Prąd elektryczny w gazach powstaje w wyniku ruchu. Prąd elektryczny w gazach: definicja, cechy i ciekawe fakty

Powstaje przez ukierunkowany ruch swobodnych elektronów i w tym przypadku nie występują żadne zmiany w substancji, z której wykonany jest przewodnik.

Takie przewodniki, w których przejściu prądu elektrycznego nie towarzyszą chemiczne zmiany w ich substancji, nazywa się dyrygenci pierwszego rodzaju. Należą do nich wszystkie metale, węgiel i szereg innych substancji.

Ale są też takie przewodniki prądu elektrycznego w przyrodzie, w których podczas przepływu prądu zachodzą zjawiska chemiczne. Te przewodniki nazywają się przewodniki drugiego rodzaju. Należą do nich głównie różne wodne roztwory kwasów, soli i zasad.

Jeśli wlejesz wodę do szklanego naczynia i dodasz do niej kilka kropli kwasu siarkowego (lub innego kwasu lub zasady), a następnie weź dwie metalowe płytki i przymocuj do nich przewodniki, opuszczając te płytki do naczynia i podłącz prąd źródło zasilania do innych końców przewodów przez przełącznik i amperomierz, a następnie gaz zostanie uwolniony z roztworu i będzie kontynuowany w sposób ciągły, aż obwód zostanie zamknięty. zakwaszona woda jest rzeczywiście przewodnikiem. Ponadto płytki zaczną pokrywać się bąbelkami gazu. Wtedy te bąbelki oderwą się od płytek i wyjdą.

Gdy prąd elektryczny przepływa przez roztwór, zachodzą zmiany chemiczne, w wyniku których uwalniany jest gaz.

Przewodniki drugiego rodzaju nazywane są elektrolitami, a zjawisko, które zachodzi w elektrolicie, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny.

metalowe talerze, opuszczone do elektrolitu, nazywane są elektrodami; jeden z nich, połączony z biegunem dodatnim źródła prądu, nazywany jest anodą, a drugi, połączony z biegunem ujemnym, nazywa się katodą.

Co powoduje przepływ prądu elektrycznego w płynnym przewodniku? Okazuje się, że w takich roztworach (elektrolity) cząsteczki kwasów (zasady, sole) pod wpływem rozpuszczalnika (w tym przypadku wody) rozkładają się na dwa składniki i jedna cząstka cząsteczki ma dodatni ładunek elektryczny, a druga ujemna.

Cząsteczki cząsteczki, które mają ładunek elektryczny, nazywane są jonami. Gdy kwas, sól lub zasada są rozpuszczone w wodzie, w roztworze pojawia się duża liczba jonów dodatnich i ujemnych.

Teraz powinno być jasne, dlaczego przez roztwór przepływał prąd elektryczny, ponieważ pomiędzy elektrodami podłączonymi do źródła prądu powstał, czyli jedna z nich okazała się naładowana dodatnio, a druga ujemnie. Pod wpływem tej różnicy potencjałów jony dodatnie zaczęły przemieszczać się w kierunku elektrody ujemnej - katody, a jony ujemne - w kierunku anody.

W ten sposób chaotyczny ruch jonów stał się uporządkowanym ruchem przeciwnym jonów ujemnych w jednym kierunku i dodatnich w drugim. Ten proces przenoszenia ładunku polega na przepływie prądu elektrycznego przez elektrolit i zachodzi tak długo, jak istnieje różnica potencjałów między elektrodami. Wraz z zanikiem różnicy potencjałów prąd płynący przez elektrolit ustaje, uporządkowany ruch jonów zostaje zakłócony i ponownie pojawia się ruch chaotyczny.

Jako przykład rozważmy zjawisko elektrolizy, gdy prąd elektryczny przepływa przez roztwór niebieski witriol CuSO4 z opuszczonymi do niego miedzianymi elektrodami.

Zjawisko elektrolizy przy przepływie prądu przez roztwór siarczanu miedzi: C – naczynie z elektrolitem, B – źródło prądu, C – wyłącznik

Nastąpi również przeciwny ruch jonów do elektrod. Jonem dodatnim będzie jon miedzi (Cu), a jonem ujemnym będzie jon reszt kwasowych (SO4). Jony miedzi w kontakcie z katodą ulegną rozładowaniu (przyczepiając do siebie brakujące elektrony), czyli zamieniają się w obojętne cząsteczki czystej miedzi i osadzają się na katodzie w postaci najcieńszej (molekularnej) warstwy.

Jony ujemne, które dotarły do ​​anody, są również rozładowywane (oddają nadmiar elektronów). Ale w tym samym czasie wchodzą Reakcja chemiczna z miedzią anodową, w wyniku czego do kwaśnej reszty SO4 przyłącza się cząsteczka miedzi Cu i powstaje cząsteczka siarczanu miedzi CuS O4, która zawracana jest z powrotem do elektrolitu.

Ponieważ ten proces chemiczny jest długi czas, następnie na katodzie osadza się miedź, która jest uwalniana z elektrolitu. W tym przypadku zamiast cząsteczek miedzi, które trafiły do ​​katody, elektrolit otrzymuje nowe cząsteczki miedzi w wyniku rozpuszczenia drugiej elektrody - anody.

Ten sam proces zachodzi, gdy zamiast miedzianych stosuje się elektrody cynkowe, a elektrolitem jest roztwór siarczanu cynku ZnSO4. Cynk zostanie również przeniesiony z anody do katody.

Zatem, różnica między prądem elektrycznym w metalach i przewodnikach płynnych polega na tym, że w metalach nośnikami ładunku są tylko swobodne elektrony, czyli ładunki ujemne, podczas gdy w elektrolitach niosą je przeciwnie naładowane cząstki materii - jony poruszające się w przeciwnych kierunkach. Dlatego mówią, że elektrolity mają przewodnictwo jonowe.

Zjawisko elektrolizy został odkryty w 1837 roku przez B.S. Jacobiego, który przeprowadził liczne eksperymenty dotyczące badania i ulepszania chemicznych źródeł prądu. Jacobi odkrył, że jedna z elektrod umieszczonych w roztworze siarczanu miedzi, gdy przepływa przez nią prąd elektryczny, jest pokryta miedzią.

Zjawisko to nazywa się galwanotechnika, stwierdza teraz bardzo duże praktyczne użycie. Przykładem może być pokrywanie przedmiotów metalowych cienką warstwą innych metali tj. niklowanie, złocenie, srebrzenie itp.

gazy (w tym powietrze) normalne warunki nie przewodzić prądu. Na przykład nagie, zawieszone równolegle do siebie, są oddzielone od siebie warstwą powietrza.

Jednak pod wpływem wysokiej temperatury, dużej różnicy potencjałów i innych przyczyn gazy, podobnie jak przewodniki płynne, ulegają jonizacji, czyli pojawiają się w nich w w dużych ilościach cząsteczki cząsteczek gazu, które będąc nośnikami elektryczności, przyczyniają się do przepływu prądu elektrycznego przez gaz.

Ale jednocześnie jonizacja gazu różni się od jonizacji ciekłego przewodnika. Jeśli cząsteczka rozpada się na dwie naładowane części w cieczy, to w gazach pod wpływem jonizacji elektrony są zawsze oddzielane od każdej cząsteczki, a jon pozostaje w postaci dodatnio naładowanej części cząsteczki.

Wystarczy zatrzymać jonizację gazu, ponieważ przestaje on przewodzić, podczas gdy ciecz zawsze pozostaje przewodnikiem prądu elektrycznego. W konsekwencji przewodnictwo gazu jest zjawiskiem przejściowym, zależnym od działania przyczyn zewnętrznych.

Jest jednak jeszcze jeden o nazwie wyładowanie łukowe lub po prostu łuk elektryczny. Zjawisko łuku elektrycznego odkrył na początku XIX wieku pierwszy rosyjski inżynier elektryk V. V. Pietrow.

V. V. Petrov, przeprowadzając liczne eksperymenty, odkrył, że pomiędzy dwoma węglem drzewnym podłączonym do źródła prądu następuje ciągłe wyładowanie elektryczne w powietrzu, któremu towarzyszy jasne światło. W swoich pismach V. V. Pietrow napisał, że w tym przypadku „ciemny pokój może być dość jasno oświetlony”. Tak więc po raz pierwszy uzyskano światło elektryczne, które praktycznie zastosował inny rosyjski naukowiec elektryk Paweł Nikołajewicz Jabłochkow.

„Świeca Jabłoczkowa”, której praca opiera się na wykorzystaniu łuku elektrycznego, dokonała w tamtych czasach prawdziwej rewolucji w elektrotechnice.

Wyładowanie łukowe jest wykorzystywane jako źródło światła do dziś, na przykład w reflektorach i projektorach. Wysoka temperatura wyładowania łukowego pozwala na zastosowanie go do . Obecnie piece łukowe zasilane bardzo wysokim prądem znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: do wytopu stali, żeliwa, żelazostopów, brązu itp. A w 1882 roku N. N. Benardos po raz pierwszy zastosował wyładowanie łukowe do cięcia i spawania metalu.

W lampach gazowych, świetlówkach, stabilizatorach napięcia, w celu uzyskania wiązek elektronów i jonów, tzw. wyładowanie gazowe żarowe.

Wyładowanie iskrowe służy do pomiaru dużych różnic potencjałów za pomocą szczeliny kulkowej, której elektrody są dwiema metalowymi kulkami o polerowanej powierzchni. Kulki są odsuwane od siebie i przykładana jest do nich zmierzona różnica potencjałów. Następnie kulki łączy się, aż między nimi przeskoczy iskra. Znając średnicę kulek, odległość między nimi, ciśnienie, temperaturę i wilgotność powietrza, znajdują różnicę potencjałów między kulkami według specjalnych tabel. Za pomocą tej metody można zmierzyć z dokładnością do kilku procent różnice potencjałów rzędu dziesiątek tysięcy woltów.

Tematy kodyfikatora USE: przewoźnicy gratis ładunki elektryczne w gazach.

W normalnych warunkach gazy składają się z elektrycznie obojętnych atomów lub cząsteczek; W gazach prawie nie ma opłat za darmo. Dlatego gazy są dielektryki- nie przepływa przez nie prąd elektryczny.

Powiedzieliśmy „prawie żaden”, ponieważ w rzeczywistości w gazach, a zwłaszcza w powietrzu, zawsze znajduje się pewna ilość wolnych naładowanych cząstek. Pojawiają się w wyniku efekt jonizujący promieniowanie substancji promieniotwórczych wchodzących w skład skorupa Ziemska, promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie Słońca, a także promienie kosmiczne - strumienie wysokoenergetycznych cząstek przenikających z kosmosu do atmosfery ziemskiej. Później wrócimy do tego faktu i omówimy jego znaczenie, ale na razie zauważmy tylko, że w normalnych warunkach przewodnictwo gazów, spowodowane „naturalną” ilością darmowych ładunków, jest znikome i można je zignorować.

Działanie przełączników w obwodach elektrycznych opiera się na właściwościach izolacyjnych szczeliny powietrznej (rys. 1). Na przykład mały szczelina powietrzna w włącznik światła wystarczy otworzyć obwód elektryczny w Twoim pokoju.

Ryż. 1 klucz

Możliwe jest jednak stworzenie takich warunków, w których w szczelinie gazowej pojawi się prąd elektryczny. Rozważmy następujące doświadczenie.

Ładujemy płytki kondensatora powietrznego i podłączamy je do czułego galwanometru (ryc. 2, po lewej). W temperaturze pokojowej i niezbyt wilgotnym powietrzu galwanometr nie pokaże zauważalnego prądu: nasza szczelina powietrzna, jak powiedzieliśmy, nie jest przewodnikiem prądu.

Ryż. 2. Występowanie prądu w powietrzu

Teraz włóżmy płomień palnika lub świecy w szczelinę między płytkami kondensatora (ryc. 2, po prawej). Pojawia się prąd! Czemu?

Darmowe opłaty w gazie

Występowanie prądu elektrycznego pomiędzy płytami kondensatora powoduje, że w powietrzu pod wpływem płomienia darmowe opłaty. Co dokładnie?

Doświadczenie pokazuje, że prąd elektryczny w gazach to uporządkowany ruch naładowanych cząstek. trzy rodzaje . To jest elektrony, jony dodatnie oraz jony ujemne.

Zobaczmy, jak te ładunki mogą pojawić się w gazie.

Wraz ze wzrostem temperatury gazu drgania termiczne jego cząsteczek - cząsteczek lub atomów - stają się bardziej intensywne. Uderzenia cząstek o siebie osiągają taką siłę, że jonizacja- rozpad cząstek obojętnych na elektrony i jony dodatnie (rys. 3).

Ryż. 3. Jonizacja

Stopień jonizacji jest stosunkiem liczby cząstek rozłożonego gazu do całkowitej początkowej liczby cząstek. Na przykład, jeśli stopień jonizacji wynosi , oznacza to, że pierwotne cząstki gazu rozpadły się na dodatnie jony i elektrony.

Stopień jonizacji gazu zależy od temperatury i gwałtownie wzrasta wraz z jej wzrostem. Dla wodoru na przykład w temperaturze poniżej stopnia jonizacji nie przekracza , a w temperaturze powyżej stopnia jonizacji jest zbliżonej (to znaczy wodór jest prawie całkowicie zjonizowany (częściowo lub całkowicie zjonizowany gaz nazywa osocze)).

Oprócz wysokiej temperatury istnieją inne czynniki, które powodują jonizację gazu.

Wspomnieliśmy już o nich mimochodem: są to promieniowanie radioaktywne, ultrafiolet, promienie rentgenowskie i promienie gamma, cząstki kosmiczne. Każdy taki czynnik, który powoduje jonizację gazu, nazywa się jonizator.

Tak więc jonizacja nie zachodzi sama, ale pod wpływem jonizatora.

W tym samym czasie proces odwrotny rekombinacja, czyli ponowne połączenie elektronu i jonu dodatniego w obojętną cząstkę (ryc. 4).

Ryż. 4. Rekombinacja

Powód rekombinacji jest prosty: jest to przyciąganie kulombowskie przeciwnie naładowanych elektronów i jonów. Pędząc ku sobie pod działaniem sił elektrycznych, spotykają się i mają możliwość uformowania neutralnego atomu (lub cząsteczki - w zależności od rodzaju gazu).

Przy stałej intensywności działania jonizatora ustala się równowaga dynamiczna: średnia liczba cząstek rozpadających się w jednostce czasu jest równa średniej liczbie cząstek rekombinujących (innymi słowy szybkość jonizacji jest równa szybkości rekombinacji). wzmocnienie działania jonizatora (np. podwyższenie temperatury), wówczas równowaga dynamiczna przesunie się w kierunku jonizacji, a stężenie naładowanych cząstek w gazie wzrośnie. Wręcz przeciwnie, jeśli wyłączysz jonizator, wówczas zacznie dominować rekombinacja, a darmowe opłaty stopniowo znikną całkowicie.

Tak więc jony dodatnie i elektrony pojawiają się w gazie w wyniku jonizacji. Skąd pochodzi trzeci rodzaj ładunków - jony ujemne? Bardzo proste: elektron może wlecieć do neutralnego atomu i do niego dołączyć! Proces ten pokazano na ryc. 5 .

Ryż. 5. Pojawienie się jonu ujemnego

Utworzone w ten sposób jony ujemne będą uczestniczyć w tworzeniu prądu wraz z jonami dodatnimi i elektronami.

Nie-samorozładowanie

Jeśli nie ma zewnętrznego pola elektrycznego, to wolne ładunki wykonują chaotyczny ruch termiczny wraz z cząsteczkami gazu obojętnego. Ale po przyłożeniu pola elektrycznego zaczyna się uporządkowany ruch naładowanych cząstek - prąd elektryczny w gazie.

Ryż. 6. Niesamodzielne rozładowanie

Na ryc. 6 widzimy trzy rodzaje naładowanych cząstek powstających w szczelinie gazowej pod działaniem jonizatora: jony dodatnie, jony ujemne i elektrony. Elektryczność w gazie powstaje w wyniku ruchu naładowanych cząstek: jony dodatnie - do elektrody ujemnej (katody), elektrony i jony ujemne - do elektrody dodatniej (anody).

Elektrony padające na dodatnią anodę są przesyłane wzdłuż obwodu do „plusa” źródła prądu. Jony ujemne oddają dodatkowy elektron do anody i stając się cząsteczkami obojętnymi, wracają do gazu; elektron podany na anodę również pędzi do „plusa” źródła. Dodatnie jony dochodzące do katody pobierają stamtąd elektrony; wynikający z tego niedobór elektronów na katodzie jest natychmiast kompensowany przez ich dostarczenie tam z „minusu” źródła. W wyniku tych procesów w obwodzie zewnętrznym następuje uporządkowany ruch elektronów. Jest to prąd elektryczny rejestrowany przez galwanometr.

Proces opisany na ryc. 6 nazywa się niesamodzielne wyładowanie w gazie. Dlaczego zależny? Dlatego do jego utrzymania niezbędne jest ciągłe działanie jonizatora. Wyjmijmy jonizator - a prąd ustanie, gdyż zniknie mechanizm zapewniający pojawienie się wolnych ładunków w szczelinie gazowej. Przestrzeń między anodą a katodą ponownie stanie się izolatorem.

Charakterystyka woltamperowa wyładowania gazowego

Zależność natężenia prądu przez szczelinę gazową od napięcia między anodą a katodą (tzw charakterystyka prądowo-napięciowa wyładowania gazowego) pokazano na ryc. 7.

Ryż. 7. Charakterystyka woltamperowa wyładowania gazowego

Przy zerowym napięciu siła prądu jest oczywiście równa zeru: naładowane cząstki wykonują tylko ruch termiczny, nie ma uporządkowanego ruchu między elektrodami.

Przy małym napięciu siła prądu jest również niewielka. Faktem jest, że nie wszystkie naładowane cząstki mają dostać się do elektrod: niektóre z jonów dodatnich i elektronów odnajdują się nawzajem i łączą się ponownie w procesie ich ruchu.

Wraz ze wzrostem napięcia, wolne ładunki rozwijają się coraz szybciej i tym mniejsza szansa, że ​​jon dodatni i elektron muszą się spotkać i ponownie połączyć. Dlatego coraz większa część naładowanych cząstek dociera do elektrod, a siła prądu wzrasta (sekcja ).

Przy określonej wartości napięcia (punkt ) prędkość ładowania staje się tak duża, że ​​rekombinacja w ogóle nie ma czasu. Od teraz wszystko naładowane cząstki powstałe pod działaniem jonizatora docierają do elektrod i prąd osiąga nasycenie- Mianowicie siła prądu przestaje się zmieniać wraz ze wzrostem napięcia. Będzie to trwało do pewnego momentu.

samorozładowanie

Po przejściu punktu siła prądu gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem napięcia - zaczyna się niezależne wyładowanie. Teraz dowiemy się, co to jest.

Naładowane cząstki gazu przemieszczają się od kolizji do kolizji; w przerwach między zderzeniami są przyspieszane przez pole elektryczne, zwiększając ich energię kinetyczną. A teraz, gdy napięcie staje się wystarczająco duże (w tym samym punkcie), elektrony podczas swojej swobodnej drogi osiągają takie energie, że zderzając się z neutralnymi atomami, jonizują je! (Posługując się prawami zachowania pędu i energii, można wykazać, że to elektrony (a nie jony) przyspieszane polem elektrycznym mają maksymalną zdolność do jonizacji atomów.)

Tak zwany jonizacja elektronowa. Elektrony wybite z zjonizowanych atomów są również przyspieszane przez pole elektryczne i uderzają w nowe atomy, jonizując je teraz i generując nowe elektrony. W wyniku powstającej lawiny elektronowej gwałtownie wzrasta liczba zjonizowanych atomów, w wyniku czego gwałtownie wzrasta również siła prądu.

Ilość darmowych doładowań staje się tak duża, że ​​eliminuje się potrzebę stosowania zewnętrznego jonizatora. Można go po prostu usunąć. Swobodnie naładowane cząstki pojawiają się teraz w wyniku wewnętrzny procesy zachodzące w gazie - dlatego wyładowanie nazywa się niezależnym.

Jeśli szczelina gazowa jest pod wysokim napięciem, do samorozładowania nie jest potrzebny jonizator. Wystarczy znaleźć w gazie tylko jeden wolny elektron, a rozpocznie się opisana powyżej lawina elektronowa. I zawsze będzie przynajmniej jeden wolny elektron!

Przypomnijmy raz jeszcze, że w gazie, nawet w normalnych warunkach, występuje pewna „naturalna” ilość darmowych ładunków, ze względu na jonizujące promieniowanie radioaktywne skorupa ziemska, promieniowanie słoneczne o wysokiej częstotliwości, promienie kosmiczne. Widzieliśmy, że przy niskich napięciach przewodnictwo gazu spowodowane przez te wolne ładunki jest znikome, ale teraz – przy wysokim napięciu – wywołają one lawinę nowych cząstek, powodując niezależne wyładowanie. Stanie się tak, jak mówią awaria szczelina gazowa.

Siła pola wymagana do rozkładu suchego powietrza wynosi około kV/cm. Innymi słowy, aby iskra przeskoczyła między elektrodami oddzielonymi centymetrem powietrza, należy do nich przyłożyć napięcie kilowoltowe. Wyobraź sobie, jakie napięcie jest potrzebne, aby przebić się przez kilka kilometrów powietrza! Ale to właśnie takie awarie występują podczas burzy - są to dobrze znane pioruny.

To jest krótkie podsumowanie.

Prace nad pełną wersją trwają

Wykład2 1

Prąd w gazach

1. Postanowienia ogólne

Definicja: Nazywa się zjawisko przepływu prądu elektrycznego w gazach wyładowanie gazu.

Zachowanie gazów w dużym stopniu zależy od ich parametrów, takich jak temperatura i ciśnienie, a te parametry zmieniają się dość łatwo. Dlatego przepływ prądu elektrycznego w gazach jest bardziej złożony niż w metalach czy w próżni.

Gazy nie są zgodne z prawem Ohma.

2. Jonizacja i rekombinacja

Gaz w normalne warunki, składa się z prawie obojętnych cząsteczek, dlatego jest wyjątkowo słabym przewodnikiem prądu elektrycznego. Jednak pod wpływem czynników zewnętrznych elektron może oderwać się od atomu i pojawia się dodatnio naładowany jon. Ponadto elektron może łączyć się z neutralnym atomem i tworzyć ujemnie naładowany jon. W ten sposób możliwe jest uzyskanie zjonizowanego gazu, tj. osocze.

Wpływy zewnętrzne obejmują ogrzewanie, napromieniowanie fotonami energetycznymi, bombardowanie przez inne cząstki oraz silne pola, tj. te same warunki, które są niezbędne do emisji pierwiastków.

Elektron w atomie znajduje się w studni potencjału i aby się z niej wydostać, konieczne jest doprowadzenie do atomu dodatkowej energii, zwanej energią jonizacji.

Wraz ze zjawiskiem jonizacji obserwuje się również zjawisko rekombinacji, tj. połączenie elektronu i jonu dodatniego w celu utworzenia neutralnego atomu. Proces ten zachodzi z uwolnieniem energii równej energii jonizacji. Energia ta może być wykorzystana do promieniowania lub ogrzewania. Miejscowe podgrzanie gazu prowadzi do lokalnej zmiany ciśnienia. Co z kolei prowadzi do pojawienia się fal dźwiękowych. W ten sposób wyładowaniu gazowemu towarzyszą efekty świetlne, termiczne i dźwiękowe.

3. CVC zrzutu gazu.

Na początkowych etapach konieczne jest działanie zewnętrznego jonizatora.

W sekcji BAW prąd istnieje pod działaniem zewnętrznego jonizatora i szybko osiąga nasycenie, gdy wszystkie zjonizowane cząstki uczestniczą w generowaniu prądu. Jeśli usuniesz zewnętrzny jonizator, prąd ustanie.

Ten rodzaj wyładowania nazywany jest niesamodzielnym wyładowaniem gazowym. Kiedy próbujesz zwiększyć napięcie w gazie, pojawia się lawina elektronów, a prąd rośnie przy praktycznie stałym napięciu, które nazywa się napięciem zapłonu (BC).

Od tego momentu wyładowanie staje się niezależne i nie ma potrzeby stosowania zewnętrznego jonizatora. Liczba jonów może stać się tak duża, że ​​rezystancja szczeliny międzyelektrodowej maleje i odpowiednio spada napięcie (SD).

Następnie w szczelinie międzyelektrodowej obszar przepływu prądu zaczyna się zwężać, a rezystancja wzrasta, a w konsekwencji wzrasta napięcie (DE).

Kiedy próbujesz zwiększyć napięcie, gaz staje się w pełni zjonizowany. Rezystancja i napięcie spadają do zera, a prąd wielokrotnie wzrasta. Okazuje się, że wyładowanie łukowe (EF).

CVC pokazuje, że gaz w ogóle nie przestrzega prawa Ohma.

4. Procesy w gazie

procesy, które mogą prowadzić do powstania lawin elektronowych na obrazie.

Są to elementy teorii jakościowej Townsenda.

5. Wyładowanie żarowe.

Na niskie ciśnienia i małe napięcia, to wyładowanie można zaobserwować.

K - 1 (ciemna przestrzeń Astona).

1 - 2 (powłoka z katodą świetlną).

2 – 3 (ciemna przestrzeń Crookesa).

3 - 4 (pierwsze żarzenie katody).

4 – 5 (ciemna przestrzeń Faradaya)

5 - 6 (dodatnia kolumna anodowa).

6 – 7 (anodowa ciemna przestrzeń).

7 - A (żarzenie anodowe).

Jeżeli anoda jest ruchoma, to długość kolumny dodatniej można regulować, praktycznie bez zmiany wielkości obszaru K-5.

W ciemnych obszarach cząstki są przyspieszane i akumulowana energia, w jasnych obszarach zachodzą procesy jonizacji i rekombinacji.

PRĄD ELEKTRYCZNY W GAZACH

Niezależne i niesamodzielne przewodnictwo gazów. Gazy w stanie naturalnym nie przewodzą prądu, tj. są dielektrykami. Można to łatwo zweryfikować za pomocą prostego prądu, jeśli obwód zostanie przerwany przez szczelinę powietrzną.

Właściwości izolacyjne gazów tłumaczy się tym, że atomy i cząsteczki gazów w ich naturalnym stanie są obojętnymi, nienaładowanymi cząstkami. Z tego jasno wynika, że ​​aby gaz przewodził, konieczne jest w ten czy inny sposób wprowadzenie do niego lub wytworzenie w nim bezpłatnych nośników ładunku - naładowanych cząstek. W tym przypadku możliwe są dwa przypadki: albo te naładowane cząstki powstają w wyniku działania jakiegoś czynnika zewnętrznego, albo są wprowadzane do gazu z zewnątrz - niesamodzielnego przewodnictwa, albo powstają w gazie w wyniku działania samo pole elektryczne, które istnieje między elektrodami - samopodtrzymujące się przewodzenie.

Na pokazanym rysunku galwanometr w obwodzie nie pokazuje prądu pomimo przyłożonego napięcia. Wskazuje to na brak przewodnictwa gazów w normalnych warunkach.

Podgrzejmy teraz gaz w odstępie 1-2 do bardzo wysokiej temperatury wprowadzając do niego zapalony palnik. Galwanometr wskaże pojawienie się prądu, dlatego w wysokiej temperaturze proporcja cząsteczek gazu obojętnego rozkłada się na jony dodatnie i ujemne. Takie zjawisko nazywa się jonizacja gaz.

Jeśli strumień powietrza z małej dmuchawy zostanie skierowany do szczeliny gazowej, a na ścieżce strumienia poza szczeliną zostanie umieszczony płomień jonizujący, wówczas galwanometr pokaże pewien prąd.

Oznacza to, że jony nie znikają natychmiast, ale poruszają się wraz z gazem. Jednak wraz ze wzrostem odległości między płomieniem a szczeliną 1-2 prąd stopniowo słabnie, a następnie zanika. Jednocześnie przeciwnie naładowane jony mają tendencję do zbliżania się do siebie pod wpływem siły przyciągania elektrycznego, a kiedy się spotykają, łączą się ponownie w obojętną cząsteczkę. Taki proces nazywa się rekombinacja jony.

Podgrzanie gazu do wysokiej temperatury nie jest jedynym sposobem jonizacji cząsteczek lub atomów gazu. Neutralne atomy lub cząsteczki gazu mogą również ulegać jonizacji pod wpływem innych czynników.

Przewodnictwo jonowe ma wiele cech. Tak więc często jony dodatnie i ujemne nie są pojedynczymi zjonizowanymi cząsteczkami, ale grupami cząsteczek przyłączonych do ujemnego lub dodatniego elektronu. Z tego powodu chociaż ładunek każdego jonu jest równy jednemu lub dwóm, rzadko więcej niż liczba ładunków elementarnych, to ich masy mogą znacznie różnić się od mas poszczególnych atomów i cząsteczek. Pod tym względem jony gazu różnią się znacznie od jonów elektrolitów, które zawsze reprezentują określone grupy atomów. Z powodu tej różnicy prawa Faradaya, które są tak charakterystyczne dla przewodnictwa elektrolitów, nie mają zastosowania do przewodnictwa jonowego gazów.

Druga, również bardzo ważna różnica między przewodnością jonową gazów a przewodnością jonową elektrolitów polega na tym, że prawo Ohma nie jest przestrzegane dla gazów: charakterystyka prądowo-napięciowa ma więcej złożona natura. Charakterystyka prądowo-napięciowa przewodników (w tym elektrolitów) ma postać nachylonej linii prostej (proporcjonalność I i U), dla gazów ma różne kształty.

W szczególności w przypadku przewodności niesamodzielnej, dla małych wartości U wykres ma postać linii prostej, tj. Prawo Ohma w przybliżeniu pozostaje aktualne; wraz ze wzrostem U krzywa wygina się od pewnego naprężenia i przechodzi w poziomą linię prostą.

Oznacza to, że począwszy od określonego napięcia prąd pozostaje stały pomimo wzrostu napięcia. Ta stała, niezależna od napięcia wartość prądu nazywa się prąd nasycenia.

Nietrudno zrozumieć znaczenie uzyskanych wyników. Początkowo wraz ze wzrostem napięcia wzrasta liczba jonów przechodzących przez przekrój wyładowania; prąd I rośnie, ponieważ jony w silniejszym polu poruszają się z większą prędkością. Jednak bez względu na to, jak szybko poruszają się jony, liczba ich przechodzących przez tę sekcję w jednostce czasu nie może być większa niż całkowita liczba jonów wytworzonych w wyładowaniu w wyładowaniu w jednostce czasu przez zewnętrzny czynnik jonizujący.

Eksperymenty pokazują jednak, że jeżeli po osiągnięciu prądu nasycenia w gazie nadal znacząco zwiększamy napięcie, to przebieg charakterystyki prądowo-napięciowej ulega nagłemu zaburzeniu. Przy wystarczająco wysokim napięciu prąd gwałtownie wzrasta.

Obecny skok pokazuje, że liczba jonów natychmiast gwałtownie wzrosła. Powodem tego jest samo pole elektryczne: nadaje tak duże prędkości niektórym jonom, tj. tak dużą energię, że gdy takie jony zderzają się z cząsteczkami obojętnymi, te ostatnie rozpadają się na jony. Łączna jony są teraz określane nie przez czynnik jonizujący, ale przez działanie samego pola, które samo może wspierać niezbędną jonizację: przewodnictwo z braku samopodtrzymywania staje się niezależne. Opisane zjawisko nagłego wystąpienia niezależnego przewodnictwa, które ma charakter rozpadu szczeliny gazowej, nie jest jedyną, choć bardzo ważną formą wystąpienia niezależnego przewodnictwa.

Wyładowanie iskry. Przy wystarczająco dużym natężeniu pola (około 3 MV/m) a iskra elektryczna, który ma postać jasno świecącego krętego kanału łączącego obie elektrody. Gaz w pobliżu iskry jest podgrzewany do wysokiej temperatury i nagle rozszerza się, powodując: fale dźwiękowe i słyszymy charakterystyczny trzask.

Opisana forma wyładowania gazu nazywa się wyładowanie iskrowe lub iskra gazowa. Gdy następuje wyładowanie iskrowe, gaz nagle traci swoje właściwości dielektryczne i staje się dobrym przewodnikiem. Natężenie pola, przy którym następuje przebicie iskrowe gazu, ma inną wartość dla różne gazy i zależy od ich stanu (ciśnienie, temperatura). Im większa odległość między elektrodami, tym większe napięcie między nimi jest niezbędne do wystąpienia iskry przebicia gazu. To napięcie nazywa się napięcie przebicia.

Wiedząc, jak napięcie przebicia zależy od odległości między elektrodami o dowolnym kształcie, można zmierzyć nieznane napięcie wzdłuż maksymalnej długości iskry. Jest to podstawa urządzenia woltomierza iskrowego do grubych wysokich napięć.

Składa się z dwóch metalowych kulek zamocowanych na słupkach 1 i 2, drugi słupek z kulką może podejść lub oddalić się od pierwszego za pomocą śruby. Kulki są podłączone do źródła prądu, którego napięcie ma być mierzone, i łączy się je do momentu pojawienia się iskry. Mierząc odległość za pomocą podziałki na statywie, można z grubsza oszacować napięcie na długości iskry (przykład: przy średnicy kulki 5 cm i odległości 0,5 cm napięcie przebicia wynosi 17,5 kV, oraz w odległości 5 cm - 100 kV).

Występowanie rozpadu wyjaśnia się następująco: w gazie zawsze znajduje się pewna liczba jonów i elektronów powstających z przyczyn losowych. Jednak ich liczba jest tak mała, że ​​gaz praktycznie nie przewodzi prądu. Przy wystarczająco dużym natężeniu pola energia kinetyczna zgromadzona przez jon w przerwie między dwoma zderzeniami może stać się wystarczająca do zjonizowania obojętnej cząsteczki podczas zderzenia. W rezultacie powstaje nowy ujemny elektron i dodatnio naładowana pozostałość, jon.

Swobodny elektron 1 po zderzeniu z cząsteczką obojętną dzieli ją na elektron 2 i wolny jon dodatni. Elektrony 1 i 2, po dalszym zderzeniu z cząsteczkami obojętnymi, ponownie dzielą je na elektrony 3 i 4 oraz wolne jony dodatnie i tak dalej.

Ten proces jonizacji nazywa się jonizacja uderzeniowa i praca, którą trzeba włożyć, aby wytworzyć oderwanie elektronu od atomu - praca jonizacyjna. Praca jonizacji zależy od struktury atomu i dlatego jest różna dla różnych gazów.

Powstające pod wpływem jonizacji uderzeniowej elektrony i jony zwiększają ilość ładunków w gazie, a te z kolei wprawiane są w ruch pod działaniem pola elektrycznego i mogą powodować jonizację uderzeniową nowych atomów. W ten sposób proces się wzmacnia, a jonizacja w gazie szybko osiąga bardzo wysoką wartość. Zjawisko jest podobne do lawiny, dlatego proces ten nazwano lawina jonowa.

Powstawanie lawiny jonowej to proces przebicia iskry, a minimalne napięcie, przy którym następuje lawina jonowa, to napięcie przebicia.

Tak więc w przypadku przebicia iskry przyczyną jonizacji gazów jest zniszczenie atomów i cząsteczek w zderzeniach z jonami (jonizacja uderzeniowa).

Błyskawica. Pięknym i niebezpiecznym zjawiskiem naturalnym - piorunem - jest wyładowanie iskier w atmosferze.

Już w połowie XVIII wieku zwrócono uwagę na zewnętrzne podobieństwo błyskawicy do iskry elektrycznej. Sugerowano, że chmury burzowe niosą duże ładunki elektryczne i że błyskawica jest gigantyczną iskrą, nie różniącą się od iskry między kulami maszyny elektrycznej, z wyjątkiem rozmiaru. Wskazał na to na przykład rosyjski fizyk i chemik Michaił Wasiljewicz Łomonosow (1711-165), który wraz z innymi zagadnieniami naukowymi zajmował się elektrycznością atmosferyczną.

Dowiodło tego doświadczenie lat 1752-53. Łomonosow i amerykański naukowiec Benjamin Franklin (1706-90), którzy pracowali jednocześnie i niezależnie od siebie.

Łomonosow zbudował „maszynę grzmotów” - kondensator, który znajdował się w jego laboratorium i był ładowany elektrycznością atmosferyczną przez drut, którego koniec został wyjęty z pokoju i podniesiony na wysokim słupie. Podczas burzy iskry można było usunąć ze skraplacza ręcznie.

Franklin podczas burzy wystrzelił latawiec na sznurku, który był wyposażony w żelazny grot; klucz do drzwi był przywiązany do końca sznurka. Kiedy sznurek zamoczył się i stał się przewodnikiem prądu elektrycznego, Franklin był w stanie wydobyć iskry elektryczne z klucza, naładować słoiki lejdejskie i przeprowadzić inne eksperymenty wykonane na maszynie elektrycznej (należy zauważyć, że takie eksperymenty są niezwykle niebezpieczne, ponieważ piorun może uderzać w węże, a jednocześnie duże ładunki przejdą przez ciało eksperymentatora na Ziemię.Zdarzały się takie smutne przypadki w historii fizyki, że GV Richman, który współpracował z Łomonosowem, zmarł w 1753 r. Petersburg).

W ten sposób wykazano, że chmury burzowe są rzeczywiście bardzo naładowane elektrycznością.

Różne części chmury burzowej niosą ładunki różnych znaków. Najczęściej dolna część chmury (odbita od Ziemi) jest naładowana ujemnie, a górna dodatnio. Dlatego jeśli dwie chmury zbliżą się do siebie z przeciwnie naładowanymi częściami, to błyskawica przeskakuje między nimi. Jednak wyładowanie piorunowe może nastąpić w inny sposób. Przechodząc nad Ziemią chmura burzowa wytwarza na jej powierzchni duże ładunki indukowane, a zatem chmura i powierzchnia Ziemi tworzą dwie płyty dużego kondensatora. Różnica potencjałów między chmurą a Ziemią osiąga ogromne wartości, mierzone w setkach milionów woltów, a w powietrzu powstaje silne pole elektryczne. Jeśli natężenie tego pola jest wystarczająco duże, może nastąpić załamanie, tj. piorun uderza w ziemię. Jednocześnie piorun czasami uderza w ludzi i powoduje pożary.

Według licznych badań dotyczących wyładowań atmosferycznych ładunek iskry charakteryzuje się następującymi przybliżonymi liczbami: napięcie (U) między chmurą a Ziemią wynosi 0,1 GV (gigawolt);

natężenie prądu (I) w piorunie 0,1 MA (megaamper);

czas trwania pioruna (t) 1 µs (mikrosekunda);

średnica kanału świetlnego wynosi 10-20 cm.

Piorun, który pojawia się po piorunie, ma to samo pochodzenie, co trzask, gdy przeskakuje iskra laboratoryjna. Mianowicie powietrze wewnątrz kanału piorunowego jest silnie nagrzewane i rozprężane, przez co powstają fale dźwiękowe. Fale te, odbite od chmur, gór itp., często tworzą długie echo - grzmoty.

Wyładowanie koronowe. Wystąpienie lawiny jonowej nie zawsze prowadzi do powstania iskry, ale może również spowodować inny rodzaj wyładowania – wyładowanie koronowe.

Rozciągnijmy metalowy drut ab o średnicy kilku dziesiątych milimetra na dwóch wysokich wspornikach izolacyjnych i podłączmy go do ujemnego bieguna generatora dającego napięcie kilku tysięcy woltów. Drugi biegun generatora zabierzemy na Ziemię. Dostajesz rodzaj kondensatora, którego płytkami są drut i ściany pokoju, które oczywiście komunikują się z Ziemią.

Pole w tym kondensatorze jest bardzo niejednorodne, a jego natężenie w pobliżu cienkiego drutu jest bardzo duże. Stopniowo zwiększając napięcie i obserwując przewód w ciemności, można zauważyć, że przy znanym napięciu w pobliżu przewodu pojawia się słaba poświata (korona), zakrywająca przewód ze wszystkich stron; towarzyszy mu syk i lekki trzask. Jeśli wrażliwy galwanometr jest podłączony między przewodem a źródłem, to wraz z pojawieniem się poświaty galwanometr pokazuje zauważalny prąd płynący z generatora wzdłuż przewodów do drutu i od niego przez powietrze w pomieszczeniu do ścian, między drutem a ścianami jest przenoszona przez jony powstałe w pomieszczeniu w wyniku jonizacji uderzeniowej. Tak więc blask powietrza i pojawienie się prądu wskazują na silną jonizację powietrza pod działaniem pola elektrycznego. Wyładowanie koronowe może wystąpić nie tylko w pobliżu drutu, ale także w pobliżu końcówki iw ogóle w pobliżu dowolnych elektrod, w pobliżu których powstaje bardzo silne pole niejednorodne.

Zastosowanie wyładowań koronowych. Elektryczne oczyszczanie gazu (filtry elektryczne). Naczynie wypełnione dymem nagle staje się całkowicie przezroczyste, jeśli wprowadzi się do niego ostre metalowe elektrody podłączone do maszyny elektrycznej, a wszystkie cząstki stałe i ciekłe osadzają się na elektrodach. Wyjaśnienie tego doświadczenia jest następujące: gdy tylko korona zostaje zapalona, ​​powietrze wewnątrz tuby jest silnie zjonizowane. Jony gazu przyczepiają się do cząsteczek kurzu i ładują je. Ponieważ wewnątrz rurki działa silne pole elektryczne, naładowane cząsteczki kurzu przemieszczają się pod wpływem pola do elektrod, gdzie osadzają się.

Liczniki cząstki elementarne . Licznik cząstek elementarnych Geigera-Mullera składa się z małego metalowego cylindra wyposażonego w okienko pokryte folią i cienkiego drutu metalowego rozciągniętego wzdłuż osi cylindra i izolowanego od niego. Licznik jest podłączony do obwodu zawierającego źródło prądu, którego napięcie wynosi kilka tysięcy woltów. Dobierane jest napięcie niezbędne do pojawienia się wyładowania koronowego wewnątrz licznika.

Kiedy szybko poruszający się elektron wchodzi do licznika, ten ostatni jonizuje cząsteczki gazu wewnątrz licznika, powodując pewne zmniejszenie napięcia wymaganego do zapalenia korony. W liczniku dochodzi do wyładowania, aw obwodzie pojawia się słaby prąd krótkotrwały. Aby to wykryć, do obwodu wprowadzany jest bardzo duży opór (kilka megaomów) i równolegle do niego podłączony jest czuły elektrometr. Za każdym razem, gdy szybki elektron uderza w wnętrze licznika, arkusze elektrometru uginają się.

Takie liczniki umożliwiają rejestrację nie tylko szybkich elektronów, ale ogólnie wszelkich naładowanych, szybko poruszających się cząstek zdolnych do jonizacji za pomocą zderzeń. Nowoczesne liczniki mogą z łatwością wykryć nawet pojedynczą cząsteczkę uderzającą w nie, dzięki czemu możliwe jest zweryfikowanie z całkowitą pewnością i bardzo dużą jasnością, że elementarne cząstki naładowane naprawdę istnieją w przyrodzie.

piorunochron. Szacuje się, że w atmosferze całego globu występuje jednocześnie około 1800 burz, które dają średnio około 100 błyskawic na sekundę. I chociaż prawdopodobieństwo uderzenia pioruna w jakąkolwiek osobę jest znikome, to jednak piorun powoduje wiele szkód. Wystarczy wspomnieć, że obecnie około połowa wszystkich wypadków w dużych liniach elektroenergetycznych jest spowodowana piorunami. Dlatego ochrona odgromowa jest ważnym zadaniem.

Łomonosow i Franklin nie tylko wyjaśnili elektryczną naturę pioruna, ale także wskazali, jak zbudować piorunochron, który chroni przed uderzeniem pioruna. Piorunochron to długi drut, którego górny koniec jest zaostrzony i wzmocniony powyżej najwyższego punktu chronionego budynku. Dolny koniec drutu jest połączony z blachą, która jest zakopana w ziemi na poziomie wody gruntowej. Podczas burzy na Ziemi pojawiają się duże ładunki indukowane, a w pobliżu powierzchni Ziemi pojawia się duże pole elektryczne. Jego intensywność jest bardzo wysoka w pobliżu ostrych przewodników, dlatego na końcu piorunochronu dochodzi do zapłonu wyładowania koronowego. Dzięki temu indukowane ładunki nie mogą gromadzić się na budynku i nie dochodzi do wyładowań atmosferycznych. W tych przypadkach, gdy piorun nadal występuje (a takie przypadki zdarzają się bardzo rzadko), uderza on w piorunochron, a ładunki trafiają na Ziemię nie uszkadzając budynku.

W niektórych przypadkach wyładowanie koronowe z piorunochronu jest tak silne, że na jego końcówce pojawia się wyraźnie widoczna poświata. Taka poświata pojawia się czasem w pobliżu innych ostrych przedmiotów, na przykład na końcach masztów statków, ostrych koronach drzew itp. Zjawisko to zostało zauważone kilka wieków temu i wywołało przesądny horror nawigatorów, którzy nie rozumieli jego prawdziwej istoty.

Łuk elektryczny. W 1802 r. Rosyjski fizyk V.V. Pietrow (1761-1834) stwierdził, że jeśli dwa kawałki węgla drzewnego są przymocowane do biegunów dużej baterii elektrycznej i doprowadzając węgle do siebie, lekko je rozsuwają, między końcami węgli i końcami tworzy się jasny płomień. samych węgli rozpalają się do białości, emitując oślepiające światło.

Najprostsze urządzenie do wytwarzania łuku elektrycznego składa się z dwóch elektrod, do których lepiej jest brać nie węgiel drzewny, ale specjalnie wykonane pręty uzyskane przez sprasowanie mieszaniny grafitu, sadzy i spoiw. Sieć oświetleniowa może służyć jako źródło prądu, w którym dla bezpieczeństwa znajduje się reostat.

Wymuszając spalanie łuku stałym prądem w sprężonym gazie (20 atm) udało się doprowadzić temperaturę końca elektrody dodatniej do 5900°C, tj. do temperatury powierzchni słońca. Jeszcze wyższą temperaturę ma kolumna gazów i par, która ma dobrą przewodność elektryczną, przez którą przechodzi ładunek elektryczny. Bombardowanie energetyczne tych gazów i par przez elektrony i jony, napędzane polem elektrycznym łuku, podnosi temperaturę gazów w kolumnie do 6000-7000 °C. Tak silna jonizacja gazu jest możliwa tylko dzięki temu, że katoda łukowa emituje dużo elektronów, które swoimi uderzeniami jonizują gaz w przestrzeni wyładowania. Silną emisję elektronów z katody zapewnia fakt, że sama katoda łukowa jest nagrzewana do bardzo wysokiej temperatury (od 2200 do 3500°C). Kiedy węgle stykają się w celu zapalenia łuku, prawie całe ciepło Joule'a prądu przepływającego przez węgle jest uwalniane w punkcie styku, który miał bardzo wysoką rezystancję. Dlatego końce węgli są bardzo gorące i to wystarczy, aby łuk powstał między nimi, gdy zostaną rozsunięte. W przyszłości katoda łuku jest utrzymywana w stanie rozgrzanym przez sam prąd przepływający przez łuk. główna rola odgrywa to przez bombardowanie katody przez spadające na nią jony dodatnie.

Charakterystyka prądowo-napięciowa łuku ma zupełnie osobliwy charakter. W wyładowaniu łukowym wraz ze wzrostem prądu napięcie na zaciskach łuku spada, tj. łuk ma opadającą charakterystykę prądowo-napięciową.

Zastosowanie wyładowania łukowego. Oświetlenie. Ze względu na wysoką temperaturę elektrody łukowe emitują oślepiające światło (jarzenie kolumny łukowej jest słabsze, ponieważ emisyjność gazu jest niewielka), a zatem łuk elektryczny jest jednym z najlepsze źródła Swieta. Zużywa tylko około 3 watów na kandelę i jest znacznie bardziej ekonomiczny niż najlepsze lampy rozżarzony. Łuk elektryczny został po raz pierwszy użyty do oświetlenia w 1875 roku przez rosyjskiego inżyniera-wynalazcę P.N. Yablochkin (1847-1894) i był nazywany „światłem rosyjskim” lub „światłem północnym”. Spawalniczy. Do spawania części metalowych służy łuk elektryczny. Spawane części służą jako elektroda dodatnia; dotykając ich węglem podłączonym do ujemnego bieguna źródła prądu, powstaje łuk między ciałami a węglem, topiąc metal. łuk rtęciowy. Dużym zainteresowaniem cieszy się płonący łuk rtęciowy w rurce kwarcowej, tzw lampa kwarcowa. W tej lampie wyładowanie łukowe następuje nie w powietrzu, ale w atmosferze pary rtęci, do której wprowadzana jest niewielka ilość rtęci i wypompowywane jest powietrze. Światło łuku rtęciowego jest niezwykle bogate w promienie ultrafioletowe, które mają silne działanie chemiczne i fizjologiczne. Aby móc wykorzystać to promieniowanie, lampa nie jest wykonana ze szkła, które silnie pochłania promieniowanie UV, ale ze stopionego kwarcu. Lampy rtęciowe znajdują szerokie zastosowanie w leczeniu różnych schorzeń, a także m.in badania naukowe jako silne źródło promieniowania ultrafioletowego.

Jako źródło informacji wykorzystano elementarny podręcznik fizyki

pod redakcją akademika G.S. Landsberg (t. 2). Moskwa, Wydawnictwo Nauka, 1985.

Wykonane przez MARKIDONOVA TIMURA, Irkuck.

W gazach występują niesamodzielne i samopodtrzymujące się wyładowania elektryczne.

Zjawisko przepływu prądu elektrycznego przez gaz, obserwowane tylko pod warunkiem jakiegokolwiek zewnętrznego oddziaływania na gaz, nazywamy niesamodzielnym wyładowaniem elektrycznym. Proces oderwania elektronu od atomu nazywa się jonizacją atomu. Minimalna energia, która musi zostać zużyta, aby oderwać elektron od atomu, nazywana jest energią jonizacji. Częściowo lub całkowicie zjonizowany gaz, w którym gęstość ładunków dodatnich i ujemnych jest taka sama, nazywa się osocze.

Nośnikami prądu elektrycznego w niesamodzielnym wyładowaniu są jony dodatnie i elektrony ujemne. Charakterystykę prądowo-napięciową przedstawiono na ryc. 54. W zakresie OAB - wyładowanie niesamodzielne. W regionie BC wyładowanie staje się niezależne.

W przypadku samorozładowania jedną z metod jonizacji atomów jest jonizacja elektronowa. Jonizacja przez zderzenie elektronów staje się możliwa, gdy elektron uzyskuje energię kinetyczną W k na średniej swobodnej drodze A, wystarczającą do wykonania pracy oderwania elektronu od atomu. Rodzaje niezależnych wyładowań w gazach - wyładowania iskrowe, koronowe, łukowe i jarzeniowe.

wyładowanie iskrowe występuje między dwiema elektrodami naładowanymi różnymi ładunkami i mającymi dużą różnicę potencjałów. Napięcie pomiędzy przeciwnie naładowanymi ciałami dochodzi do 40 000 V. Wyładowanie iskry jest krótkotrwałe, jego mechanizmem jest uderzenie elektroniczne. Błyskawica to rodzaj wyładowania iskrowego.

W wysoce niejednorodnych polach elektrycznych, powstałych na przykład między punktem a płaszczyzną lub między przewodem linii energetycznej a powierzchnią Ziemi, specjalna forma samorozładowanie w gazach, tzw wyładowanie koronowe.

Wyładowanie łuku elektrycznego został odkryty przez rosyjskiego naukowca W.W. Pietrowa w 1802. Kiedy dwie elektrody wykonane z węgla stykają się pod napięciem 40-50 V, w niektórych miejscach występują obszary o małym przekroju o wysokiej rezystancji elektrycznej. Obszary te bardzo się nagrzewają, emitują elektrony, które jonizują atomy i cząsteczki między elektrodami. Nośnikami prądu elektrycznego w łuku są dodatnio naładowane jony i elektrony.

Wyładowanie, które następuje przy obniżonym ciśnieniu, nazywa się wyładowanie jarzeniowe. Wraz ze spadkiem ciśnienia wzrasta średnia droga swobodna elektronu, a w czasie między zderzeniami ma czas na pozyskanie wystarczającej energii do jonizacji w pole elektryczne z mniejszym stresem. Wyładowanie dokonuje lawina elektronowo-jonowa.