.

충격 이온화.

충분히 높은 전압에서 필드에 의해 고속으로 가속된 전자 자체가 이온화의 소스가 됩니다. 그러한 전자가 중성 원자를 때리면 전자가 원자 밖으로 넉아웃됩니다. 이것은 이온화를 일으키는 전자의 에너지가 원자의 이온화 에너지를 초과할 때 발생합니다. 전극 사이의 전압은 전자가 필요한 에너지를 얻기에 충분해야 합니다. 이 전압을 이온화 전압이라고 합니다. 각각의 의미가 있습니다.

움직이는 전자의 에너지가 필요한 것보다 적으면 충돌 시 중성 원자의 여기만 발생합니다. 움직이는 전자가 미리 여기된 원자와 충돌하면 단계적 이온화가 발생합니다.

2. 비자립 가스 방전 및 전류-전압 특성.

이온화는 전류의 존재에 대한 첫 번째 조건, 즉 무료 요금의 출현. 전류가 발생하기 위해서는 전하가 한 방향으로 이동하도록 하는 외력이 필요합니다. 전기장이 필요합니다. 가스의 전류에는 빛, 소리, 오존 형성, 질소 산화물과 같은 여러 현상이 동반됩니다. 전류의 통과에 수반되는 일련의 현상 가스 - 가스순위 . 종종 전류가 흐르는 과정을 가스 방전이라고 합니다.

방전이 외부 이온화 장치의 작용 중에만 존재하는 경우 방전을 자가 지속성이라고 합니다. 이 경우 외부 이온화 장치의 동작이 종료된 후 새로운 전하 캐리어가 형성되지 않고 전류가 멈춥니다. 자체 지속되지 않는 방전에서는 전류의 크기가 작고 가스 글로우가 없습니다.

독립 가스 배출, 그 유형 및 특성.

독립 가스 방전은 외부 이온화 장치가 종료된 후 발생할 수 있는 방전입니다. 충격 이온화 때문입니다. 이 경우 빛과 소리 현상이 관찰되고 전류 강도가 크게 증가할 수 있습니다.

자가 방전 유형:

1. 조용한 방전 - 자체 유지되지 않은 방전 직후에 따르며 전류 강도가 1mA를 초과하지 않으며 소리와 빛 현상이 없습니다. 물리 치료, Geiger-Muller 계수기에 사용됩니다.

2. 글로우 방전. 전압이 증가함에 따라 고요함은 그을음으로 바뀝니다. 특정 전압 - 점화 전압에서 발생합니다. 가스의 종류에 따라 다릅니다. 네온은 60-80V입니다. 또한 가스 압력에 따라 다릅니다. 글로우 방전은 글로우를 동반하며 에너지 방출과 함께 진행되는 재결합과 관련이 있습니다. 색상은 또한 가스 유형에 따라 다릅니다. 표시등(네온, 자외선 살균, 조명, 발광)에 사용됩니다.

3. 아크 방전. 현재 강도는 10-100A입니다. 강렬한 빛이 동반되며 가스 방전 갭의 온도는 수천도에 이릅니다. 이온화는 거의 100%에 도달합니다. 100% 이온화된 가스 - 저온 가스 플라즈마. 그녀는 좋은 전도도를 가지고 있습니다. 고압 및 초고압의 수은 램프에 사용됩니다.

4. 스파크 방전은 일종의 아크 방전입니다. 이것은 펄스 진동 방전입니다. 의학에서는 고주파 진동의 효과를 이용하는데, 높은 전류밀도에서 강한 소리 현상이 관찰된다.

5. 코로나 방전. 이것은 일종의 글로우 방전입니다. 전기장 강도의 급격한 변화가 있는 곳에서 관찰됩니다. 여기에는 전하의 눈사태와 가스의 광선인 코로나가 있습니다.

물리학 개요

주제에 대해:

"가스의 전류".

가스의 전류.

1. 가스의 방전.

자연 상태의 모든 가스는 전기를 전도하지 않습니다. 이는 다음 경험에서 알 수 있습니다.

평평한 축전기 디스크가 부착된 전위계를 가져와 충전해 보겠습니다. ~에 실온공기가 충분히 건조하면 커패시터가 눈에 띄게 방전되지 않습니다. 전위계 바늘의 위치는 변경되지 않습니다. 전위계 바늘의 편차 각도 감소를 확인하려면 다음이 필요합니다. 장기. 이것은 그것을 보여줍니다 전기디스크 사이의 공기는 매우 작습니다. 이 경험은 공기가 전류의 열악한 전도체임을 보여줍니다.

실험을 수정해 보겠습니다. 디스크 사이의 공기를 알코올 램프의 불꽃으로 가열해 보겠습니다. 그런 다음 전위계 포인터의 편향 각도가 급격히 감소합니다. 커패시터의 디스크 사이의 전위차가 감소합니다. 커패시터가 방전됩니다. 결과적으로 디스크 사이의 가열 된 공기는 도체가되고 전류가 그 안에 형성됩니다.

가스의 절연 특성은 자유 전하가 없다는 사실에 의해 설명됩니다. 자연 상태의 가스 원자와 분자는 중성입니다.

2. 가스의 이온화.

위의 경험은 하전 입자가 고온의 영향으로 가스에 나타남을 보여줍니다. 그들은 가스 원자에서 하나 이상의 전자가 분리되어 발생하며 그 결과 중성 원자 대신 양이온과 전자가 나타납니다. 형성된 전자의 일부는 다른 중성 원자에 의해 포획될 수 있으며, 그러면 더 많은 음이온이 나타납니다. 기체 분자가 전자와 양이온으로 분해되는 것을 가스의 이온화.

가스를 고온으로 가열하는 것이 가스 분자나 원자를 이온화하는 유일한 방법은 아닙니다. 가스 이온화는 다양한 외부 상호 작용의 영향으로 발생할 수 있습니다. 가스의 강한 가열, 엑스레이, a-, b- 및 g-선은 방사성 붕괴, 우주선, 빠르게 움직이는 전자 또는 이온에 의한 기체 분자의 충격으로 인해 발생합니다. 기체 이온화를 일으키는 요인을 이온화기.이온화 과정의 정량적 특성은 이온화 강도,단위 시간당 기체의 단위 부피에 나타나는 부호가 반대인 하전 입자 쌍의 수로 측정됩니다.

원자의 이온화는 특정 에너지, 즉 이온화 에너지의 소비를 필요로 합니다. 원자(또는 분자)를 이온화하려면 방출된 전자와 나머지 원자(또는 분자) 입자 사이의 상호 작용력에 대항하는 작업을 수행해야 합니다. 이 작업을 이온화 작업 A i 라고 합니다. 이온화 작업의 가치는 화학적 성질원자 또는 분자에서 방출된 전자의 가스 및 에너지 상태.

이온화 장치가 종료된 후 시간이 지남에 따라 가스의 이온 수가 감소하고 결국 이온이 모두 사라집니다. 이온의 소멸은 이온과 전자가 관여한다는 사실에 의해 설명됩니다. 열 운동따라서 서로 충돌합니다. 양이온과 전자가 충돌하면 중성 원자로 재결합할 수 있습니다. 같은 방식으로, 양이온과 음이온이 충돌할 때, 음이온은 과잉 전자를 양이온에 포기할 수 있고 두 이온은 모두 중성 원자로 변합니다. 이 이온의 상호 중화 과정을 이온 재결합.양이온과 전자 또는 두 개의 이온이 재결합하면 이온화에 소비된 에너지와 동일한 특정 에너지가 방출됩니다. 부분적으로는 빛의 형태로 방출되기 때문에 이온의 재결합은 발광(재결합의 발광)을 동반한다.

가스의 방전 현상에서 전자 충돌에 의한 원자의 이온화는 중요한 역할을 합니다. 이 과정은 충분한 운동 에너지를 가진 움직이는 전자가 하나 이상의 원자 전자, 그 결과 중성 원자가 양이온으로 바뀌고 새로운 전자가 가스에 나타납니다 (이에 대해서는 나중에 논의됩니다).

아래 표는 일부 원자의 이온화 에너지를 나타냅니다.

3. 가스의 전기 전도도 메커니즘.

기체 전도도의 메커니즘은 전해질 용액 및 용융물의 전도도 메커니즘과 유사합니다. 외부 장이 없으면 중성 분자와 같은 하전 입자가 무작위로 움직입니다. 이온과 자유 전자가 외부 전기장에서 자신을 발견하면 방향 이동을 하고 기체에서 전류를 생성합니다.

따라서 가스의 전류는 양이온이 음극으로 이동하고 음이온과 전자가 양극으로 이동합니다. 가스의 총 전류는 하전 입자의 두 가지 흐름으로 구성됩니다. 즉, 양극으로 가는 흐름과 음극으로 가는 흐름입니다.

용액과 전해질의 용융물을 통해 전류가 통과하는 경우와 같이 하전 입자의 중화가 전극에서 발생합니다. 그러나 기체의 경우 전해질 용액의 경우와 같이 전극에서 물질이 방출되지 않습니다. 전극에 접근하는 가스 이온은 전극에 전하를 띠고 중성 분자로 바뀌고 다시 가스로 확산됩니다.

이온화된 가스와 전해질 용액(용해)의 전기 전도도의 또 다른 차이점은 가스를 통해 전류가 흐르는 동안 음전하는 주로 음이온이 아니라 전자에 의해 전달된다는 것입니다. 특정 역할.

따라서 가스는 금속의 전도도와 유사한 전자 전도도와 수용액 및 전해질 용융물의 전도도와 유사한 이온 전도도를 결합합니다.

4. 자체 지속되지 않는 가스 방전.

기체에 전류를 흘리는 과정을 기체 방전이라고 합니다. 가스의 전기 전도도가 외부 이온화 장치에 의해 생성되면 가스에서 발생하는 전류를 비 자체 유지 가스 방전.외부 이온화 장치의 작동이 종료되면 자체 지속되지 않는 방전이 중단됩니다. 자체 유지되지 않는 가스 방전은 가스 글로우를 동반하지 않습니다.

아래는 가스에서 자체 지속되지 않는 방전에 대한 전압에 대한 전류 강도의 의존성에 대한 그래프입니다. 유리에 납땜된 두 개의 금속 전극이 있는 유리 튜브를 사용하여 그래프를 표시했습니다. 체인은 아래 그림과 같이 조립됩니다.

일정 전압에서는 ionizer에 의해 1초만에 기체에 형성된 모든 하전입자가 동시에 전극에 도달하는 지점이 된다. 전압의 추가 증가는 더 이상 수송된 이온 수의 증가로 이어질 수 없습니다. 전류가 포화 상태에 도달합니다(그래프 1의 수평 단면).

5. 독립적인 가스 배출.

외부 이온화 장치의 작용이 종료된 후에도 지속되는 가스의 방전을 독립적인 가스 배출. 구현을 위해서는 방전 자체의 결과로 가스에 자유 전하가 지속적으로 형성되어야합니다. 발생의 주요 원인은 가스 분자의 충격 이온화입니다.

포화에 도달한 후 전극 사이의 전위차를 계속 증가시키면 충분히 높은 전압에서의 전류 강도가 급격히 증가합니다(그래프 2).

이것은 이온화 장치의 작용으로 인해 형성되는 추가 이온이 가스에 나타나는 것을 의미합니다. 전류의 세기는 수백, 수천 배 증가할 수 있으며, 방전 중에 나타나는 하전 입자의 수가 너무 많아져서 더 이상 방전을 유지하기 위해 외부 이오나이저가 필요하지 않을 수 있습니다. 따라서 이제 이오나이저를 제거할 수 있습니다.

고전압에서 전류 강도가 급격히 증가하는 이유는 무엇입니까? 외부 이온화 장치의 작용으로 인해 형성된 대전 입자 쌍(양이온과 전자)을 고려해 보겠습니다. 이렇게 나타나는 자유전자는 양극(양극)으로, 양이온(양이온)은 음극으로 이동하기 시작합니다. 그 과정에서 전자는 이온과 중성 원자를 만납니다. 두 번의 연속 충돌 사이의 간격에서 전자의 에너지는 전계력의 작용으로 인해 증가합니다.

전극 사이의 전위차가 클수록 전기장 강도가 커집니다. 다음 충돌 전 전자의 운동 에너지는 전기장 강도와 전자의 자유 경로에 비례합니다. MV 2 /2=eEl. 전자의 운동 에너지가 중성 원자(또는 분자)를 이온화하기 위해 수행되어야 하는 일 A i 를 초과하는 경우, 즉 MV 2 >A i , 전자가 원자(또는 분자)와 충돌하면 이온화됩니다. 결과적으로 하나의 전자 대신 두 개의 전자가 나타납니다(원자를 공격하여 원자에서 찢어짐). 그들은 차례로 장에서 에너지를 받아 다가오는 원자 등을 이온화합니다. 결과적으로 하전 입자의 수가 급격히 증가하고 전자 눈사태가 발생합니다. 설명 된 프로세스는 전자 충격 이온화.

그러나 전자 충돌에 의한 이온화만으로는 독립적인 전하를 유지할 수 없습니다. 실제로 이러한 방식으로 발생하는 모든 전자는 양극으로 이동하고 양극에 도달하면 "게임에서 탈락"합니다. 방전을 유지하려면 음극에서 전자가 방출되어야 합니다("방출"은 "방출"을 의미함). 전자의 방출은 여러 가지 이유 때문일 수 있습니다.

전자가 중성 원자와 충돌하는 동안 형성된 양이온은 음극쪽으로 이동할 때 필드의 작용으로 큰 운동 에너지를 얻습니다. 이러한 빠른 이온이 음극에 부딪치면 전자가 음극 표면에서 녹아웃됩니다.

또한 음극은 고온으로 가열되면 전자를 방출할 수 있습니다. 이 과정을 열전자 방출.그것은 금속에서 전자의 증발로 간주될 수 있습니다. 많은 고체열이온 방출은 물질 자체의 증발이 여전히 작은 온도에서 발생합니다. 이러한 물질은 음극 제조에 사용됩니다.

자기 방전 동안 음극은 양이온으로 충격을 가하여 가열될 수 있습니다. 이온 에너지가 너무 높지 않으면 전자가 음극에서 녹아웃되지 않고 열이온 방출로 인해 전자가 방출됩니다.

6. 다양한 유형의 자체 방전 및 기술 적용.

기체의 성질과 상태, 전극의 성질과 위치, 전극에 가해지는 전압에 따라 다른 종류독립 계급. 그 중 몇 가지를 살펴보겠습니다.

ㅏ. 연기 방출.

의 가스에서 글로우 방전이 관찰됩니다. 저압수십 밀리미터 이하의 수은 정도. 글로우 방전이 있는 튜브를 고려하면 글로우 방전의 주요 부분이 음극 암흑 공간,그에게서 멀리 부정적인또는 타오르는 광채,점차 지역으로 넘어가는 패러데이 어두운 공간.이 세 영역은 방전의 음극 부분을 형성하고 방전의 주요 발광 부분이 뒤따르며 광학 특성을 결정하며 이를 방전이라고 합니다. 긍정적인 열.

글로우 방전을 유지하는 주요 역할은 음극 부분의 처음 두 영역에서 수행됩니다. 특징적인 특징이러한 유형의 방전은 음극 근처의 전위가 급격히 떨어지는 것으로, 음극에서 이온의 상대적으로 느린 속도로 인해 영역 I 및 II의 경계에서 높은 농도의 양이온과 관련이 있습니다. 음극 암흑 공간에는 전자와 양이온의 강한 가속이 있어 음극에서 전자를 녹아웃시킵니다. 빛나는 글로우 영역에서 전자는 가스 분자의 강한 충격 이온화를 생성하고 에너지를 잃습니다. 여기에서 방전을 유지하는 데 필요한 양이온이 형성됩니다. 이 영역의 전기장 강도는 낮습니다. 그을음 빛은 주로 이온과 전자의 재결합으로 인해 발생합니다. 음극 암 공간의 길이는 가스와 양극 물질의 특성에 의해 결정됩니다.

양극 기둥의 영역에서 전자와 이온의 농도는 거의 동일하고 매우 높기 때문에 양극 기둥의 높은 전기 전도도와 약간의 전위 저하가 발생합니다. 양극 기둥의 빛은 여기된 기체 분자의 빛에 의해 결정됩니다. 양극 근처에서는 양이온 생성 과정과 관련된 상대적으로 급격한 전위 변화가 다시 관찰됩니다. 어떤 경우에는 양극 기둥이 별도의 발광 영역으로 나뉩니다. 지층,어두운 공간으로 구분됩니다.

양극 기둥은 글로우 방전을 유지하는 데 중요한 역할을 하지 않기 때문에 관의 전극 사이의 거리가 줄어들수록 양극 기둥의 길이가 줄어들어 완전히 사라질 수 있습니다. 상황은 전극이 서로 접근해도 변하지 않는 음극 암 공간의 길이에 따라 다릅니다. 전극이 너무 가까워서 전극 사이의 거리가 음극 암 공간의 길이보다 작아지면 가스의 글로우 방전이 중지됩니다. 실험은 다른 조건이 같을 때 음극 암 공간의 길이 d가 가스 압력에 반비례한다는 것을 보여줍니다. 결과적으로 충분히 낮은 압력에서 양이온에 의해 음극에서 넉아웃된 전자는 분자와 거의 충돌하지 않고 기체를 통과하여 기체를 형성합니다. 전자, 또는 음극선 .

글로우 방전은 전자 및 이온 빔을 얻기 위해 가스등 튜브, 형광등, 전압 안정기에 사용됩니다. 캐소드에 슬릿이 만들어지면 좁은 이온빔이 이를 통해 캐소드 뒤의 공간으로 통과합니다. 채널 광선.널리 사용되는 현상 음극 스퍼터링, 즉. 양이온의 작용으로 음극 표면이 파괴됩니다. 양극 물질의 초미세 파편은 직선을 따라 모든 방향으로 날아가며 얇은 층으로 튜브에 배치된 본체(특히 유전체)의 표면을 덮습니다. 이러한 방식으로 여러 장치에 대해 미러가 만들어지고 적용됩니다. 얇은 층셀레늄 광전지의 금속.

비. 코로나 방전.

코로나 방전은 매우 불균일한 전기장(예: 고압선의 스파이크 또는 전선 근처)에서 가스의 상압에서 발생합니다. 코로나 방전에서 가스 이온화와 그 글로우는 코로나 전극 근처에서만 발생합니다. 음극 코로나(음성 코로나)의 경우, 기체 분자의 충격 이온화를 일으키는 전자가 양극에 충격을 가하면 음극에서 탈락합니다. 양극이 코로나(양의 코로나)이면 양극 근처의 가스가 광이온화되어 전자의 탄생이 일어납니다. 코로나는 전류 누설 및 손실을 동반한 유해 현상 전기 에너지. 코로나를 줄이기 위해 도체의 곡률 반경을 늘리고 표면을 최대한 매끄럽게 만듭니다. 전극 사이의 충분히 높은 전압에서 코로나 방전은 스파크로 변합니다.

증가된 전압에서 팁의 코로나 방전은 팁에서 방출되고 시간에 따라 교대하는 빛 라인의 형태를 취합니다. 일련의 꼬임과 구부러짐이있는이 선은 일종의 브러시를 형성하며 그 결과 이러한 방전이 호출됩니다 손목 .

하전된 뇌운은 그 아래의 지구 표면을 유도합니다. 전기 요금반대 기호. 팁에 특히 큰 전하가 축적됩니다. 따라서 뇌우 전이나 뇌우 중에는 브러시와 같은 원뿔 모양의 빛이 높게 솟아 있는 물체의 뾰족한 모서리와 끝 부분에 번쩍이는 경우가 많습니다. 고대부터 이 빛은 성 엘모의 불이라고 불렸습니다.

특히 종종 등반가는 이 현상의 목격자가 됩니다. 때로는 금속 물체뿐만 아니라 머리의 머리카락 끝 부분에도 작은 빛나는 술이 장식되어 있습니다.

고전압을 다룰 때는 코로나 방전을 고려해야 합니다. 돌출된 부분이나 매우 가는 전선이 있으면 코로나 방전이 시작될 수 있습니다. 이로 인해 전원이 누출됩니다. 고압선의 전압이 높을수록 전선이 두꺼워져야 합니다.

씨. 스파크 방전.

스파크 방전은 밝은 지그재그로 분기하는 필라멘트 채널이 방전 갭을 관통하여 사라지고 새로운 것으로 교체되는 모습을 보입니다. 연구에 따르면 스파크 방전 채널은 때때로 양극에서, 때로는 음극에서, 때로는 전극 사이의 특정 지점에서 성장하기 시작합니다. 이것은 스파크 방전의 경우 충격 이온화가 가스의 전체 부피에 걸쳐 발생하는 것이 아니라 이온 농도가 우발적으로 가장 높은 것으로 판명된 장소를 통과하는 개별 채널을 통해 발생한다는 사실에 의해 설명됩니다. 스파크 방전은 방출을 동반합니다. 큰 수따뜻함, 가스의 밝은 빛, 딱딱거리는 소리 또는 천둥. 이러한 모든 현상은 스파크 채널에서 발생하는 전자 및 이온 사태로 인해 발생하며 압력이 크게 증가하여 10 7 ~ 10 8 Pa에 도달하고 온도가 최대 10,000°C까지 상승합니다.

스파크 방전의 대표적인 예는 번개입니다. 주요 낙뢰 채널의 직경은 10~25cm이며 낙뢰 길이는 수 킬로미터에 이릅니다. 최대 강도번개 펄스의 전류는 수십만 암페어에 이릅니다.

방전 갭의 길이가 작으면 스파크 방전은 양극의 특정 파괴를 유발합니다. 부식. 이 현상은 절단, 드릴링 및 기타 유형의 정밀 금속 가공의 전기 스파크 방법에 사용되었습니다.

스파크 갭은 전기 전송 라인에서 서지 보호기로 사용됩니다(예: 전화선). 강한 단기 전류가 라인 근처에 흐르면이 라인의 와이어에 전압과 전류가 유도되어 파손될 수 있습니다. 전기 설치인명에 위험합니다. 이를 피하기 위해 두 개의 곡선 전극으로 구성된 특수 퓨즈가 사용되며 그 중 하나는 라인에 연결되고 다른 하나는 접지됩니다. 접지에 대한 라인의 전위가 크게 증가하면 전극 사이에서 스파크 방전이 발생하고 전극에 의해 가열된 공기와 함께 상승하고 길어지고 끊어집니다.

마지막으로 전기 스파크는 다음을 사용하여 큰 전위차를 측정하는 데 사용됩니다. 볼 갭, 전극이 연마된 표면을 가진 두 개의 금속 공입니다. 볼이 떨어져 이동하고 측정된 전위차가 적용됩니다. 그런 다음 불꽃이 그들 사이에서 점프할 때까지 공을 함께 가져옵니다. 볼의 직경, 볼 사이의 거리, 공기의 압력, 온도 및 습도를 알고 특수 테이블에 따라 볼 사이의 전위차를 찾습니다. 이 방법은 수 퍼센트 이내로 수만 볼트 정도의 전위차를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

디. 아크 방전.

아크 방전은 1802년 V. V. Petrov에 의해 발견되었습니다. 이 방전은 가스 방전의 한 형태로 높은 전류 밀도와 전극 사이의 비교적 낮은 전압(수십 볼트 정도)에서 발생한다. 아크 방전의 주요 원인은 열음극에 의한 열전자의 강렬한 방출입니다. 이 전자들은 가속 전기장그리고 가스 분자의 충격 이온화를 생성합니다. 전기 저항전극 사이의 가스 갭은 상대적으로 작습니다. 외부 회로의 저항을 줄이고 아크 방전 전류를 높이면 가스 갭의 전도도가 증가하여 전극 사이의 전압이 감소합니다. 따라서 아크 방전은 하강 전류-전압 특성을 갖는다고 합니다. 대기압에서 음극 온도는 3000 °C에 이릅니다. 양극에 충격을 가하는 전자는 양극에 오목한 부분(분화구)을 만들고 가열합니다. 분화구의 온도는 약 4000 °C이며 높은 기압에서는 6000-7000 °C에 이릅니다. 아크 방전 채널의 가스 온도는 5000-6000 °C에 도달하므로 강렬한 열 이온화가 발생합니다.

많은 경우에 비교적 낮은 음극 온도(예: 수은 아크 램프)에서도 아크 방전이 관찰됩니다.

1876년 P. N. Yablochkov는 처음으로 전기 아크를 광원으로 사용했습니다. "Yablochkov 양초"에서 석탄은 평행하게 배열되고 곡선 층으로 분리되었으며 끝은 전도성 "점화 다리"로 연결되었습니다. 전류가 흐르면 점화 브리지가 타서 석탄 사이에 형성됩니다. 전기 아크. 석탄이 타면서 단열층이 증발했습니다.

아크 방전은 예를 들어 서치 라이트 및 프로젝터와 같이 오늘날에도 광원으로 사용됩니다.

아크 방전의 고온은 아크로 건설에 사용할 수 있습니다. 현재 매우 높은 전류로 구동되는 아크로는 철강, 주철, 합금철, 청동의 제련, 탄화칼슘, 산화질소 생산 등 여러 산업 분야에서 사용됩니다.

1882년 N. N. Benardos는 금속 절단 및 용접에 아크 방전을 처음 사용했습니다. 고정 탄소 전극과 금속 사이의 방전은 두 전극의 접합부를 가열합니다. 금속판(또는 판) 및 용접. Benardos는 절단에 동일한 방법을 사용했습니다. 금속판그리고 그들에 구멍을 얻는 것. 1888년 N. G. Slavyanov는 탄소 전극을 금속 전극으로 교체하여 이 용접 방법을 개선했습니다.

아크 방전은 교류 전류를 직류로 변환하는 수은 정류기에 적용되었습니다.

이자형. 혈장.

플라즈마는 양전하와 음전하의 밀도가 거의 동일한 부분적으로 또는 완전히 이온화된 가스입니다. 따라서 플라즈마는 전체적으로 전기적으로 중성인 시스템입니다.

플라즈마의 정량적 특성은 이온화 정도입니다. 플라즈마 이온화 정도는 하전 입자의 부피 농도 대 입자의 총 부피 농도의 비율입니다. 이온화 정도에 따라 플라즈마는 약하게 이온화된(a는 퍼센트의 분수임), 부분적으로 이온화된(몇 퍼센트 정도) 및 완전히 이온화된(a가 100%에 가까움). 약 이온화된 플라즈마 자연 조건대기의 상층부 - 전리층입니다. 태양, 뜨거운 별, 일부 성간 구름은 고온에서 형성되는 완전히 이온화된 플라즈마입니다.

중간 에너지 다양한 타입플라즈마를 구성하는 입자는 서로 크게 다를 수 있습니다. 따라서 플라즈마는 온도 T의 단일 값으로 특성화될 수 없습니다. 전자 온도 T e, 이온 온도 Ti(또는 플라즈마에 여러 종류의 이온이 있는 경우 이온 온도) 및 중성 원자의 온도 T a(중성 성분) 사이에 차이가 있습니다. 이러한 플라즈마는 모든 구성 요소의 온도가 동일한 등온 플라즈마와 달리 비등온성이라고 합니다.

플라즈마는 또한 고온(T i »10 6 -10 8 K 이상)과 저온으로 나뉩니다!!! (티<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.

플라즈마에는 여러 가지 특정 속성이 있어 이를 물질의 특별한 네 번째 상태로 간주할 수 있습니다.

하전된 플라즈마 입자의 높은 이동도로 인해 전기장 및 자기장의 영향으로 쉽게 움직입니다. 따라서 동일한 전하 부호의 입자 축적으로 인한 플라즈마 개별 영역의 전기적 중성 위반이 신속하게 제거됩니다. 결과 전기장은 전기 중성이 복원되고 전기장이 0이 될 때까지 하전 입자를 이동합니다. 분자 사이에 단거리 힘이 존재하는 중성 기체와 대조적으로, 쿨롱 힘은 하전된 플라즈마 입자 사이에 작용하여 거리에 따라 상대적으로 천천히 감소합니다. 각 입자는 많은 수의 주변 입자와 즉시 상호 작용합니다. 이로 인해 혼돈 열 운동과 함께 플라즈마 입자는 다양한 질서 운동에 참여할 수 있습니다. 다양한 유형의 진동과 파동은 플라즈마에서 쉽게 여기됩니다.

플라즈마 전도도는 이온화 정도가 증가함에 따라 증가합니다. 고온에서 완전히 이온화된 플라즈마는 전도성이 초전도체에 접근합니다.

저온 플라즈마는 가스 방전 광원 - 광고 비문용 발광관, 형광등에 사용됩니다. 가스 방전 램프는 예를 들어 가스 레이저 - 양자 광원과 같은 많은 장치에 사용됩니다.

고온 플라즈마는 자기유체역학 발전기에 사용됩니다.

새로운 장치인 플라즈마 토치가 최근에 만들어졌습니다. 플라즈마 토치는 금속 절단 및 용접, 단단한 암석에 구멍 뚫기 등 다양한 기술 분야에서 널리 사용되는 고밀도 저온 플라즈마의 강력한 제트를 생성합니다.

중고 문헌 목록:

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그것은 자유 전자의 지시된 이동에 의해 형성되며 이 경우 도체가 만들어지는 물질의 변화는 발생하지 않습니다.

전류의 통과가 물질의 화학적 변화를 동반하지 않는 그러한 도체를 제1종 지휘자. 여기에는 모든 금속, 석탄 및 기타 여러 물질이 포함됩니다.

그러나 자연에는 전류가 흐르는 동안 화학 현상이 발생하는 전류의 도체도 있습니다. 이러한 도체를 두 번째 종류의 지휘자. 여기에는 주로 산, 염 및 알칼리의 물에 있는 다양한 용액이 포함됩니다.

유리 용기에 물을 붓고 황산(또는 다른 산이나 알칼리) 몇 방울을 넣은 다음 두 개의 금속판을 용기에 내려 도체를 부착하고 전류를 연결하면 스위치와 전류계를 통해 도체의 다른 쪽 끝에 소스를 공급하면 용액에서 가스가 방출되고 회로가 닫힐 때까지 계속됩니다. 산성화된 물은 실제로 전도체입니다. 또한 플레이트가 가스 방울로 덮이기 시작합니다. 그러면 이 거품이 접시에서 떨어져 나와 나옵니다.

전류가 용액을 통과하면 화학 변화가 발생하여 가스가 방출됩니다.

두 번째 종류의 도체를 전해질이라고 하며, 전해질에 전류가 흐를 때 발생하는 현상을 전해질이라고 합니다.

전해질에 담근 금속판을 전극이라고 합니다. 그 중 하나는 전류 소스의 양극에 연결된 양극이라고 하고 음극에 연결된 다른 하나는 음극이라고 합니다.

액체 도체에 전류가 흐르는 원인은 무엇입니까? 이러한 용액 (전해질)에서 용매 (이 경우 물)의 작용하에 산 분자 (알칼리, 염)는 두 가지 성분으로 분해되고 분자의 한 입자는 양전하를 띠고 다른 하나는 음전하를 띤다.

전하를 띠는 분자의 입자를 이온이라고 합니다. 산, 염 또는 알칼리가 물에 용해되면 많은 양의 양이온과 음이온이 용액에 나타납니다.

이제 전류 소스에 연결된 전극 사이에서 전류가 용액을 통과한 이유가 명확해져야 합니다. 이 전위차의 영향으로 양이온은 음극으로, 음이온은 음극으로 이동하기 시작했습니다.

따라서 이온의 무질서한 운동은 한 방향으로 음이온이 다른 방향으로 양이온이 정렬된 반대 운동이 되었습니다. 이 전하 이동 과정은 전해질을 통한 전류의 흐름을 구성하며 전극 사이에 전위차가 있는 한 발생합니다. 전위차가 사라지면 전해질을 통한 전류가 멈추고 이온의 질서 있는 이동이 방해받고 다시 혼란스러운 움직임이 시작됩니다.

예를 들어, 구리 전극이 낮아진 황산구리 CuSO4 용액에 전류가 흐를 때 전기분해 현상을 고려하십시오.

전류가 황산구리 용액을 통과할 때 전기분해 현상: C - 전해질이 있는 용기, B - 전류원, C - 스위치

또한 전극에 대한 이온의 반대 운동도 있을 것입니다. 양이온은 구리(Cu) 이온이고 음이온은 산 잔기(SO4) 이온입니다. 구리 이온은 음극과 접촉하여 방전될 것입니다(누락된 전자를 자체에 부착). 즉, 순수한 구리의 중성 분자로 바뀌고 가장 얇은(분자) 층의 형태로 음극에 증착됩니다.

양극에 도달한 음이온도 방출됩니다(과잉 전자를 내보냄). 그러나 동시에 그들은 양극의 구리와 화학 반응을 시작하여 구리 Cu 분자가 산성 잔류물 SO4에 부착되고 황산구리 CuS O4 분자가 형성되어 반환됩니다 전해질로 돌아갑니다.

이 화학 공정은 시간이 오래 걸리기 때문에 구리가 음극에 증착되고 전해질에서 방출됩니다. 이 경우 음극으로 이동한 구리 분자 대신 두 번째 전극인 양극의 용해로 인해 전해질이 새로운 구리 분자를 받습니다.

구리 전극 대신 아연 전극을 사용하고 전해질이 황산 아연 ZnSO4 용액이면 동일한 과정이 발생합니다. 아연은 또한 양극에서 음극으로 이동합니다.

따라서, 금속과 액체 도체의 전류 차이금속에서는 자유 전자, 즉 음전하만이 전하 운반체인 반면 전해질에서는 반대 방향으로 이동하는 이온이 반대 전하를 띤 물질 입자에 의해 운반된다는 사실에 있습니다. 그러므로 그들은 말한다. 전해질은 이온 전도성이 있습니다.

전기분해 현상 1837년 B. S. Jacobi에 의해 발견되었으며, 그는 화학 전류원의 연구 및 개선에 대한 수많은 실험을 수행했습니다. Jacobi는 전류가 통과할 때 황산구리 용액에 놓인 전극 중 하나가 구리로 덮여 있음을 발견했습니다.

이 현상을 전기도금, 이제 매우 광범위한 실용적인 응용 프로그램을 찾습니다. 이에 대한 한 가지 예는 니켈 도금, 금 도금, 은 도금 등과 같은 다른 금속의 얇은 층으로 금속 물체를 코팅하는 것입니다.

가스(공기 포함)는 정상적인 조건에서 전기를 전도하지 않습니다. 예를 들어, 서로 평행하게 매달린 알몸은 공기층에 의해 서로 격리됩니다.

그러나 고온, 큰 전위차 및 기타 이유의 영향으로 액체 전도체와 같은 가스는 이온화됩니다. 가스를 통한 전류.

그러나 동시에 기체의 이온화는 액체 전도체의 이온화와 다릅니다. 액체에서 분자가 두 개의 하전된 부분으로 분해되면 기체에서 이온화 작용에 따라 전자는 항상 각 분자에서 분리되고 이온은 분자의 양으로 하전된 부분의 형태로 남아 있습니다.

액체는 항상 전류의 전도체로 남아 있는 동안 전도를 중단하기 때문에 가스의 이온화를 중단하기만 하면 됩니다. 따라서 기체의 전도도는 외부 요인의 작용에 따라 일시적인 현상입니다.

그러나 다른 이름이 있습니다. 아크 방전또는 단지 전기 아크. 전기 아크 현상은 19세기 초 러시아 최초의 전기 기술자 V. V. Petrov에 의해 발견되었습니다.

V.V. Petrov는 수많은 실험을 통해 전류 소스에 연결된 두 개의 숯 사이에서 밝은 빛과 함께 공기를 통해 지속적인 방전이 발생한다는 것을 발견했습니다. V. V. Petrov는 그의 글에서 "어두운 평화가 아주 밝게 비춰질 수 있다"고 썼습니다. 그래서 처음으로 전기 조명이 얻어졌으며 다른 러시아 전기 과학자 Pavel Nikolaevich Yablochkov가 실제로 적용했습니다.

전기 아크를 사용하여 작업한 "Yablochkov의 양초"는 당시 전기 공학에 진정한 혁명을 일으켰습니다.

아크 방전은 예를 들어 서치 라이트 및 프로젝터와 같이 오늘날에도 광원으로 사용됩니다. 아크 방전의 고온으로 인해 . 현재 매우 높은 전류로 구동되는 아크로는 강철, 주철, 합금철, 청동 등의 제련을 위해 여러 산업에서 사용됩니다. 그리고 1882년 N. N. Benardos는 처음으로 금속 절단 및 용접에 아크 방전을 사용했습니다.

가스 라이트 튜브, 형광등, 전압 안정기에서 전자 및 이온 빔을 얻기 위해 소위 글로우 가스 방전.

스파크 방전은 구형 스파크 갭을 사용하여 큰 전위차를 측정하는 데 사용되며 전극은 표면이 연마된 두 개의 금속 볼입니다. 볼이 떨어져 이동하고 측정된 전위차가 적용됩니다. 그런 다음 불꽃이 그들 사이에서 점프할 때까지 공을 함께 가져옵니다. 볼의 직경, 볼 사이의 거리, 공기의 압력, 온도 및 습도를 알고 특수 테이블에 따라 볼 사이의 전위차를 찾습니다. 이 방법은 수 퍼센트 이내로 수만 볼트 정도의 전위차를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

정상적인 조건에서 가스의 전류는 불가능합니다. 즉, 대기 습도, 압력 및 온도에서 가스에는 전하 캐리어가 없습니다. 가스, 특히 공기의 이러한 특성은 전기 절연을 제공하기 위해 가공 송전선로 및 릴레이 스위치에 사용됩니다.

그러나 특정 조건에서는 가스에서 전류가 관찰될 수 있습니다. 실험을 해보자. 그를 위해서는 에어 커패시터 전위계와 연결 전선이 필요합니다. 먼저 전위계를 커패시터에 연결해 보겠습니다. 그런 다음 커패시터 플레이트에 전하를 보고합니다. 전위계는 바로 이 전하의 존재를 보여줄 것입니다. 에어 커패시터는 잠시 동안 전하를 저장합니다. 즉, 판 사이에는 전류가 흐르지 않습니다. 이것은 커패시터 판 사이의 공기가 유전 특성을 가지고 있음을 시사합니다.

그림 1 - 전위계에 연결된 충전된 커패시터

다음으로, 판 사이의 틈에 양초 불꽃을 도입합니다. 동시에 전위계가 커패시터 플레이트의 전하 감소를 나타내는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 판 사이의 틈에 전류가 흐른다. 왜 이런 일이 일어나고 있습니까?

그림 2 - 충전된 커패시터 판 사이의 틈에 양초 삽입

정상적인 조건에서 기체 분자는 전기적으로 중성입니다. 그리고 그들은 전류를 공급할 수 없습니다. 그러나 온도가 상승하면 가스의 소위 이온화가 일어나 전도체가 됩니다. 가스에는 양이온과 음이온이 나타납니다.

전자가 기체 원자에서 떨어져 나가기 위해서는 쿨롱 힘에 대항하는 일을 해야 합니다. 이것은 에너지를 필요로 합니다. 원자는 온도가 증가함에 따라 이 에너지를 얻습니다. 열 운동의 운동 에너지는 기체의 온도에 정비례하기 때문입니다. 그런 다음 증가함에 따라 분자와 원자는 충돌할 때 원자에서 전자가 떨어져 나가도록 충분한 에너지를 받습니다. 이러한 원자는 양이온이 됩니다. 분리된 전자는 다른 원자에 달라붙어 음이온이 됩니다.

결과적으로 전자뿐만 아니라 양이온과 음이온이 판 사이의 틈에 나타납니다. 그들 모두는 커패시터 판의 전하에 의해 생성 된 필드의 작용으로 움직이기 시작합니다. 양이온은 음극쪽으로 이동합니다. 음이온과 전자는 양극으로 향하는 경향이 있습니다. 따라서 에어 갭에 전류가 제공됩니다.

전압에 대한 전류의 의존성은 모든 영역에서 옴의 법칙을 따르지 않습니다. 첫 번째 섹션에서는 전압이 증가하면 이온 수가 증가하고 결과적으로 전류가 증가합니다. 또한, 두 번째 구간에서 포화가 발생하는데, 즉 전압이 증가해도 전류는 증가하지 않는다. 이온의 농도가 최대이고 새로운 것이 아무데도 나타나지 않기 때문입니다.

그림 3 - 에어 갭의 전류-전압 특성

세 번째 섹션에서는 전압이 증가함에 따라 전류가 다시 증가합니다. 이 부분을 자가 방전이라고 합니다. 즉, 가스의 전류를 유지하기 위해 더 이상 타사 이온화 장치가 필요하지 않습니다. 이것은 고전압의 전자가 스스로 원자로부터 다른 전자를 녹아웃시키기에 충분한 에너지를 받기 때문입니다. 이 전자는 차례로 다른 전자를 녹아웃시키는 식입니다. 이 과정은 눈사태처럼 진행됩니다. 그리고 가스의 주요 전도도는 이미 전자에 의해 제공됩니다.