A gázokban vannak nem önfenntartó és önfenntartó elektromos kisülések.
Nem önfenntartó elektromos kisülésnek nevezzük azt a jelenséget, hogy a gázon átfolyó elektromos áram csak akkor figyelhető meg, ha valamilyen külső hatás éri a gázt. Az elektron eltávolításának folyamatát az atomból az atom ionizációjának nevezik. Ionizációs energiának nevezzük azt a minimális energiát, amelyet az elektronnak az atomról való eltávolításához el kell fordítani. Olyan részben vagy teljesen ionizált gázt nevezünk, amelyben a pozitív és negatív töltések sűrűsége egyenlő vérplazma.
A nem önfenntartó kisülés során az elektromos áram hordozói pozitív ionok és negatív elektronok. Az áram-feszültség karakterisztikát a ábra mutatja. 54. OAV területén - nem önfenntartó ürítés. A BC régióban a kisülés függetlenné válik.
Az önkisülés során az atomok ionizálásának egyik módja az elektronütéses ionizáció. Az elektronbecsapódással történő ionizáció akkor válik lehetővé, ha az A átlagos szabad úton lévő elektron Wk kinetikus energiára tesz szert, amely elegendő ahhoz, hogy elvégezze az elektron eltávolítását az atomról. Független kisülések típusai gázokban - szikra-, korona-, ív- és izzókisülések.
Szikrakisülés két különböző töltésű és nagy potenciálkülönbséggel rendelkező elektróda között fordul elő. A különböző töltésű testek közötti feszültség eléri a 40 000 V-ot. A szikrakisülés rövid távú, mechanizmusa elektronikus ütés. A villám egyfajta szikrakisülés.
Erősen inhomogén elektromos mezőkben, amelyek például egy csúcs és egy sík, vagy egy elektromos vezeték és a Föld felszíne között alakulnak ki, a gázokban az önfenntartó kisülés egy speciális formája lép fel, az ún. koronakisülés.
Elektromos ívkisülés V. V. Petrov orosz tudós fedezte fel 1802-ben. Amikor két szénelektróda érintkezik 40-50 V-os feszültség mellett, helyenként kis keresztmetszetű, nagy elektromos ellenállású területek jelennek meg. Ezek a területek nagyon felforrósodnak, és elektronokat bocsátanak ki, amelyek ionizálják az elektródák közötti atomokat és molekulákat. Az elektromos áram hordozói az ívben pozitív töltésű ionok és elektronok.
A csökkentett nyomáson fellépő kisülést ún izzó kisülés. A nyomás csökkenésével az elektron átlagos szabad útja növekszik, és az ütközések közötti idő alatt kisebb intenzitású elektromos térben sikerül elegendő energiát szereznie az ionizációhoz. A kisülést elektron-ion lavina hajtja végre.
Normál körülmények között a gázok dielektrikumok, mert semleges atomokból és molekulákból állnak, és nincs elég szabad töltésük A gázok csak akkor válnak vezetővé, ha valamilyen módon ionizálódnak. A gázok ionizációs folyamata magában foglalja egy vagy több elektron eltávolítását az atomból valamilyen okból. Ennek eredményeként a semleges atom helyett pozitív ionÉs elektron.
A molekulák ionokra és elektronokra bomlását ún gázionizáció.
A keletkező elektronok egy részét más semleges atomok befoghatják, majd negatív töltésű ionok.
Így egy ionizált gázban háromféle töltéshordozó van: elektronok, pozitív ionok és negatív ionok.
Az elektron eltávolítása az atomról bizonyos mennyiségű energia ráfordítását követeli meg. ionizációs energia Wén. Az ionizációs energia a gáz kémiai természetétől és az atomban lévő elektron energiaállapotától függ. Így az első elektron eltávolításához egy nitrogénatomról 14,5 eV, a második elektron eltávolításához 29,5 eV, a harmadik eltávolításához pedig 47,4 eV szükséges energia.
A gázionizációt okozó tényezőket ún ionizátorok.
Az ionizációnak három típusa van: termikus ionizáció, fotoionizáció és ütésionizáció.
Termikus ionizáció atomok vagy gázmolekulák magas hőmérsékleten történő ütközésének eredményeként következik be, ha az ütköző részecskék relatív mozgásának kinetikai energiája meghaladja az atomban lévő elektron kötési energiáját.
Fotoionizáció elektromágneses sugárzás (ultraibolya, röntgen vagy γ-sugárzás) hatására következik be, amikor az elektron atomtól való elválasztásához szükséges energiát egy sugárzási kvantum adja át rá.
Elektronütési ionizáció(vagy ütési ionizáció) pozitív töltésű ionok képződése atomok vagy molekulák gyors, nagy kinetikus energiájú elektronokkal való ütközésének eredményeként.
A gázionizáció folyamatát mindig az ellenkező folyamat kíséri, amikor a semleges molekulák redukciója ellentétes töltésű ionokból elektromos vonzásuk következtében történik. Ezt a jelenséget az ún rekombináció. A rekombináció során az ionizációra fordított energiával megegyező energia szabadul fel. Ez például a gáz izzását okozhatja.
Ha az ionizáló hatása változatlan, akkor az ionizált gázban dinamikus egyensúly jön létre, amelyben egységnyi idő alatt ugyanannyi molekula áll vissza, amennyi ionokra bomlik. Ebben az esetben a töltött részecskék koncentrációja az ionizált gázban változatlan marad. Ha az ionizáló működését leállítják, akkor a rekombináció kezd dominálni az ionizáció felett, és az ionok száma gyorsan majdnem nullára csökken. Következésképpen a töltött részecskék jelenléte a gázban átmeneti jelenség (amíg az ionizátor működik).
Külső tér hiányában a töltött részecskék kaotikusan mozognak.
Gázkisülés
Ha egy ionizált gázt elektromos térbe helyezünk, a szabad töltésekre elektromos erők kezdenek hatni, amelyek a feszültségvonalakkal párhuzamosan sodródnak: elektronok és negatív ionok az anódhoz, pozitív ionok a katódhoz (1. ábra). Az elektródáknál az ionok semleges atomokká alakulnak, elektronokat adnak vagy fogadnak el, és ezzel teljessé teszik az áramkört. A gázban elektromos áram keletkezik.
Elektromos áram a gázokban- ez az ionok és elektronok irányított mozgása.
A gázokban lévő elektromos áramot ún gázkisülés.
A gázban lévő teljes áram két töltött részecskék áramlásából áll: a katódhoz és az anódhoz irányított áramlásból.
A gázok a fémek vezetőképességéhez hasonló elektronikus vezetőképességet ionos vezetőképességgel kombinálják, amely hasonló a vizes oldatok vagy elektrolitolvadékok vezetőképességéhez.
Így a gázok vezetőképessége ion-elektronikus karakter.
A szabad elektronok irányított mozgásával jön létre, és ebben az esetben nem történik változás abban az anyagban, amelyből a vezető készül.
Az olyan vezetőket, amelyekben az elektromos áram áthaladását nem kísérik anyaguk kémiai változásai, nevezzük az első típusú karmesterek. Ezek közé tartozik az összes fém, a szén és számos más anyag.
De vannak olyan elektromos áramvezetők is a természetben, amelyekben az áram áthaladása során kémiai jelenségek lépnek fel. Ezeket a vezetőket ún a második típusú karmesterek. Ide tartoznak elsősorban savak, sók és lúgok különféle vizes oldatai.
Ha vizet öntünk egy üvegedénybe, és hozzáadunk néhány csepp kénsavat (vagy valamilyen más savat vagy lúgot), majd veszünk két fémlemezt, és csatlakoztatunk hozzájuk vezetőket, leengedjük ezeket az edénybe, és áramforrást csatlakoztatunk a a vezetők másik végét a kapcsolón és ampermérőn keresztül, akkor gáz szabadul fel az oldatból, és ez folyamatosan folytatódik, amíg az áramkör zárva van, mert a savanyított víz valóban vezető. Ezenkívül a lemezeket gázbuborékok borítják. Ezek a buborékok ezután letörnek a lemezekről és kijönnek.
Amikor elektromos áram halad át az oldaton, kémiai változások következnek be, ami gáz felszabadulását eredményezi.
A második típusú vezetőket elektrolitoknak nevezzük, és az a jelenség, amely egy elektrolitban akkor fordul elő, amikor elektromos áram halad át rajta.
Az elektrolitba mártott fémlemezeket elektródáknak nevezzük; az egyiket, amely az áramforrás pozitív pólusára van kötve, anódnak, a másikat, amely a negatív pólushoz csatlakozik, katódnak nevezzük.
Mi határozza meg az elektromos áram áthaladását egy folyékony vezetőben? Kiderül, hogy az ilyen oldatokban (elektrolitokban) a savmolekulák (lúg, só) oldószer (jelen esetben víz) hatására két komponensre bomlanak, és A molekula egyik részecskéjének elektromos töltése pozitív, a másiké negatív.
A molekulák elektromos töltéssel rendelkező részecskéit ionoknak nevezzük. Amikor egy savat, sót vagy lúgot feloldunk vízben, nagyszámú pozitív és negatív ion is megjelenik az oldatban.
Most már ki kell derülnie, hogy miért haladt át elektromos áram a megoldáson, mert az áramforráshoz csatlakoztatott elektródák között feszültség keletkezett, vagyis az egyik pozitív töltésű, a másik negatívan. Ennek a potenciálkülönbségnek a hatására a pozitív ionok a negatív elektród - a katód - felé, a negatív ionok pedig az anód felé kezdtek keveredni.
Így az ionok kaotikus mozgása a negatív ionok, a másik irányba a pozitív ionok rendezett ellenmozgásává vált. Ez a töltésátviteli folyamat az elektromos áram áramlását alkotja az elektroliton keresztül, és addig megy végbe, amíg potenciálkülönbség van az elektródák között. A potenciálkülönbség megszűnésével az elektroliton áthaladó áram leáll, az ionok rendezett mozgása megszakad, és újra megindul a kaotikus mozgás.
Példaként tekintsük az elektrolízis jelenségét, amikor elektromos áramot vezetünk át réz-szulfát CuSO4 oldaton, és rézelektródákat engedünk bele.
Az elektrolízis jelensége, amikor az áram áthalad egy réz-szulfát oldaton: C - edény elektrolittal, B - áramforrás, C - kapcsoló
Itt az ionok ellenirányú mozgása is lesz az elektródák felé. A pozitív ion a rézion (Cu), a negatív ion pedig a savmaradék ion (SO4) lesz. A katóddal érintkező rézionok kisütve kisülnek (csatlakozva a hiányzó elektronokhoz), azaz semleges tiszta rézmolekulákká alakulnak, és vékony (molekuláris) réteg formájában rakódnak le a katódon.
Az anódot elérve a negatív ionok is kisülnek (felesleges elektronokat adnak fel). Ugyanakkor kémiai reakcióba lépnek az anód rézével, aminek eredményeként a savas SO4 maradékhoz Cu rézmolekulát adnak, és réz-szulfát CuS O4 molekula keletkezik, amely visszakerül. az elektrolithoz.
Mivel ez a kémiai folyamat hosszú időt vesz igénybe, réz rakódik le a katódon, és felszabadul az elektrolitból. Ebben az esetben az elektrolit a katódra ment rézmolekulák helyett új rézmolekulákat kap a második elektród - az anód - feloldódása miatt.
Ugyanez a folyamat megy végbe, ha cinkelektródákat veszünk a réz helyett, és az elektrolit a cink-szulfát Zn SO4 oldata. A cink is átkerül az anódról a katódra.
És így, Különbség az elektromos áram között a fémekben és a folyadékvezetőkben abban rejlik, hogy a fémekben a töltéshordozók csak szabad elektronok, azaz negatív töltések, míg az elektrolitokban az anyag ellentétes töltésű részecskéi - ellentétes irányba mozgó ionok - hordozzák. Ezért ezt mondják Az elektrolitok ionos vezetőképességet mutatnak.
Elektrolízis jelenség 1837-ben fedezte fel B. S. Jacobi, aki számos kísérletet végzett a kémiai áramforrások kutatásával és javításával kapcsolatban. Jacobi azt találta, hogy a réz-szulfát oldatba helyezett elektródák egyike rézbevonattá vált, amikor elektromos áram halad át rajta.
Ezt a jelenséget az ún galvanizálás, ma már rendkívül széles gyakorlati alkalmazásra talál. Ennek egyik példája a fémtárgyak bevonása más fémek vékony rétegével, azaz nikkelezés, aranyozás, ezüstözés stb.
A gázok (beleértve a levegőt is) normál körülmények között nem vezetnek elektromos áramot. Például a meztelenek, amelyek egymással párhuzamosan vannak felfüggesztve, levegőréteggel vannak elszigetelve egymástól.
Magas hőmérséklet, nagy potenciálkülönbségek és egyéb okok hatására azonban a gázok, akárcsak a folyékony vezetők, ionizálódnak, azaz nagy mennyiségben jelennek meg bennük a gázmolekulák részecskéi, amelyek elektromosság hordozóiként megkönnyítik az elektromos áram átjutását. áram a gázon keresztül.
Ugyanakkor a gáz ionizációja eltér a folyékony vezető ionizációjától. Ha folyadékban egy molekula két töltött részre bomlik, akkor gázokban az ionizáció hatására az elektronok mindig elválik minden molekulától, és egy ion a molekula pozitív töltésű része formájában marad.
Amint a gáz ionizációja megszűnik, megszűnik vezetőképessége, míg a folyadék mindig elektromos áramvezető marad. Következésképpen a gázvezetőképesség átmeneti jelenség, amely külső okok hatásától függ.
Van azonban egy másik, az úgynevezett ívkisülés vagy egyszerűen egy elektromos ív. Az elektromos ív jelenségét a 19. század elején fedezte fel az első orosz villamosmérnök, V. V. Petrov.
V. V. Petrov számos kísérlet során felfedezte, hogy az áramforráshoz csatlakoztatott két szén között folyamatos elektromos kisülés lép fel a levegőn keresztül, amelyet erős fény kísér. Írásában V. V. Petrov azt írta, hogy ebben az esetben „a sötét béke elég erősen megvilágítható”. Így nyerték először az elektromos fényt, amelyet gyakorlatilag egy másik orosz villamosmérnök, Pavel Nikolaevich Yablochkov alkalmazott.
A Yablochkov-gyertya, amelynek működése elektromos ív használatán alapul, valódi forradalmat hozott az elektrotechnikában abban a napban.
Az ívkisülést ma is fényforrásként használják, például spotlámpákban és vetítőeszközökben. Az ívkisülés magas hőmérséklete lehetővé teszi a használatát. Jelenleg a nagyon nagy árammal működő ívkemencéket számos iparágban használják: acél, öntöttvas, vasötvözetek, bronz stb. olvasztására. És 1882-ben N. N. Benardos először használt ívkisülést fém vágására és hegesztésére.
Gáz-fénycsövekben, fénycsövekben, feszültségstabilizátorokban, ún izzó gázkisülés.
Szikrakisülést használnak a nagy potenciálkülönbségek mérésére egy gömbrés segítségével, melynek elektródái két polírozott felületű fémgolyó. A golyókat elmozdítják egymástól, és mért potenciálkülönbséget alkalmaznak rájuk. Ezután a golyókat közelebb hozzák egymáshoz, amíg egy szikra nem ugrik közéjük. A golyók átmérőjének, a köztük lévő távolságnak, a nyomásnak, a hőmérsékletnek és a levegő páratartalmának ismeretében speciális asztalok segítségével találja meg a golyók közötti potenciálkülönbséget. Ezzel a módszerrel több tízezer voltos nagyságrendű potenciálkülönbség mérhető néhány százalékos pontossággal.
Az egységes államvizsga-kódoló témakörei: szabad elektromos töltések hordozói gázokban.
Normál körülmények között a gázok elektromosan semleges atomokból vagy molekulákból állnak; A gázokban szinte nincs ingyenes díj. Ezért a gázok dielektrikumok- elektromos áram nem halad át rajtuk.
Azt mondtuk, hogy „szinte nincs”, mert valójában a gázok és különösen a levegő mindig tartalmaznak bizonyos mennyiségű szabad töltésű részecskét. A földkérget alkotó radioaktív anyagok sugárzásának ionizáló hatása, a Nap ultraibolya és röntgensugárzása, valamint a kozmikus sugarak – a nagyenergiájú részecskék áramlatai, amelyek kívülről behatolnak a Föld légkörébe. hely. A továbbiakban még visszatérünk erre a tényre és kitérünk annak fontosságára, de egyelőre csak annyit jegyzünk meg, hogy normál körülmények között a gázok vezetőképessége, amelyet a „természetes” szabad töltésmennyiség okoz, elhanyagolható és figyelmen kívül hagyható.
Az elektromos áramkörök kapcsolóinak működése a légrés szigetelő tulajdonságain alapul (1. ábra). Például elég egy kis légrés a villanykapcsolóban ahhoz, hogy kinyitja a helyiség elektromos áramkörét.
Rizs. 1 kulcs
Lehetőség van azonban olyan feltételek kialakítására, amelyek mellett elektromos áram jelenik meg a gázrésben. Nézzük a következő tapasztalatot.
Töltsük fel a légkondenzátor lapjait és kössük rá egy érzékeny galvanométerre (2. ábra balra). Szobahőmérsékleten és nem túl nedves levegőn a galvanométer nem mutat észrevehető áramot: a légrésünk, mint mondtuk, nem elektromos vezető.
Rizs. 2. Az áram megjelenése a levegőben
Most vigyünk egy égőt vagy gyertyalángot a kondenzátorlapok közötti résbe (2. ábra, jobbra). Megjelenik az áram! Miért?
Gázban díjmentes
Az elektromos áram előfordulása a kondenzátor lemezei között azt jelenti, hogy a levegőben láng hatására megjelent ingyenes díjak. Melyek pontosan?
A tapasztalatok azt mutatják, hogy a gázokban az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása három fajta. Ez elektronok, pozitív ionokÉs negatív ionok.
Nézzük meg, hogyan jelenhetnek meg ezek a töltések a gázban.
A gáz hőmérsékletének növekedésével részecskéinek - molekuláinak vagy atomjainak - hőrezgései intenzívebbé válnak. A részecskék egymás elleni ütközése akkora erőt ér el, hogy megindul ionizálás- semleges részecskék bomlása elektronokká és pozitív ionokká (3. ábra).
Rizs. 3. Ionizáció
Ionizációs fok a bomlott gázrészecskék számának a részecskék teljes kezdeti számához viszonyított aránya. Például, ha az ionizáció mértéke egyenlő, akkor ez azt jelenti, hogy az eredeti gázrészecskék pozitív ionokra és elektronokra bomlottak.
A gáz ionizációs foka a hőmérséklettől függ, és a hőmérséklettel meredeken növekszik. A hidrogénnél például alatti hőmérsékleten az ionizációs fok nem haladja meg a -t, a feletti hőmérsékleten pedig közel van az ionizációs fokhoz (vagyis a hidrogén szinte teljesen ionizált (a részben vagy teljesen ionizált gázt ún. vérplazma)).
A magas hőmérsékleten kívül más tényezők is okozzák a gázionizációt.
Mellesleg már említettük őket: ezek radioaktív sugárzás, ultraibolya, röntgen- és gamma-sugárzás, kozmikus részecskék. Minden olyan tényezőt, amely egy gáz ionizációját okozza, nevezzük ionizáló.
Így az ionizáció nem önmagában, hanem ionizáló hatása alatt megy végbe.
Ugyanakkor fordított folyamat megy végbe - rekombináció, vagyis egy elektron és egy pozitív ion újraegyesítése semleges részecskévé (4. ábra).
Rizs. 4. Rekombináció
A rekombináció oka egyszerű: az ellentétes töltésű elektronok és ionok Coulomb-vonzása. Az elektromos erők hatására egymás felé rohanva találkoznak és képesek semleges atomot (vagy molekulát, gázfajtától függően) kialakítani.
Az ionizáló hatás állandó intenzitása mellett dinamikus egyensúly jön létre: az egységnyi idő alatt bomló részecskék átlagos száma megegyezik a rekombináló részecskék átlagos számával (más szóval, az ionizációs sebesség megegyezik az If rekombinációs sebességével). az ionizáló hatás fokozódik (például a hőmérséklet emelésével), ekkor a dinamikus egyensúly az ionizáció oldalára tolódik el, és a gázban lévő töltött részecskék koncentrációja nő. Éppen ellenkezőleg, ha kikapcsolja az ionizátort, a rekombináció kezd uralkodni, és a szabad töltések fokozatosan teljesen eltűnnek.
Tehát az ionizáció következtében pozitív ionok és elektronok jelennek meg a gázban. Honnan származik a harmadik típusú töltés - a negatív ionok? Nagyon egyszerű: egy elektron eltalálhat egy semleges atomot, és hozzá tud kapcsolódni! Ez a folyamat az ábrán látható. 5.
Rizs. 5. Negatív ion megjelenése
Az így képződött negatív ionok a pozitív ionokkal és elektronokkal együtt részt vesznek az áram létrehozásában.
Nem önfenntartó kisülés
Ha nincs külső elektromos mező, akkor a szabad töltések kaotikus hőmozgáson mennek keresztül a semleges gázrészecskékkel együtt. De amikor elektromos mezőt alkalmazunk, megkezdődik a töltött részecskék rendezett mozgása - elektromos áram a gázban.
Rizs. 6. Nem önfenntartó kisülés
ábrán. A 6. ábrán háromféle töltött részecskét látunk, amelyek ionizátor hatására a gázrésben keletkeznek: pozitív ionok, negatív ionok és elektronok. A gázban elektromos áram keletkezik a töltött részecskék ellenirányú mozgása következtében: pozitív ionok - a negatív elektródhoz (katód), elektronok és negatív ionok - a pozitív elektródhoz (anód).
A pozitív anódot eltaláló elektronok az áramkörön keresztül az áramforrás „plusz” pontjára irányulnak. A negatív ionok egy extra elektront adnak át az anódnak, és semleges részecskévé válva visszatérnek a gázba; az anódnak adott elektron is a forrás „pluszához” rohan. A pozitív ionok a katódra érve elektronokat vesznek el onnan; a katódon keletkező elektronhiányt azonnal kompenzálja a „mínusz” forrásból való odaszállításuk. Ezen folyamatok eredményeképpen a külső áramkörben az elektronok rendezett mozgása következik be. Ez a galvanométer által rögzített elektromos áram.
ábrán látható folyamat. 6, ún nem önkisülés gázban. Miért függő? Ezért a karbantartásához az ionizátor állandó működése szükséges. Távolítsuk el az ionizátort - és az áram leáll, mivel eltűnik a mechanizmus, amely biztosítja a szabad töltések megjelenését a gázrésben. Az anód és a katód közötti tér ismét szigetelővé válik.
A gázkisülés áram-feszültség jellemzői
A gázrésen átmenő áram függősége az anód és a katód közötti feszültségtől (ún. gázkisülésre jellemző áram-feszültség) ábrán látható. 7.
Rizs. 7. A gázkisülés áram-feszültség jellemzői
Nulla feszültségnél az áramerősség természetesen nulla: a töltött részecskék csak hőmozgást végeznek, az elektródák között nincs rendezett mozgás.
Ha a feszültség alacsony, az áramerősség is alacsony. A helyzet az, hogy nem minden töltött részecske jut el az elektródákig: egyes pozitív ionok és elektronok egymásra találnak, és mozgásuk során rekombinálódnak.
A feszültség növekedésével a szabad töltések egyre gyorsabban fejlődnek, és annál kisebb az esélye, hogy egy pozitív ion és elektron találkozzon és újraegyesüljön. Ezért a töltött részecskék egyre nagyobb része éri el az elektródákat, és az áram növekszik ( szakasz).
Egy bizonyos feszültségértéken (ponton) a töltés mozgási sebessége olyan nagy lesz, hogy a rekombinációnak egyáltalán nincs ideje megtörténni. Mostantól Minden az ionizátor hatására keletkező töltött részecskék elérik az elektródákat, ill az áram eléri a telítettséget- nevezetesen az áramerősség megszűnik a feszültség növekedésével. Ez egy bizonyos pontig meg fog történni.
Önkisülés
A ponton való áthaladás után az áramerősség a feszültség növekedésével meredeken növekszik - a független kategória. Most kitaláljuk, mi az.
A töltött gázrészecskék ütközésről ütközésre mozognak; az ütközések közötti időközökben az elektromos tér felgyorsítja őket, növelve kinetikus energiájukat. És így, amikor a feszültség elég nagy lesz (ugyanaz a pont), az elektronok szabad útjuk során olyan energiákat érnek el, hogy semleges atomokkal ütközve ionizálják őket! (Az impulzus- és energiamegmaradás törvényeit felhasználva kimutatható, hogy az elektromos térrel felgyorsított elektronok (és nem ionok) képesek maximálisan ionizálni az atomokat.)
Az úgynevezett elektronütéses ionizáció. Az ionizált atomokból kiütött elektronokat is felgyorsítja az elektromos tér, és új atomokkal ütköznek, most ionizálva azokat, és új elektronokat generálva. Az így létrejövő elektronlavina hatására az ionizált atomok száma rohamosan növekszik, aminek következtében az áramerősség is gyorsan növekszik.
Az ingyenes töltések száma annyira megnő, hogy megszűnik a külső ionizátor szükségessége. Egyszerűen eltávolíthatja. Ennek eredményeként most szabadon töltött részecskék keletkeznek belső a gázban lejátszódó folyamatok – ezért nevezzük a kisülést függetlennek.
Ha a gázrés nagyfeszültség alatt van, akkor nincs szükség ionizálóra az önkisüléshez. Elég, ha csak egy szabad elektron van a gázban, és megindul a fent leírt elektronlavina. És mindig lesz legalább egy szabad elektron!
Emlékezzünk még egyszer arra, hogy a gázban még normál körülmények között is van bizonyos „természetes” mennyiségű szabad töltés, a földkéreg ionizáló radioaktív sugárzása, a Nap nagyfrekvenciás sugárzása és a kozmikus sugarak miatt. Láttuk, hogy alacsony feszültségen ezek a szabad töltések okozta gáz vezetőképessége elhanyagolható, de most - nagy feszültségen - új részecskék lavináját generálják, ami önálló kisülést eredményez. Meg fog történni, ahogy mondják, bontás gázrés.
A száraz levegő lebontásához szükséges térerősség körülbelül kV/cm. Vagyis ahhoz, hogy a légcentiméterrel elválasztott elektródák között szikra ugorjon, kilovoltos feszültséget kell rájuk kapcsolni. Képzeld el, mekkora feszültség szükséges a több kilométernyi levegő áttöréséhez! De pontosan ilyen meghibásodások fordulnak elő zivatar során - ezek azok a villámok, amelyeket nagyon jól ismer.
1. Az ionizáció, lényege és fajtái.
Az elektromos áram létezésének első feltétele a szabad töltéshordozók jelenléte. A gázokban ionizáció eredményeként keletkeznek. Ionizációs faktorok hatására az elektron elválik a semleges részecskétől. Az atom pozitív ionná válik. Így kétféle töltéshordozó keletkezik: egy pozitív ion és egy szabad elektron. Ha egy elektron csatlakozik egy semleges atomhoz, megjelenik egy negatív ion, azaz. harmadik típusú töltéshordozók. Az ionizált gázt a harmadik típusú vezetőnek nevezik. Itt kétféle vezetőképesség lehetséges: elektronikus és ionos. Az ionizációs folyamatokkal egyidejűleg fordított folyamat megy végbe - rekombináció. Az elektron és az atom elválasztásához energiát kell felhasználni. Ha az energia kívülről érkezik, akkor az ionizációt elősegítő tényezőket külsőnek nevezzük (magas hőmérséklet, ionizáló sugárzás, ultraibolya sugárzás, erős mágneses mezők). Az ionizációs tényezőktől függően termikus ionizációnak vagy fotoionizációnak nevezzük. Az ionizációt mechanikai ütés is okozhatja. Az ionizációs faktorokat természetes és mesterséges faktorokra osztják. A természetes a Nap sugárzása és a Föld radioaktív háttere okozza. A külső ionizáció mellett létezik belső ionizáció is. Ez osztva sokk és lépés.
Impact ionization.
Kellően nagy feszültség mellett a mező által nagy sebességre gyorsított elektronok maguk is ionizációs forrásokká válnak. Amikor egy ilyen elektron eltalál egy semleges atomot, az elektron kiütődik az atomból. Ez akkor fordul elő, ha az ionizációt okozó elektron energiája meghaladja az atom ionizációs energiáját. Az elektródák közötti feszültségnek elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy az elektron megszerezze a szükséges energiát. Ezt a feszültséget ionizációs feszültségnek nevezzük. Mindenki számára megvan a maga jelentése.
Ha egy mozgó elektron energiája kisebb a szükségesnél, akkor becsapódáskor csak egy semleges atom gerjesztése következik be. Ha egy mozgó elektron ütközik egy előgerjesztett atommal, lépcsőzetes ionizáció megy végbe.
2. Nem önfenntartó gázkisülés és áram-feszültség jellemzői.
Az ionizáció az áram létezésének első feltételének teljesüléséhez vezet, azaz. az ingyenes díjak megjelenéséig. Az áram létrejöttéhez külső erő jelenléte szükséges, amely a töltéseket irányított mozgásra kényszeríti, pl. elektromos térre van szükség. A gázok elektromos áramát számos jelenség kíséri: fény, hang, ózonképződés, nitrogén-oxidok. Az áram gáz-gáz kisülésen való áthaladását kísérő jelenségek összessége. Magát az áramáramlás folyamatát gyakran gázkisülésnek nevezik.
A kisülést nem önfenntartónak nevezzük, ha csak egy külső ionizáló hatása alatt áll fenn. Ebben az esetben a külső ionizátor megszűnése után új töltéshordozók nem keletkeznek, az áram leáll. A nem önfenntartó kisülés során az áramok kicsik, és nincs gáz izzás.
Független gázkisülés, típusai és jellemzői.
Független gázkisülésnek nevezzük azt a kisülést, amely a külső ionizáló leállása után létezhet, pl. ütési ionizáció miatt. Ebben az esetben fény- és hangjelenségek figyelhetők meg, és az áramerősség jelentősen megnőhet.
Az önkisülés típusai:
1. csendes kisülés - közvetlenül nem önfenntartó után következik, az áramerősség nem haladja meg az 1 mA-t, nincs hang- és fényjelenség. Fizioterápiában használatos, Geiger-Muller számlálók.
2. izzó kisülés. A feszültség növekedésével a csendesség parázslássá válik. Egy bizonyos feszültségen - gyújtási feszültségen - fordul elő. Ez a gáz típusától függ. A neon 60-80 V. Ez a gáznyomástól is függ. Az izzás kisülést ragyogás kíséri, amely rekombinációval jár, ami az energia felszabadulásával jár. A szín a gáz típusától is függ. Indikátorlámpákban (neon, UV baktériumölő, világítás, fluoreszkáló) használják.
3. ívkisülés. Az áramerősség 10-100 A. Intenzív izzás kíséretében a hőmérséklet a gázkisülési résben eléri a több ezer fokot. Az ionizáció eléri a 100%-ot. 100% ionizált gáz - hideggáz plazma. Jó vezetőképességgel rendelkezik. Nagy és ultranagy nyomású higanylámpákban használatos.
4. A szikrakisülés egyfajta ívkisülés. Ez egy impulzus-oszcilláló kisülés. Az orvostudományban a magas frekvenciájú rezgéseknek való kitettséget alkalmazzák. Nagy áramsűrűség esetén intenzív hangjelenségek figyelhetők meg.
5. koronakisülés. Ez egyfajta izzító kisülés Olyan helyeken figyelhető meg, ahol az elektromos térerősség élesen megváltozik. Itt megjelenik a töltések lavina és a gázok izzása - egy korona.
