Գազերում էլեկտրական հոսանքը առաջանում է շարժման միջոցով։ Էլեկտրական հոսանքը գազերում. սահմանում, առանձնահատկություններ և հետաքրքիր փաստեր

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:

մետաղական թիթեղներ, իջեցված էլեկտրոլիտի մեջ, 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 լուծույթի միջով կապույտ վիտրիոլ CuSO4՝ պղնձի էլեկտրոդներով, որոնք իջեցվել են դրա մեջ:

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 միաժամանակ մտնում են քիմիական ռեակցիաանոդ պղնձով, որի արդյունքում SO4 թթվային մնացորդին ավելացվում է Cu պղնձի մոլեկուլ և առաջանում է պղնձի սուլֆատի CuS O4 մոլեկուլ, որը հետ է վերադարձվում էլեկտրոլիտ։

Քանի որ այս քիմիական գործընթացն է երկար ժամանակ, ապա 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:

Այսպիսով, Մետաղների և հեղուկ հաղորդիչների էլեկտրական հոսանքի տարբերությունըկայանում է նրանում, որ մետաղների մեջ լիցքի կրողներ են միայն ազատ էլեկտրոնները, այսինքն՝ բացասական լիցքերը, 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 գտնում է չափազանց մեծ գործնական օգտագործում. Դրա օրինակներից մեկն է մետաղական առարկաների պատումը այլ մետաղների բարակ շերտով, օրինակ՝ նիկելապատում, ոսկեզօծում, արծաթապատում և այլն։

գազեր (ներառյալ օդը) նորմալ պայմաններէլեկտրաէներգիա մի անցկացրեք. Օրինակ՝ մերկները, միմյանց զուգահեռ կախված լինելով, միմյանցից մեկուսացված են օդի շերտով։

Այնուամենայնիվ, բարձր ջերմաստիճանի, մեծ պոտենցիալ տարբերության և այլ պատճառների ազդեցության տակ գազերը, ինչպես հեղուկ հաղորդիչները, իոնացվում են, այսինքն՝ դրանցում հայտնվում են. մեծ քանակությամբգազի մոլեկուլների մասնիկներ, որոնք լինելով հոսանքի կրողներ՝ նպաստում են գազով էլեկտրական հոսանքի անցմանը։

Բայց միևնույն ժամանակ գազի իոնացումը տարբերվում է հեղուկ հաղորդիչի իոնացումից։ Եթե ​​հեղուկում մոլեկուլը տրոհվում է երկու լիցքավորված մասերի, 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 էլեկտրագետ 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.

Պոտենցիալ մեծ տարբերությունները չափելու համար օգտագործվում է կայծային արտահոսք՝ օգտագործելով գնդիկավոր 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:

USE կոդավորիչի թեմաներ: կրիչներ անվճար էլեկտրական լիցքերգազերում։

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 հայտնվում են արդյունքում իոնացնող ազդեցությունռադիոակտիվ նյութերի ճառագայթում, որոնք մաս են կազմում երկրի ընդերքը, Արեգակի ուլտրամանուշակագույն և ռենտգենյան ճառագայթում, ինչպես նաև տիեզերական ճառագայթներ՝ Երկրի մթնոլորտ թափանցող բարձր էներգիայի մասնիկների հոսքեր արտաքին տիեզերքից։ 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, մի փոքր օդային բացըլույսի անջատիչում բավական է բացել էլեկտրական միացումձեր սենյակում:

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): Սենյակային ջերմաստիճանում և ոչ շատ խոնավ օդի դեպքում գալվանոմետրը նկատելի հոսանք չի ցուցադրի. մեր օդային բացը, ինչպես ասացինք, էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ չէ:

Բրինձ. 2. Օդում հոսանքի առաջացումը

Այժմ եկեք այրիչի կամ մոմի բոցը բերենք կոնդենսատորի թիթեղների միջև եղած բացը (նկ. 2, աջ կողմում): Ընթացիկ է հայտնվում! 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 իոններև 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 գազկանչեց 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 իոնացնող 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. 5 .

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: Էլեկտրականությունգազում 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 ինքնակառավարվող արտանետումգազի մեջ։ Ինչու՞ կախված: Ուստի այն պահպանելու համար անհրաժեշտ է իոնացնողի մշտական ​​գործողություն։ 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 իրենց շարժման գործընթացում գտնում են միմյանց և վերամիավորվում:

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 հնարավորություն):

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 կենցաղայինգազում 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 սովորական պայմաններում, կա որոշակի «բնական» անվճար լիցքավորում՝ պայմանավորված իոնացնող. ռադիոակտիվ ճառագայթումերկրակեղևը, Արեգակից բարձր հաճախականության ճառագայթումը, տիեզերական ճառագայթները։ 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 ժամը նորմալ պայմաններ, բաղկացած է գրեթե 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։

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 էլ իր հերթին հանգեցնում է ձայնային ալիքների առաջացմանը։ 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, և 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

գործընթացներ, որոնք կարող են հանգեցնել էլեկտրոնային ավալանշների առաջացմանըպատկերի վրա։

Սրանք Թաունսենդի որակական տեսության տարրեր են։

5. Փայլի արտանետում.

ժամը ցածր ճնշումներեւ փոքր լարումներ, այս լիցքաթափումը կարելի է դիտարկել:

K - 1 (մութ Ասթոնի տարածություն):

1 - 2 (լուսավոր կաթոդային ֆիլմ):

2 – 3 (մութ Crookes տարածություն):

3 - 4 (առաջին կաթոդի փայլը):

4 – 5 (մութ Ֆարադեյի տարածություն)

5 - 6 (դրական անոդային սյունակ):

6 – 7 (անոդիկ մութ տարածություն):

7 - A (անոդի փայլ):

Եթե ​​անոդը շարժական է, ապա դրական սյունակի երկարությունը կարող է ճշգրտվել՝ գործնականում առանց K-5 շրջանի չափը փոխելու։

Մութ շրջաններում մասնիկները արագանում են և էներգիա է կուտակվում, թեթև շրջաններում տեղի են ունենում իոնացման և ռեկոմբինացիայի գործընթացներ։

ԷԼԵԿՏՐԱԿԱՆ ՀՈՍԱՆՔ ԳԱԶԵՐՈՒՄ

Գազերի անկախ և ոչ ինքնուրույն հաղորդունակություն:Իրենց բնական վիճակում գազերը էլեկտրական հոսանք չեն փոխանցում, այսինքն. դիէլեկտրիկներ են։ Սա հեշտությամբ կարելի է ստուգել պարզ հոսանքի միջոցով, եթե միացումն ընդհատվում է օդային բացվածքով:

Գազերի մեկուսիչ հատկությունները բացատրվում են նրանով, որ գազերի ատոմներն ու մոլեկուլները բնական վիճակում չեզոք չլիցքավորված մասնիկներ են։ Այստեղից պարզ է դառնում, որ գազի հաղորդիչ դարձնելու համար անհրաժեշտ է այս կամ այն ​​կերպ ներմուծել դրա մեջ կամ ստեղծել դրա մեջ անվճար լիցքավորող կրիչներ՝ լիցքավորված մասնիկներ։ Այս դեպքում հնարավոր է երկու դեպք՝ կա՛մ այս լիցքավորված մասնիկները ստեղծվում են ինչ-որ արտաքին գործոնի ազդեցությամբ, կա՛մ ներթափանցվում են գազի մեջ դրսից՝ ոչ ինքնակառավարվող հաղորդունակությամբ, կա՛մ ստեղծվում են գազի մեջ՝ էլեկտրական դաշտն ինքնին, որը գոյություն ունի էլեկտրոդների միջև՝ ինքնուրույն հաղորդունակություն:

Ցուցադրված նկարում շղթայի գալվանոմետրը ցույց չի տալիս հոսանք՝ չնայած կիրառվող լարմանը: Սա ցույց է տալիս բնականոն պայմաններում գազերի հաղորդունակության բացակայությունը։

Այժմ տաքացնենք գազը 1-2 միջակայքում մինչև շատ բարձր ջերմաստիճան՝ դրա մեջ վառվող այրիչ մտցնելով: Գալվանոմետրը ցույց կտա հոսանքի տեսքը, հետևաբար, բարձր ջերմաստիճանում չեզոք գազի մոլեկուլների համամասնությունը քայքայվում է դրական և բացասական իոնների: Նման երեւույթը կոչվում է իոնացումգազ.

Եթե ​​փոքր փչակից օդի շիթն ուղղվում է գազի բացը, և իոնացնող բոցը տեղադրվում է շիթային ուղու վրա՝ բացից դուրս, ապա գալվանոմետրը ցույց կտա որոշակի հոսանք։

Սա նշանակում է, որ իոնները չեն անհետանում ակնթարթորեն, այլ շարժվում են գազի հետ միասին։ Այնուամենայնիվ, երբ բոցի և բացվածքի միջև 1-2 հեռավորությունը մեծանում է, հոսանքն աստիճանաբար թուլանում է, այնուհետև անհետանում է: Այս դեպքում հակառակ լիցքավորված իոնները հակված են մոտենալ միմյանց էլեկտրական ձգողականության ուժի ազդեցության տակ և, երբ դրանք հանդիպում են, վերամիավորվում են չեզոք մոլեկուլի մեջ։ Նման գործընթացը կոչվում է ռեկոմբինացիաիոններ.

Գազը բարձր ջերմաստիճանի տաքացնելը գազի մոլեկուլների կամ ատոմների իոնացման միակ միջոցը չէ։ Գազի չեզոք ատոմները կամ մոլեկուլները կարող են իոնացվել նաև այլ գործոնների ազդեցության տակ։

Իոնային հաղորդունակությունն ունի մի շարք առանձնահատկություններ. Այսպիսով, հաճախ դրական և բացասական իոնները ոչ թե առանձին իոնացված մոլեկուլներ են, այլ բացասական կամ դրական էլեկտրոնի կցված մոլեկուլների խմբեր։ Դրա շնորհիվ, թեև յուրաքանչյուր իոնի լիցքը հավասար է մեկ կամ երկուսի, հազվադեպ ավելի, քան տարրական լիցքերի թիվը, դրանց զանգվածները կարող են զգալիորեն տարբերվել առանձին ատոմների և մոլեկուլների զանգվածներից։ Դրանով գազի իոնները զգալիորեն տարբերվում են էլեկտրոլիտի իոններից, որոնք միշտ ներկայացնում են ատոմների որոշակի խմբեր։ Այս տարբերության պատճառով Ֆարադեյի օրենքները, որոնք այնքան բնորոշ են էլեկտրոլիտների հաղորդունակությանը, չեն գործում գազերի իոնային հաղորդունակության համար։

Երկրորդ, նաև շատ կարևոր տարբերությունը գազերի իոնային հաղորդունակության և էլեկտրոլիտների իոնային հաղորդունակության միջև այն է, որ գազերի համար Օհմի օրենքը չի պահպանվում. հոսանք-լարման բնութագրիչն ավելի շատ է. բարդ բնույթ. Հաղորդիչների (ներառյալ էլեկտրոլիտների) հոսանք-լարման բնութագիրը ունի թեք ուղիղ գծի ձև (I և U-ի համաչափություն), գազերի համար այն ունի տարբեր ձևեր։

Մասնավորապես, ոչ ինքնակառավարվող հաղորդունակության դեպքում U-ի փոքր արժեքների դեպքում գրաֆիկն ունի ուղիղ գծի ձև, այսինքն. Օհմի օրենքը մոտավորապես մնում է ուժի մեջ. U մեծանալուն պես կորը որոշակի լարվածությունից թեքվում է և անցնում հորիզոնական ուղիղ գծի։

Սա նշանակում է, որ սկսած որոշակի լարումից, հոսանքը մնում է հաստատուն՝ չնայած լարման ավելացմանը։ Այս հաստատուն, լարման անկախ հոսանքի արժեքը կոչվում է հագեցվածության հոսանքը.

Դժվար չէ հասկանալ ստացված արդյունքների իմաստը։ Սկզբում, երբ լարումը մեծանում է, ավելանում է լիցքաթափման խաչմերուկով անցնող իոնների թիվը. հոսանքը I մեծանում է, քանի որ ավելի ուժեղ դաշտում իոնները շարժվում են ավելի մեծ արագությամբ։ Այնուամենայնիվ, անկախ նրանից, թե որքան արագ են շարժվում իոնները, այդ հատվածով անցնող դրանց թիվը միավոր ժամանակում չի կարող ավելի մեծ լինել, քան արտանետման մեջ ստեղծված իոնների ընդհանուր թիվը մեկ միավորի համար արտաքին իոնացնող գործոնի կողմից:

Փորձերը ցույց են տալիս, սակայն, որ եթե գազում հագեցվածության հոսանքին հասնելուց հետո մենք շարունակում ենք զգալիորեն բարձրացնել լարումը, ապա հոսանք-լարման բնութագրիչի ընթացքը հանկարծակի խախտվում է։ Բավականաչափ բարձր լարման դեպքում հոսանքը կտրուկ աճում է:

Ընթացիկ թռիչքը ցույց է տալիս, որ իոնների թիվը անմիջապես կտրուկ աճել է։ Դրա պատճառն ինքնին էլեկտրական դաշտն է. այն որոշ իոնների հաղորդում է այնպիսի բարձր արագություններ, այսինքն. այնքան մեծ էներգիա, որ երբ նման իոնները բախվում են չեզոք մոլեկուլներին, վերջիններս բաժանվում են իոնների։ Ընդհանուր թիվըիոնները այժմ որոշվում են ոչ թե իոնացնող գործոնով, այլ հենց դաշտի ազդեցությամբ, որն ինքնին կարող է աջակցել անհրաժեշտ իոնացմանը. հաղորդունակությունը ոչ ինքնակառավարվողից դառնում է անկախ: Անկախ հաղորդունակության հանկարծակի առաջացման նկարագրված երևույթը, որն ունի գազի բացվածքի քայքայման բնույթ, անկախ հաղորդունակության առաջացման միակ, թեև շատ կարևոր ձևը չէ:

Կայծի արտանետում.Բավականաչափ բարձր դաշտային ուժով (մոտ 3 ՄՎ/մ), ա էլեկտրական կայծ, որն ունի երկու էլեկտրոդները միացնող պայծառ շողացող ոլորապտույտ ալիքի ձև: Կայծի մոտ գտնվող գազը տաքացվում է բարձր ջերմաստիճանի և հանկարծակի ընդլայնվում է՝ առաջացնելով ձայնային ալիքներ, և մենք լսում ենք բնորոշ ճաք.

Գազի արտանետման նկարագրված ձևը կոչվում է կայծի արտանետումկամ գազի կայծ։ Երբ կայծի արտանետում է տեղի ունենում, գազը հանկարծ կորցնում է իր դիէլեկտրական հատկությունները և դառնում լավ հաղորդիչ: Դաշտի ուժգնությունը, որի դեպքում տեղի է ունենում գազի կայծային խզում, ունի տարբեր արժեք տարբեր գազերև կախված է դրանց վիճակից (ճնշում, ջերմաստիճան): Որքան մեծ է էլեկտրոդների միջև հեռավորությունը, այնքան մեծ է նրանց միջև լարումը անհրաժեշտ գազի կայծային խզման սկզբի համար: Այս լարվածությունը կոչվում է խզման լարումը.

Իմանալով, թե ինչպես է խզման լարումը կախված որևէ կոնկրետ ձևի էլեկտրոդների միջև հեռավորությունից, հնարավոր է չափել անհայտ լարումը կայծի առավելագույն երկարությամբ: Սա հիմք է հանդիսանում կայծային վոլտմետր սարքի համար կոպիտ բարձր լարումների համար:

Այն բաղկացած է երկու մետաղական գնդիկներից, որոնք ամրացված են 1-ին և 2-րդ սյուների վրա, գնդակով 2-րդ սյունը կարող է պտուտակով մոտենալ կամ հեռանալ առաջինից։ Գնդիկները միացված են հոսանքի աղբյուրին, որի լարումը պետք է չափվի, և դրանք հավաքվում են մինչև կայծ հայտնվի։ Կշեռքի վրա հեռավորությունը չափելով՝ կարելի է մոտավոր գնահատել կայծի երկարությամբ լարումը (օրինակ՝ 5 սմ գնդիկի տրամագծով և 0,5 սմ հեռավորության վրա, խզման լարումը 17,5 կՎ է, իսկ 5 սմ հեռավորության վրա՝ 100 կՎ)։

Խզման առաջացումը բացատրվում է հետևյալ կերպ. գազում միշտ պատահական պատճառներով առաջացող իոնների և էլեկտրոնների որոշակի քանակ կա: Սակայն նրանց թիվն այնքան փոքր է, որ գազը գործնականում էլեկտրականություն չի փոխանցում։ Բավականաչափ բարձր դաշտի ուժգնությամբ, երկու բախումների միջակայքում իոնի կուտակած կինետիկ էներգիան կարող է բավարար լինել բախման ժամանակ չեզոք մոլեկուլը իոնացնելու համար: Արդյունքում առաջանում է նոր բացասական էլեկտրոն և դրական լիցքավորված մնացորդ՝ իոն։

Ազատ էլեկտրոն 1-ը չեզոք մոլեկուլի հետ բախվելիս այն բաժանում է էլեկտրոնի 2-ի և ազատ դրական իոնի: 1 և 2 էլեկտրոնները, չեզոք մոլեկուլների հետ հետագա բախվելիս, կրկին բաժանում են դրանք 3 և 4 էլեկտրոնների և ազատ դրական իոնների և այլն:

Այս իոնացման գործընթացը կոչվում է ազդեցության իոնացում, և աշխատանքը, որը պետք է ծախսվի ատոմից էլեկտրոնի անջատման համար. իոնացման աշխատանքներ. Իոնացման աշխատանքը կախված է ատոմի կառուցվածքից և, հետևաբար, տարբեր է տարբեր գազերի համար։

Ազդեցության իոնացման ազդեցության տակ ձևավորված էլեկտրոնները և իոնները մեծացնում են գազի լիցքերի քանակը, և իրենց հերթին դրանք շարժվում են էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ և կարող են առաջացնել նոր ատոմների հարվածային իոնացում։ Այսպիսով, գործընթացն ինքնին ուժեղանում է, և գազի մեջ իոնացումը արագ հասնում է շատ բարձր արժեքի: Երևույթը նման է ձնահյուսին, ուստի այս գործընթացը կոչվեց իոնային ավալանշ.

Իոնային ավալանշի ձևավորումը կայծի քայքայման գործընթացն է, իսկ նվազագույն լարումը, որով առաջանում է իոնային ավալանշ, քայքայման լարումն է։

Այսպիսով, կայծի խզման դեպքում գազի իոնացման պատճառը իոնների հետ բախումների ժամանակ ատոմների և մոլեկուլների ոչնչացումն է (ազդեցության իոնացում)։

Կայծակ.Գեղեցիկ և անապահով բնական երևույթը՝ կայծակը, մթնոլորտում կայծային արտանետում է:

Արդեն 18-րդ դարի կեսերին ուշադրություն դարձվեց կայծակի արտաքին նմանությանը էլեկտրական կայծի հետ։ Ենթադրվում է, որ ամպրոպային ամպերը մեծ էլեկտրական լիցքեր են կրում, և որ կայծակը հսկայական կայծ է, որը ոչնչով չի տարբերվում էլեկտրական մեքենայի գնդերի միջև եղած կայծից, բացառությամբ չափի: Դա մատնանշել է, օրինակ, ռուս ֆիզիկոս և քիմիկոս Միխայիլ Վասիլևիչ Լոմոնոսովը (1711-65), որը գիտական ​​այլ հարցերի հետ մեկտեղ զբաղվել է մթնոլորտային էլեկտրականությամբ։

Դա ապացուցեց 1752-53թթ. Լոմոնոսովը և ամերիկացի գիտնական Բենջամին Ֆրանկլինը (1706–90), որոնք աշխատել են միաժամանակ և միմյանցից անկախ։

Լոմոնոսովը կառուցել է «ամպրոպային մեքենա»՝ կոնդենսատոր, որը գտնվում էր իր լաբորատորիայում և լիցքավորվում էր մթնոլորտային էլեկտրաէներգիայով մետաղալարի միջոցով, որի ծայրը դուրս էր բերվել սենյակից և բարձրացվել բարձր բևեռի վրա։ Ամպրոպի ժամանակ կայծերը կարող էին ձեռքով հեռացնել կոնդենսատորից:

Ֆրանկլինը ամպրոպի ժամանակ օդապարիկ բաց թողեց պարանի վրա, որը հագեցած էր երկաթե կետով. պարանի ծայրին կապում էին դռան բանալին։ Երբ լարը թրջվեց և դարձավ էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչ, Ֆրանկլինը կարողացավ էլեկտրական կայծեր հանել բանալիից, լիցքավորել Լեյդենի սափորները և անել էլեկտրական մեքենայով արված այլ փորձեր (Հարկ է նշել, որ նման փորձերը չափազանց վտանգավոր են, քանի որ կայծակը կարող է հարվածել օձերին, և միևնույն ժամանակ փորձարարի մարմնի միջով մեծ լիցքեր կանցնեն Երկիր: Ֆիզիկայի պատմության մեջ եղել են այնպիսի տխուր դեպքեր, ինչպիսիք են Գ.Վ. Ռիչմանը, ով աշխատել է Լոմոնոսովի հետ, մահացել է 1753 թ. Սանկտ Պետերբուրգ):

Այսպիսով, ցույց է տրվել, որ ամպրոպային ամպերն իսկապես շատ լիցքավորված են էլեկտրականությամբ։

Ամպրոպի տարբեր մասեր կրում են տարբեր նշանների լիցքեր: Ամենից հաճախ ամպի ստորին հատվածը (արտացոլված դեպի Երկիր) բացասական լիցքավորված է, իսկ վերին մասը՝ դրական։ Հետևաբար, եթե երկու ամպ իրար են մոտենում հակառակ լիցքավորված մասերով, ապա կայծակը ցատկում է նրանց միջև։ Այնուամենայնիվ, կայծակնային արտանետումը կարող է առաջանալ այլ ձևերով: Անցնելով Երկրի վրայով, ամպրոպը ստեղծում է մեծ ինդուկտիվ լիցքեր իր մակերեսի վրա, և, հետևաբար, ամպը և Երկրի մակերեսը կազմում են մեծ կոնդենսատորի երկու թիթեղներ: Ամպի և Երկրի միջև պոտենցիալ տարբերությունը հասնում է հսկայական արժեքների, որոնք չափվում են հարյուր միլիոնավոր վոլտներով, և օդում առաջանում է ուժեղ էլեկտրական դաշտ: Եթե ​​այս դաշտի ինտենսիվությունը բավականաչափ մեծ է, ապա կարող է տեղի ունենալ խափանում, այսինքն. կայծակը հարվածում է երկրին. Միաժամանակ կայծակը երբեմն հարվածում է մարդկանց և հրդեհների պատճառ դառնում։

Կայծակի վրա կատարված բազմաթիվ ուսումնասիրությունների համաձայն՝ կայծային լիցքը բնութագրվում է հետևյալ մոտավոր թվերով՝ ամպի և Երկրի միջև լարումը (U) 0,1 ԳՎ է (գիգավոլտ);

ընթացիկ ուժը (I) կայծակի մեջ 0.1 MA (մեգաամպեր);

կայծակի տևողությունը (տ) 1 µs (միկրովայրկյան);

Լուսավոր ալիքի տրամագիծը 10-20 սմ է:

Որոտը, որը տեղի է ունենում կայծակից հետո, ունի նույն ծագումը, ինչ լաբորատոր կայծի ցատկման ժամանակ ճռճռոցը: Մասնավորապես, կայծակի ալիքի ներսում օդը ուժեղ տաքանում և ընդլայնվում է, ինչի պատճառով էլ ձայնային ալիքներ են առաջանում։ Այս ալիքները, որոնք արտացոլվում են ամպերից, լեռներից և այլն, հաճախ ստեղծում են երկար արձագանք՝ ամպրոպ:

Կորոնայի արտանետում.Իոնային ավալանշի առաջացումը միշտ չէ, որ հանգեցնում է կայծի, բայց կարող է նաև առաջացնել այլ տեսակի արտանետում՝ կորոնայի արտանետում:

Մի քանի տասներորդ միլիմետր տրամագծով մետաղալար ab ձգենք երկու բարձր մեկուսիչ հենարանների վրա և միացնենք գեներատորի բացասական բևեռին, որը տալիս է մի քանի հազար վոլտ լարում։ Գեներատորի երկրորդ բևեռը կտանենք Երկիր։ Դուք ստանում եք մի տեսակ կոնդենսատոր, որի թիթեղները մետաղալարն են և սենյակի պատերը, որոնք, իհարկե, շփվում են Երկրի հետ։

Այս կոնդենսատորի դաշտը շատ անհավասար է, և դրա ինտենսիվությունը բարակ մետաղալարի մոտ շատ բարձր է: Աստիճանաբար մեծացնելով լարումը և մթության մեջ դիտարկելով լարը, կարելի է նկատել, որ հայտնի լարման դեպքում հաղորդալարի մոտ հայտնվում է թույլ փայլ (թագ), որը ծածկում է լարը բոլոր կողմերից; այն ուղեկցվում է շշուկով և թեթև ճռճռոցով։ Եթե ​​զգայուն գալվանոմետրը միացված է մետաղալարի և աղբյուրի միջև, ապա փայլի տեսքով գալվանոմետրը ցույց է տալիս նկատելի հոսանք, որը հոսում է գեներատորից լարերի երկայնքով դեպի մետաղալար, իսկ դրանից սենյակի օդի միջով մինչև պատերը, մետաղալարերի և պատերի միջև փոխադրվում է իոնների միջոցով, որոնք ձևավորվել են սենյակում ազդեցության իոնացման պատճառով: Այսպիսով, օդի փայլը և հոսանքի տեսքը ցույց են տալիս օդի ուժեղ իոնացում էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: Պսակի արտանետումը կարող է առաջանալ ոչ միայն մետաղալարի մոտ, այլև ծայրի մոտ և ընդհանրապես ցանկացած էլեկտրոդի մոտ, որի մոտ ձևավորվում է շատ ուժեղ անհամասեռ դաշտ։

Կորոնավիրուսային արտանետման կիրառում. Էլեկտրական գազի մաքրում (էլեկտրական զտիչներ). Ծխով լցված անոթը հանկարծ դառնում է ամբողջովին թափանցիկ, եթե դրա մեջ մտցվեն էլեկտրական մեքենային միացված սուր մետաղական էլեկտրոդներ, և բոլոր պինդ և հեղուկ մասնիկները կտեղադրվեն էլեկտրոդների վրա: Փորձի բացատրությունը հետևյալն է՝ հենց պսակը բռնկվում է, խողովակի ներսում օդը խիստ իոնացված է։ Գազի իոնները կպչում են փոշու մասնիկներին և լիցքավորում դրանք: Քանի որ խողովակի ներսում գործում է ուժեղ էլեկտրական դաշտ, լիցքավորված փոշու մասնիկները դաշտի ազդեցության տակ շարժվում են դեպի էլեկտրոդներ, որտեղ նստում են:

Հաշվիչներ տարրական մասնիկներ . Գեյգեր-Մյուլերի տարրական մասնիկների հաշվիչը բաղկացած է փոքր մետաղական գլանից, որը հագեցած է փայլաթիթեղով ծածկված պատուհանով և բարակ մետաղական մետաղալարով, որը ձգվում է գլանակի առանցքի երկայնքով և մեկուսացված է դրանից: Հաշվիչը միացված է հոսանքի աղբյուր պարունակող շղթային, որի լարումը հավասար է մի քանի հազար վոլտի։ Ընտրված է լարումը, որն անհրաժեշտ է հաշվիչի ներսում պսակի արտանետման առաջացման համար:

Երբ արագ շարժվող էլեկտրոնը մտնում է հաշվիչ, վերջինս իոնացնում է հաշվիչի ներսում գտնվող գազի մոլեկուլները, ինչի արդյունքում պսակը բռնկելու համար անհրաժեշտ լարումը փոքր-ինչ նվազում է։ Հաշվիչում տեղի է ունենում լիցքաթափում, իսկ միացումում հայտնվում է թույլ կարճատև հոսանք: Այն հայտնաբերելու համար շղթայի մեջ մտցվում է շատ մեծ դիմադրություն (մի քանի մեգաոհմ), և դրան զուգահեռ միացված է զգայուն էլեկտրոմետր։ Ամեն անգամ, երբ արագ էլեկտրոնը հարվածում է հաշվիչի ներսին, էլեկտրաչափի թերթիկները կխոնարհվեն:

Նման հաշվիչները հնարավորություն են տալիս գրանցել ոչ միայն արագ էլեկտրոններ, այլ ընդհանրապես ցանկացած լիցքավորված, արագ շարժվող մասնիկներ, որոնք կարող են իոնացում առաջացնել բախումների միջոցով։ Ժամանակակից հաշվիչներն հեշտությամբ կարող են հայտնաբերել նույնիսկ մեկ մասնիկ, որը հարվածում է դրանց և, հետևաբար, հնարավոր է դարձնում լիովին վստահությամբ և շատ մեծ պարզությամբ ստուգել, ​​որ տարրական լիցքավորված մասնիկներն իսկապես գոյություն ունեն բնության մեջ:

շանթարգել. Ենթադրվում է, որ ամբողջ երկրագնդի մթնոլորտում միաժամանակ տեղի է ունենում մոտ 1800 ամպրոպ, որոնք վայրկյանում միջինը տալիս են մոտ 100 կայծակ։ Ու թեև որևէ անհատի կայծակի հարվածի հավանականությունը չնչին է, այնուամենայնիվ, կայծակը մեծ վնաս է պատճառում։ Բավական է նշել, որ ներկայումս խոշոր էլեկտրահաղորդման գծերի վթարների մոտ կեսը տեղի է ունենում կայծակի հետևանքով։ Հետևաբար, կայծակային պաշտպանությունը կարևոր խնդիր է:

Լոմոնոսովը և Ֆրանկլինը ոչ միայն բացատրեցին կայծակի էլեկտրական բնույթը, այլև մատնանշեցին, թե ինչպես կարելի է կառուցել կայծակ, որը պաշտպանում է կայծակի հարվածից։ Կայծակաձողը երկար մետաղալար է, որի վերին ծայրը սրված և ամրացված է պաշտպանված շենքի ամենաբարձր կետից վեր։ Լարի ստորին ծայրը միացված է մետաղյա թերթիկի, իսկ թերթիկը թաղված է հողի մեջ՝ հողի ջրի մակարդակով։ Ամպրոպի ժամանակ Երկրի վրա առաջանում են մեծ լիցքեր, իսկ Երկրի մակերեսին մոտ մեծ էլեկտրական դաշտ է առաջանում։ Դրա ինտենսիվությունը շատ բարձր է սուր հաղորդիչների մոտ, և, հետևաբար, կայծակաձողի վերջում բռնկվում է պսակի արտանետում: Արդյունքում առաջացած լիցքերը չեն կարող կուտակվել շենքի վրա, և կայծակ չի առաջանում։ Այն դեպքերում, երբ դեռ կայծակ է լինում (իսկ նման դեպքերը շատ հազվադեպ են լինում), այն հարվածում է կայծակաձողին և լիցքերը գնում են Երկիր՝ չվնասելով շենքը։

Որոշ դեպքերում կայծակաձողից պսակի արտանետումն այնքան ուժեղ է, որ ծայրին հստակ տեսանելի փայլ է հայտնվում: Նման փայլը երբեմն հայտնվում է այլ սրածայր առարկաների մոտ, օրինակ՝ նավերի կայմերի ծայրերում, սուր ծառերի գագաթներին և այլն։ Այս երեւույթը նկատվել է մի քանի դար առաջ և առաջացրել նավատորմի սնահավատ սարսափը, ովքեր չեն հասկացել դրա իրական էությունը։

Էլեկտրական աղեղ: 1802 թվականին ռուս ֆիզիկոս Վ.Վ. Պետրովը (1761-1834) պարզել է, որ եթե երկու կտոր ածուխ կցվում են մեծ էլեկտրական մարտկոցի բևեռներին և, ածուխները շփման մեջ դնելով, մի փոքր հրում են դրանք իրարից, ապա ածուխի ծայրերի և ծայրերի միջև առաջանում է վառ բոց։ ածուխներն իրենք դառնում են սպիտակ-շոգ՝ արձակելով շլացուցիչ լույս:

Էլեկտրական աղեղ արտադրելու ամենապարզ սարքը բաղկացած է երկու էլեկտրոդներից, որոնց համար ավելի լավ է վերցնել ոչ թե փայտածուխ, այլ հատուկ պատրաստված ձողեր, որոնք ստացվել են գրաֆիտի, մուրի և կապակցիչների խառնուրդը սեղմելով։ Լուսավորման ցանցը կարող է ծառայել որպես ընթացիկ աղբյուր, որում անվտանգության համար ներառված է ռեոստատ։

Ստիպելով աղեղն այրել մշտական ​​հոսանքի տակ սեղմված գազում (20 ատմ), հնարավոր եղավ դրական էլեկտրոդի վերջի ջերմաստիճանը հասցնել 5900°C, այսինքն. արևի մակերևույթի ջերմաստիճանին: Նույնիսկ ավելի բարձր ջերմաստիճան ունի գազերի և գոլորշիների սյունը, որն ունի լավ էլեկտրական հաղորդունակություն, որի միջով անցնում է էլեկտրական լիցք։ Այս գազերի և գոլորշիների էներգետիկ ռմբակոծումը էլեկտրոնների և իոնների կողմից, որը պայմանավորված է աղեղի էլեկտրական դաշտով, սյունակում գտնվող գազերի ջերմաստիճանը հասցնում է 6000-7000°C: Գազի նման ուժեղ իոնացում հնարավոր է միայն այն պատճառով, որ աղեղի կաթոդը արտանետում է շատ էլեկտրոններ, որոնք իրենց ազդեցություններով իոնացնում են գազը արտանետման տարածության մեջ։ Կաթոդից էլեկտրոնների ուժեղ արտանետումն ապահովվում է նրանով, որ աղեղի կաթոդն ինքնին տաքացվում է շատ բարձր ջերմաստիճանի (2200-ից մինչև 3500°C): Երբ ածուխները շփվում են աղեղը բռնկելու համար, ածուխների միջով անցնող հոսանքի գրեթե ողջ Ջուլյան ջերմությունը արտազատվում է շփման կետում, որն ուներ շատ բարձր դիմադրություն։ Հետևաբար, ածուխների ծայրերը շատ տաք են, և դա բավական է, որպեսզի նրանց միջև աղեղ առաջանա, երբ դրանք իրարից հեռացվեն։ Հետագայում աղեղի կաթոդը տաքացվող վիճակում պահպանվում է հենց աղեղով անցնող հոսանքով։ գլխավոր դերըՍա խաղում է կաթոդի ռմբակոծմամբ, դրա վրա ընկած դրական իոններով:

Աղեղի հոսանք-լարման բնութագրիչն ունի բոլորովին յուրօրինակ բնույթ։ Աղեղի արտանետման ժամանակ, երբ հոսանքը մեծանում է, աղեղային տերմինալներում լարումը նվազում է, այսինքն. աղեղն ունի անկման հոսանք-լարման հատկանիշ:

Աղեղային արտանետման կիրառում. Լուսավորություն. Բարձր ջերմաստիճանի պատճառով աղեղային էլեկտրոդները շլացուցիչ լույս են արձակում (աղեղի սյունի փայլն ավելի թույլ է, քանի որ գազի արտանետումը փոքր է), և, հետևաբար, էլեկտրական աղեղմեկն է լավագույն աղբյուրներըՍվետա. Այն սպառում է ընդամենը մոտ 3 Վտ մեկ կանդելա և զգալիորեն ավելի խնայող է, քան լավագույն լամպերշիկացած. Էլեկտրական աղեղը լուսավորության համար առաջին անգամ օգտագործվել է 1875 թվականին ռուս ինժեներ-գյուտարար Պ.Ն. Յաբլոչկին (1847-1894) և կոչվում էր «Ռուսական լույս» կամ «Հյուսիսային լույս»: Եռակցում. Մետաղական մասերը եռակցելու համար օգտագործվում է էլեկտրական աղեղ: Եռակցվող մասերը ծառայում են որպես դրական էլեկտրոդ. դիպչելով նրանց հոսանքի աղբյուրի բացասական բևեռին միացված ածուխով, մարմինների և ածուխի միջև աղեղ է ստացվում՝ հալեցնելով մետաղը։ սնդիկի աղեղ. Մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում քվարցային խողովակի մեջ այրվող սնդիկի աղեղը, այսպես կոչված քվարց լամպ. Այս լամպում աղեղի արտանետումը տեղի է ունենում ոչ թե օդում, այլ սնդիկի գոլորշու մթնոլորտում, որի համար լամպի մեջ փոքր քանակությամբ սնդիկ է ներմուծվում, և օդը դուրս է մղվում: Սնդիկի աղեղի լույսը չափազանց հարուստ է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով, որոնք ունեն ուժեղ քիմիական և ֆիզիոլոգիական ազդեցություն: Որպեսզի կարողանանք օգտագործել այս ճառագայթումը, լամպը պատրաստված է ոչ թե ապակուց, որը ուժեղ կլանում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը, այլ միաձուլված քվարցից։ Սնդիկի լամպերը լայնորեն օգտագործվում են տարբեր հիվանդությունների բուժման, ինչպես նաև գիտական ​​հետազոտությունորպես ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ուժեղ աղբյուր:

Որպես տեղեկատվության աղբյուր օգտագործվել է ֆիզիկայի տարրական դասագիրքը տակ

խմբագրել է ակադեմիկոս Գ.Ս. Լանդսբերգ (հատոր 2). Մոսկվա, «Նաուկա» հրատարակչություն, 1985 թ.

Պատրաստված է ՄԱՐԿԻԴՈՆՈՎ ՏԻՄՈՒՐ, Իրկուտսկ:

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 ձևավորվել են, օրինակ, կետի և հարթության միջև կամ էլեկտրահաղորդման լարերի և Երկրի մակերեսի միջև, հատուկ ձևինքնալիցքաթափում գազերում, կոչ 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 ժամանակ, 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։