التيار في الغازات وأسبابه. الخواص الكهربائية للغازات. استخدام تصريفات الغاز في التكنولوجيا

في ظل الظروف العادية ، لا تعمل الغازات كهرباءلأن جزيئاتها متعادلة كهربائيًا. على سبيل المثال ، يعد الهواء الجاف عازلًا جيدًا ، حيث تمكنا من التحقق منه أكثر تجارب بسيطةعلى الكهرباء الساكنة. ومع ذلك ، يصبح الهواء والغازات الأخرى موصلات للتيار الكهربائي إذا تم تكوين الأيونات فيها بطريقة أو بأخرى.

أرز. 100. يصبح الهواء موصلًا للتيار الكهربائي إذا تأين

أبسط تجربة توضح موصلية الهواء أثناء تأينه باللهب في الشكل. 100: الشحنة الموجودة على الألواح ، والتي تبقى لفترة طويلة ، تختفي بسرعة عند إدخال تطابق مضاء في الفراغ بين الألواح.

تصريف الغاز.عادة ما تسمى عملية تمرير التيار الكهربائي عبر الغاز بتفريغ الغاز (أو التفريغ الكهربائي في الغاز). تنقسم تصريفات الغاز إلى نوعين: مستقل وغير مستدام.

فئة غير مكتفية ذاتيا.يُطلق على التفريغ في الغاز عدم الاكتفاء الذاتي إذا كانت هناك حاجة إلى مصدر خارجي للحفاظ عليه.

التأين. يمكن تكوين الأيونات في الغاز تحت تأثير درجات الحرارة العالية والأشعة السينية و الأشعة فوق البنفسجية، والنشاط الإشعاعي ، والأشعة الكونية ، وما إلى ذلك. في جميع هذه الحالات ، يتم إطلاق إلكترون واحد أو أكثر من غلاف الإلكترون للذرة أو الجزيء. نتيجة لذلك ، تظهر الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة في الغاز. يمكن للإلكترونات المحررة أن تنضم إلى الذرات أو الجزيئات المحايدة ، وتحولها إلى أيونات سالبة.

التأين وإعادة التركيب.إلى جانب عمليات التأين في الغاز ، تحدث أيضًا عمليات إعادة التركيب العكسي: عند الجمع ، تشكل الأيونات الموجبة والسالبة أو الأيونات الموجبة والإلكترونات جزيئات أو ذرات محايدة.

يمكن وصف التغيير في تركيز الأيونات بمرور الوقت ، بسبب مصدر ثابت لعمليات التأين وإعادة التركيب ، على النحو التالي. لنفترض أن مصدر التأين ينتج أيونات موجبة لكل وحدة حجم من الغاز لكل وحدة زمنية ونفس عدد الإلكترونات. إذا لم يكن هناك تيار كهربائي في الغاز ويمكن إهمال هروب الأيونات من الحجم المدروس بسبب الانتشار ، فإن الآلية الوحيدة لتقليل تركيز الأيونات ستكون إعادة التركيب.

يحدث إعادة التركيب عندما يلتقي أيون موجب بإلكترون. يتناسب عدد هذه الاجتماعات مع كل من عدد الأيونات وعدد الإلكترونات الحرة ، أي متناسب مع. لذلك ، يمكن كتابة الانخفاض في عدد الأيونات لكل وحدة حجم لكل وحدة زمنية ، حيث تكون a قيمة ثابتة تسمى معامل إعادة التركيب.

في ظل صحة الافتراضات المقدمة ، يمكن كتابة معادلة التوازن للأيونات في الغاز في النموذج

لن نقوم بحل هذه المعادلة التفاضلية بطريقة عامة ، ولكن سننظر في بعض الحالات الخاصة المثيرة للاهتمام.

بادئ ذي بدء ، نلاحظ أن عمليات التأين وإعادة التركيب بعد مرور بعض الوقت يجب أن تعوض بعضها البعض وسيتم إنشاء تركيز ثابت في الغاز ، ويمكن ملاحظة ذلك في

يكون تركيز الأيونات الثابتة أكبر ، وكلما زادت قوة مصدر التأين وصغر معامل إعادة التركيب أ.

بعد إيقاف تشغيل المؤين ، يتم وصف الانخفاض في تركيز الأيونات بالمعادلة (1) ، والتي من الضروري فيها أخذ القيمة الأولية للتركيز

نحصل على إعادة كتابة هذه المعادلة بالشكل بعد التكامل

يظهر الرسم البياني لهذه الوظيفة في الشكل. 101. إنه قطع زائد ، وخطوطه المقاربة هي محور الوقت والخط المستقيم العمودي. وبالطبع ، فقط جزء القطع الزائد المقابل للقيم له معنى مادي. أي كمية تتناسب مع القوة الأولى من القيمة الآنية لهذه الكمية.

أرز. 101. انخفاض تركيز الأيونات في الغاز بعد إطفاء مصدر التأين

التوصيل غير الذاتي.يتم تسريع عملية تقليل تركيز الأيونات بعد إنهاء عمل المؤين بشكل كبير إذا كان الغاز في الخارج الحقل الكهربائي. من خلال سحب الإلكترونات والأيونات على الأقطاب الكهربائية ، يمكن للحقل الكهربائي أن يبطل التوصيل الكهربائي للغاز بسرعة كبيرة في حالة عدم وجود مؤين.

لفهم قوانين التفريغ غير المستدام ذاتيًا ، دعونا نفكر في بساطة الحالة عندما يتدفق التيار في غاز متأين بمصدر خارجي بين قطبين مسطّحين متوازيين مع بعضهما البعض. في هذه الحالة ، تكون الأيونات والإلكترونات في مجال كهربائي موحد للقوة E ، مساوٍ لنسبة الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية إلى المسافة بينهما.

تنقل الإلكترونات والأيونات.مع وجود جهد ثابت مطبق ، يتم إنشاء قوة تيار ثابت معينة في الدائرة ، وهذا يعني أن الإلكترونات والأيونات في الغاز المتأين تتحرك بسرعات ثابتة. لشرح هذه الحقيقة ، يجب أن نفترض أنه بالإضافة إلى قوة التسارع الثابتة للمجال الكهربائي ، تتأثر الأيونات والإلكترونات المتحركة بقوى المقاومة التي تزداد مع زيادة السرعة. تصف هذه القوى متوسط ​​تأثير تصادم الإلكترونات والأيونات مع الذرات المحايدة وجزيئات الغاز. من خلال قوى المقاومة

تم إنشاء متوسط ​​السرعات الثابتة للإلكترونات والأيونات ، بما يتناسب مع قوة المجال الكهربائي E:

معاملات التناسب تسمى حركات الإلكترون والأيونات. تمتلك قدرة الأيونات والإلكترونات على الحركة معان مختلفةوتعتمد على نوع الغاز وكثافته ودرجة حرارته وما إلى ذلك.

يتم التعبير عن كثافة التيار الكهربائي ، أي الشحنة التي تحملها الإلكترونات والأيونات لكل وحدة زمنية عبر وحدة مساحة ، من حيث تركيز الإلكترونات والأيونات وشحناتها وسرعة الحركة الثابتة

شبه الحياد.في ظل الظروف العادية ، يكون الغاز المتأين ككل محايدًا كهربائيًا ، أو كما يقولون ، شبه محايد ، لأنه في الأحجام الصغيرة التي تحتوي على عدد صغير نسبيًا من الإلكترونات والأيونات ، قد يتم انتهاك حالة الحياد الكهربائي. هذا يعني أن العلاقة

كثافة التيار عند التفريغ غير الذاتي.من أجل الحصول على قانون التغيير في تركيز الناقلات الحالية بمرور الوقت أثناء التفريغ غير الذاتي في الغاز ، من الضروري ، جنبًا إلى جنب مع عمليات التأين بواسطة مصدر خارجي وإعادة التركيب ، مراعاة هروب الإلكترونات والأيونات إلى الأقطاب الكهربائية. عدد الجسيمات التي تترك لكل وحدة زمنية لكل منطقة قطب كهربائي من الحجم يساوي معدل الانخفاض في تركيز هذه الجسيمات ، نحصل عليه بقسمة هذا الرقم على حجم الغاز بين الأقطاب الكهربائية. لذلك ، سيتم كتابة معادلة التوازن بدلاً من (1) في وجود التيار في النموذج

لتأسيس النظام ، عندما نحصل عليه من (8)

تتيح المعادلة (9) العثور على اعتماد كثافة تيار الحالة المستقرة في تفريغ غير مستدام ذاتيًا على الجهد المطبق (أو على شدة المجال E).

حالتان محددتان مرئيتان مباشرة.

قانون أوم.عند الجهد المنخفض ، عندما في المعادلة (9) يمكننا إهمال المصطلح الثاني على الجانب الأيمن ، وبعد ذلك نحصل على الصيغ (7) ، لدينا

تتناسب كثافة التيار مع قوة المجال الكهربائي المطبق. وبالتالي ، بالنسبة لتفريغ الغاز غير المستدام ذاتيًا في المجالات الكهربائية الضعيفة ، فإن قانون أوم راضٍ.

تيار التشبع.عند التركيز المنخفض للإلكترونات والأيونات في المعادلة (9) ، يمكننا إهمال الأول (تربيعي من حيث المصطلحات على الجانب الأيمن. في هذا التقريب ، يتم توجيه متجه كثافة التيار على طول شدة المجال الكهربائي ، و معامل

لا تعتمد على الجهد المطبق. هذه النتيجة صالحة للمجالات الكهربائية القوية. في هذه الحالة ، نتحدث عن تيار التشبع.

يمكن التحقيق في كلتا الحالتين المحددتين دون الرجوع إلى المعادلة (9). ومع ذلك ، بهذه الطريقة من المستحيل تتبع كيف يحدث الانتقال من قانون أوم إلى اعتماد غير خطي للتيار على الجهد مع زيادة الجهد.

في الحالة المحددة الأولى ، عندما يكون التيار صغيرًا جدًا ، فإن الآلية الرئيسية لإزالة الإلكترونات والأيونات من منطقة التفريغ هي إعادة التركيب. لذلك ، بالنسبة للتركيز الثابت ، يمكن استخدام التعبير (2) ، والذي ، عند أخذ (7) في الاعتبار ، يعطي فورًا الصيغة (10). في الحالة المقيدة الثانية ، على العكس من ذلك ، يتم إهمال إعادة التركيب. في مجال كهربائي قوي ، لا تملك الإلكترونات والأيونات وقتًا لإعادة الاتحاد بشكل ملحوظ خلال فترة الرحلة من قطب كهربائي إلى آخر إذا كان تركيزها منخفضًا بدرجة كافية. ثم تصل جميع الإلكترونات والأيونات المكونة من المصدر الخارجي إلى الأقطاب الكهربائية وتكون كثافة التيار الإجمالية مساوية لطول غرفة التأين ، حيث الرقم الإجماليالتي ينتجها مؤين الإلكترونات والأيونات بما يتناسب مع أنا.

دراسة تجريبية لتصريف الغاز.تم تأكيد استنتاجات نظرية تصريف الغاز غير المستدام من خلال التجارب. لدراسة التفريغ في الغاز ، من الملائم استخدام أنبوب زجاجي به قطبين معدنيين. الاسلاك الرسم البيانييظهر مثل هذا الإعداد في الشكل. 102- التنقل

تعتمد الإلكترونات والأيونات بشدة على ضغط الغاز (يتناسب عكسياً مع الضغط) ، لذلك من الملائم إجراء التجارب عند ضغط منخفض.

على التين. يوضح 103 اعتماد التيار I في الأنبوب على الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب.يمكن إنشاء التأين في الأنبوب ، على سبيل المثال ، عن طريق الأشعة السينية أو الأشعة فوق البنفسجية ، أو باستخدام مستحضر إشعاعي ضعيف. من الضروري فقط أن يظل مصدر الأيونات الخارجي دون تغيير.

أرز. 102. رسم تخطيطي لمنشأة لدراسة تصريف الغاز

أرز. 103. خاصية الجهد الحالية التجريبية لتفريغ الغاز

في هذا القسم ، تعتمد القوة الحالية بشكل غير خطي على الجهد. بدءًا من النقطة B ، يصل التيار إلى التشبع ويبقى ثابتًا لبعض المسافة ، كل هذا يتوافق مع التوقعات النظرية.

الرتبة الذاتية.ومع ذلك ، عند النقطة C ، يبدأ التيار في الزيادة مرة أخرى ، ببطء في البداية ، ثم بشكل حاد للغاية. هذا يعني ظهور مصدر داخلي جديد للأيونات في الغاز. إذا قمنا الآن بإزالة المصدر الخارجي ، فلن يتوقف التفريغ في الغاز ، أي أنه ينتقل من تفريغ غير مستدام ذاتيًا إلى تفريغ مستقل. مع التفريغ الذاتي ، يحدث تكوين الإلكترونات والأيونات الجديدة نتيجة للعمليات الداخلية في الغاز نفسه.

التأين بواسطة تأثير الإلكترون.تحدث الزيادة في التيار أثناء الانتقال من التفريغ غير الذاتي إلى التفريغ المستقل مثل الانهيار الجليدي ويسمى الانهيار الكهربائي للغاز. يسمى الجهد الذي يحدث عنده الانهيار بجهد الإشعال. يعتمد ذلك على نوع الغاز وعلى ناتج ضغط الغاز والمسافة بين الأقطاب الكهربائية.

ترتبط العمليات في الغاز المسؤول عن الزيادة الشبيهة بالانهيار في قوة التيار مع زيادة الجهد المطبق بتأين الذرات المحايدة أو جزيئات الغاز بواسطة الإلكترونات الحرة التي يتم تسريعها بواسطة المجال الكهربائي إلى مستوى كافٍ.

طاقات كبيرة. تتناسب الطاقة الحركية للإلكترون قبل الاصطدام التالي بذرة أو جزيء محايد مع شدة المجال الكهربائي E والمسار الحر للإلكترون X:

إذا كانت هذه الطاقة كافية لتأين ذرة أو جزيء محايد ، أي تتجاوز عمل التأين

ثم عندما يصطدم إلكترون بذرة أو جزيء ، فإنها تتأين. نتيجة لذلك ، يظهر إلكترونان بدلاً من إلكترون واحد. وهي بدورها يتم تسريعها بواسطة مجال كهربائي وتأيين الذرات أو الجزيئات التي تصادفها في طريقها ، وما إلى ذلك. تتطور العملية مثل الانهيار الجليدي وتسمى الانهيار الإلكترون. تسمى آلية التأين الموصوفة تأين تأثير الإلكترون.

تم تقديم دليل تجريبي على أن تأين ذرات الغاز المحايدة يحدث بشكل رئيسي بسبب تأثيرات الإلكترونات ، وليس بسبب تأثير الأيونات الموجبة ، بواسطة J. Townsend. أخذ غرفة تأين على شكل مكثف أسطواني ، كان قطبها الداخلي عبارة عن خيط معدني رفيع ممتد على طول محور الأسطوانة. في مثل هذه الغرفة ، يكون المجال الكهربائي المتسارع غير متجانس إلى حد كبير ، والدور الرئيسي في التأين تلعبه الجسيمات التي تدخل منطقة أقوى مجال بالقرب من الشعيرة. تُظهر التجربة أنه بالنسبة لنفس الجهد بين الأقطاب الكهربائية ، يكون تيار التفريغ أكبر عندما يتم تطبيق الجهد الإيجابي على الفتيل وليس على الأسطوانة الخارجية. في هذه الحالة ، تمر جميع الإلكترونات الحرة التي تولد التيار بالضرورة عبر منطقة أقوى مجال.

انبعاث الإلكترونات من الكاثود.يمكن أن يكون التفريغ الذاتي ثابتًا فقط في ظل هذه الحالة مظهر دائمفي غاز الإلكترونات الحرة الجديدة ، حيث تصل جميع الإلكترونات الناشئة في الانهيار الجليدي إلى القطب الموجب ويتم التخلص منها من اللعبة. يتم إخراج الإلكترونات الجديدة من الكاثود بواسطة الأيونات الموجبة ، والتي ، عند التحرك نحو الكاثود ، يتم تسريعها أيضًا بواسطة المجال الكهربائي وتكتسب طاقة كافية لذلك.

يمكن أن يصدر الكاثود إلكترونات ليس فقط نتيجة لقصف الأيونات ، ولكن أيضًا بشكل مستقل ، عند تسخينه إلى درجة حرارة عالية. تسمى هذه العملية بالانبعاث الحراري ، ويمكن اعتبارها نوعًا من تبخر الإلكترونات من المعدن. عادة ما يحدث في مثل هذه درجات الحرارة ، عندما لا يزال تبخر مادة الكاثود نفسها صغيرًا. في حالة التفريغ الذاتي للغاز ، عادةً ما يتم تسخين الكاثود بدون

الخيوط ، كما هو الحال في الأنابيب المفرغة ، ولكن بسبب إطلاق الحرارة عند قصفها بالأيونات الموجبة. لذلك ، يصدر الكاثود إلكترونات حتى عندما تكون طاقة الأيونات غير كافية لضرب الإلكترونات.

يحدث التفريغ الذاتي في الغاز ليس فقط نتيجة للانتقال من غاز غير مستدام مع زيادة الجهد وإزالة مصدر تأين خارجي ، ولكن أيضًا مع التطبيق المباشر لجهد يتجاوز جهد عتبة الاشتعال. تُظهر النظرية أن أصغر كمية من الأيونات ، الموجودة دائمًا في غاز محايد ، فقط بسبب الخلفية المشعة الطبيعية ، كافية لإشعال التفريغ.

اعتمادًا على خصائص الغاز وضغطه ، وتكوين الأقطاب الكهربائية والجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية ، أنواع مختلفةرتبة مستقلة.

تفريغ محترق.في ضغوط منخفضة(أعشار ومئات المليمتر عمود الزئبق) لوحظ وجود تفريغ متوهج في الأنبوب. لإشعال تفريغ توهج ، يكفي جهد من عدة مئات أو حتى عشرات فولت. يمكن تمييز أربع مناطق مميزة في تفريغ الوهج. هذه هي مساحة الكاثود المظلمة ، والتوهج (أو السالب) ، ومساحة فاراداي المظلمة ، والعمود الإيجابي المضيء الذي يشغل معظم المساحة بين الأنود والكاثود.

تقع المناطق الثلاث الأولى بالقرب من القطب السالب. هنا يحدث انخفاض حاد في الجهد ، مرتبطًا بتركيز كبير من الأيونات الموجبة عند حدود الفضاء المظلم الكاثود والتوهج المشتعل. تنتج الإلكترونات المتسارعة في منطقة الفضاء المظلم الكاثود تأينًا شديد التأثير في منطقة التوهج. يرجع التوهج المشتعل إلى إعادة اتحاد الأيونات والإلكترونات في ذرات أو جزيئات محايدة. يتميز العمود الموجب من التفريغ بانخفاض طفيف في الجهد والتوهج الناجم عن عودة الذرات أو جزيئات الغاز المثارة إلى الحالة الأرضية.

كورونا التفريغ.عند ضغوط عالية نسبيًا في الغاز (بترتيب الضغط الجوي) ، بالقرب من المقاطع المدببة للموصل ، حيث يكون المجال الكهربائي غير متجانس بشدة ، لوحظ تفريغ ، وتشبه المنطقة المضيئة هالة. يحدث إفرازات كورونا أحيانًا في فيفوعلى رؤوس الأشجار وصواري السفن وما إلى ذلك ("حرائق سانت إلمو"). يجب مراعاة تفريغ كورونا في هندسة الجهد العالي عندما يحدث هذا التفريغ حول أسلاك خطوط الطاقة عالية الجهد ويؤدي إلى فقد الطاقة. يجد تفريغ كورونا تطبيقًا عمليًا مفيدًا في المرسبات الكهروستاتيكية للتنظيف الغازات الصناعيةمن شوائب الجسيمات الصلبة والسائلة.

مع زيادة الجهد بين الأقطاب الكهربائية ، يتحول تفريغ الهالة إلى شرارة مع انهيار كامل للفجوة بين الأقطاب

أقطاب كهربائية. لها شكل شعاع من القنوات المتفرعة المتعرجة الساطعة ، تخترق على الفور فجوة التفريغ وتستبدل بعضها البعض بشكل غريب. يصاحب تفريغ الشرارة إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، وهج أبيض مائل للزرقة وطقطقة قوية. يمكن ملاحظته بين كرات آلة الكهربية. مثال على تفريغ شرارة عملاق هو البرق الطبيعي ، حيث تصل شدة التيار إلى 5-105 أ ، وفرق الجهد 109 فولت.

نظرًا لأن تفريغ الشرارة يحدث عند ضغط جوي (وأعلى) ، فإن جهد الإشعال مرتفع جدًا: في الهواء الجاف ، مع وجود مسافة بين الأقطاب الكهربائية 1 سم ، يكون حوالي 30 كيلو فولت.

القوس الكهربائي.يعتبر القوس الكهربائي نوعًا مهمًا عمليًا من التفريغ المستقل للغاز. عندما يتلامس قطبان من الكربون أو المعدن ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة عند نقطة التلامس بسبب مقاومة التلامس العالية. نتيجة لذلك ، يبدأ الانبعاث الحراري ، وعندما يتم تحريك الأقطاب الكهربائية بينهما ، ينشأ قوس مضيء من غاز عالي التأين وجيد التوصيل. تصل شدة التيار حتى في قوس صغير إلى عدة أمبيرات ، وفي قوس كبير - عدة مئات من الأمبيرات بجهد يبلغ حوالي 50 فولت. ويستخدم القوس الكهربائي على نطاق واسع في التكنولوجيا كمصدر قوي للضوء وفي الأفران الكهربائية ولحام كهربائي . مجال تثبيط ضعيف بجهد حوالي 0.5 فولت. هذا الحقل يمنع الإلكترونات البطيئة من الوصول إلى القطب الموجب. تنبعث الإلكترونات من الكاثود K ويتم تسخينها بواسطة التيار الكهربائي.

على التين. يوضح الشكل 105 اعتماد القوة الحالية في دائرة الأنود على الجهد المتسارع الذي تم الحصول عليه في هذه التجارب.

تقدير مستويات الطاقة الذرية.لا يمكن تفسير هذا الاعتماد للتيار على الجهد إلا من خلال وجود حالات ثابتة منفصلة في ذرات الزئبق. إذا لم يكن للذرة حالات ثابتة منفصلة ، أي لها الطاقة الداخليةيمكن أن تأخذ أي قيمة ، فإن الاصطدامات غير المرنة ، المصحوبة بزيادة في الطاقة الداخلية للذرة ، يمكن أن تحدث في أي طاقة إلكترونية. إذا كانت هناك حالات منفصلة ، فإن تصادمات الإلكترونات مع الذرات يمكن أن تكون مرنة فقط ، طالما أن طاقة الإلكترونات غير كافية لنقل الذرة من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة الأقل.

أثناء الاصطدامات المرنة ، لا تتغير الطاقة الحركية للإلكترونات عمليًا ، لأن كتلة الإلكترون أقل بكثير من كتلة ذرة الزئبق. في ظل هذه الظروف ، يزداد عدد الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب بشكل رتيب مع زيادة الجهد. عندما يصل الجهد المتسارع إلى 4.9 فولت ، تصبح اصطدام الإلكترونات بالذرات غير مرنة. تزداد الطاقة الداخلية للذرات بشكل مفاجئ ، ويفقد الإلكترون تقريبًا كل طاقته الحركية نتيجة الاصطدام.

لا يسمح مجال التثبيط أيضًا للإلكترونات البطيئة بالوصول إلى القطب الموجب ، وينخفض ​​التيار بشكل حاد. لا يختفي فقط لأن بعض الإلكترونات تصل إلى الشبكة دون التعرض لتصادمات غير مرنة. يتم الحصول على الحد الأقصى الثاني واللاحق لقوة التيار لأنه عند الفولتية التي تكون مضاعفات 4.9 فولت ، يمكن للإلكترونات في طريقها إلى الشبكة أن تتعرض للعديد من الاصطدامات غير المرنة مع ذرات الزئبق.

لذلك ، لا يكتسب الإلكترون الطاقة اللازمة للتصادم غير المرن إلا بعد مروره بفرق جهد قدره 4.9 فولت. وهذا يعني أن الطاقة الداخلية لذرات الزئبق لا يمكن أن تتغير بمقدار أقل من فولت ، مما يثبت عدم انتظام طيف الطاقة في ذرة. يتم تأكيد صحة هذا الاستنتاج أيضًا من خلال حقيقة أنه عند جهد 4.9 فولت ، يبدأ التفريغ في التوهج: ذرات مثارة أثناء تلقائية

تنبعث من التحولات إلى الحالة الأرضية ضوء مرئي، يتطابق تواترها مع ذلك المحسوب بواسطة الصيغة

في التجارب الكلاسيكية لفرانك وهيرتز ، حددت طريقة تأثير الإلكترون ليس فقط إمكانات الإثارة ، ولكن أيضًا إمكانات التأين لعدد من الذرات.

أعط مثالاً لتجربة إلكتروستاتيكية تُظهر أن الهواء الجاف عازل جيد.

أين خصائص عزل الهواء المستخدمة في الهندسة؟

ما هو تصريف الغاز غير الذاتي؟ تحت أي ظروف تعمل؟

اشرح لماذا يتناسب معدل الانخفاض في التركيز بسبب إعادة التركيب مع مربع تركيز الإلكترونات والأيونات. لماذا يمكن اعتبار هذه التركيزات هي نفسها؟

لماذا لا معنى لقانون تقليل التركيز المعبر عنه بالصيغة (3) لإدخال مفهوم الوقت المميز ، والذي يستخدم على نطاق واسع لعمليات الانحلال الأسي ، على الرغم من أن العمليات في كلتا الحالتين تستمر ، بشكل عام ، لفترة طويلة إلى ما لا نهاية وقت؟

لماذا تعتقد أن العلامات المعاكسة يتم اختيارها في تعريفات التنقل في الصيغ (4) للإلكترونات والأيونات؟

كيف تعتمد القوة الحالية في تفريغ الغاز غير المستدام على الجهد المطبق؟ لماذا يحدث الانتقال من قانون أوم إلى تيار التشبع مع زيادة الجهد؟

يتم تنفيذ التيار الكهربائي في الغاز بواسطة كل من الإلكترونات والأيونات. ومع ذلك ، فإن شحنات علامة واحدة فقط تأتي إلى كل قطب كهربائي. كيف يتفق هذا مع حقيقة أن شدة التيار هي نفسها في جميع أقسام الدائرة المتسلسلة؟

لماذا في تأين الغاز في التفريغ بسبب الاصطدامات دور كبيرهل تلعب الإلكترونات وليس الأيونات الموجبة؟

يصف صفاتأنواع مختلفة من تصريف الغاز المستقل.

لماذا تشهد نتائج تجارب فرانك وهيرتز على عدم وضوح مستويات طاقة الذرات؟

يصف العمليات الفيزيائيةيحدث في أنبوب تفريغ الغاز في تجارب فرانك وهيرتز ، مع زيادة في الجهد المتسارع.

لا توجد عوازل مطلقة في الطبيعة. يمكن أن تحدث الحركة المنظمة للجسيمات - حاملات الشحنة الكهربائية - أي التيار ، في أي وسيط ، لكن هذا يتطلب شروط خاصة. سننظر هنا في كيفية حدوث الظواهر الكهربائية في الغازات وكيف يمكن تغيير الغاز من عازل جيد جدًا إلى موصل جيد جدًا. سنهتم بالظروف التي تنشأ في ظلها ، وكذلك بما يتميز به التيار الكهربائي في الغازات.

الخواص الكهربائية للغازات

المادة العازلة هي مادة (وسط) لا يصل فيها تركيز الجسيمات - الناقلات الحرة لشحنة كهربائية - إلى أي قيمة معنوية ، ونتيجة لذلك تكون الموصلية ضئيلة. جميع الغازات عوازل كهربائية جيدة. يتم استخدام خصائص العزل الخاصة بهم في كل مكان. على سبيل المثال ، في أي قاطع دارة ، يحدث فتح الدائرة عندما يتم وضع جهات الاتصال في مثل هذا الوضع بحيث تتشكل فجوة هوائية بينها. يتم أيضًا عزل الأسلاك في خطوط الطاقة عن بعضها البعض بواسطة طبقة هوائية.

الوحدة الهيكلية لأي غاز هي جزيء. تتكون من نوى ذرية وسحب إلكترونية ، أي أنها مجموعة من الشحنات الكهربائية موزعة في الفضاء بطريقة ما. يمكن أن يكون جزيء الغاز بسبب خصائص هيكله أو يكون مستقطبًا تحت تأثير مجال كهربائي خارجي. الغالبية العظمى من الجزيئات التي يتكون منها الغاز تكون متعادلة كهربائيًا في ظل الظروف العادية ، لأن الشحنات فيها تلغي بعضها البعض.

إذا تم تطبيق مجال كهربائي على الغاز ، فستفترض الجزيئات اتجاه ثنائي القطب ، وتحتل موقعًا مكانيًا يعوض عن تأثير المجال. ستبدأ الجسيمات المشحونة الموجودة في الغاز تحت تأثير قوى كولوم في التحرك: الأيونات الموجبة - في اتجاه الكاثود والأيونات السالبة والإلكترونات - نحو القطب الموجب. ومع ذلك ، إذا كان الحقل يحتوي على إمكانات غير كافية ، فلن يحدث تدفق واحد موجه من الشحنات ، ويمكن للمرء أن يتحدث عن تيارات منفصلة ، ضعيفة للغاية بحيث يجب إهمالها. يتصرف الغاز مثل العازل.

وبالتالي ، من أجل حدوث تيار كهربائي في الغازات ، يلزم وجود تركيز عالٍ من ناقلات الشحن المجاني ووجود حقل.

التأين

تسمى عملية الزيادة التي تشبه الانهيار الجليدي في عدد الشحنات المجانية في الغاز بالتأين. وفقًا لذلك ، يُطلق على الغاز الذي توجد فيه كمية كبيرة من الجسيمات المشحونة اسم مؤين. في مثل هذه الغازات يتم إنشاء تيار كهربائي.

ترتبط عملية التأين بانتهاك حيادية الجزيئات. نتيجة لانفصال الإلكترون ، تظهر الأيونات الموجبة ، ويؤدي ارتباط الإلكترون بجزيء إلى تكوين أيون سالب. بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من الإلكترونات الحرة في الغاز المتأين. الأيونات الموجبة وخاصة الإلكترونات هي ناقلات الشحنة الرئيسية للتيار الكهربائي في الغازات.

يحدث التأين عندما يتم نقل كمية معينة من الطاقة إلى الجسيم. وهكذا ، فإن الإلكترون الخارجي في تكوين الجزيء ، بعد أن تلقى هذه الطاقة ، يمكنه ترك الجزيء. تؤدي التصادمات المتبادلة للجسيمات المشحونة مع الجسيمات المحايدة إلى إخراج إلكترونات جديدة ، وتتخذ العملية طابعًا يشبه الانهيار الجليدي. تزداد الطاقة الحركية للجسيمات أيضًا ، مما يعزز التأين بشكل كبير.

من أين تأتي الطاقة المستهلكة في إثارة التيار الكهربائي في الغازات؟ يحتوي تأين الغازات على العديد من مصادر الطاقة ، والتي وفقًا لها من المعتاد تسمية أنواعها.

1. التأين بواسطة مجال كهربائي. في هذه الحالة ، يتم تحويل الطاقة الكامنة للمجال إلى الطاقة الحركية للجسيمات.
2. التأين الحراري. تؤدي زيادة درجة الحرارة أيضًا إلى تكوين عدد كبير من الشحنات المجانية.
3. التأين الضوئي. جوهر هذه العملية هو أن الكميات تنقل الطاقة إلى الإلكترونات الاشعاع الكهرومغناطيسي- الفوتونات ، إذا كان لها تردد عالٍ بدرجة كافية (الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة السينية ، جاما كوانتا).
4. التأين الصدمي هو نتيجة تحويل الطاقة الحركية للجسيمات المتصادمة إلى طاقة انفصال الإلكترون. إلى جانب التأين الحراري ، فهو بمثابة العامل الرئيسي في إثارة التيار الكهربائي في الغازات.

يتميز كل غاز بقيمة عتبة معينة - طاقة التأين اللازمة للإلكترون للانفصال عن الجزيء ، والتغلب على حاجز محتمل. تتراوح هذه القيمة للإلكترون الأول من عدة فولت إلى عشرين فولت ؛ هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة لفصل الإلكترون التالي عن الجزيء ، وهكذا.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في وقت واحد مع التأين في الغاز ، تحدث العملية العكسية - إعادة التركيب ، أي استعادة الجزيئات المحايدة تحت تأثير قوى الجذب كولوم.

تصريف الغاز وأنواعه

لذلك ، فإن التيار الكهربائي في الغازات ناتج عن الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق عليها. وجود مثل هذه الرسوم ، بدوره ، ممكن بسبب عوامل التأين المختلفة.

وبالتالي ، يتطلب التأين الحراري درجات حرارة كبيرة، ولكن اللهب المكشوف بسبب بعض العمليات الكيميائية يعزز التأين. حتى في درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا في وجود اللهب ، يتم تسجيل ظهور تيار كهربائي في الغازات ، وتجربه مع موصلية الغاز تجعل من السهل التحقق من ذلك. من الضروري وضع شعلة الموقد أو الشمعة بين ألواح المكثف المشحون. ستغلق الدائرة المفتوحة مسبقًا بسبب فجوة الهواء في المكثف. سيُظهر الجلفانومتر المتصل بالدائرة وجود التيار.

يسمى التيار الكهربائي في الغازات بتفريغ الغاز. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه من أجل الحفاظ على استقرار التفريغ ، يجب أن يكون عمل المؤين ثابتًا ، لأنه بسبب إعادة التركيب المستمر ، يفقد الغاز خصائصه الموصلة للكهرباء. يتم تحييد بعض ناقلات التيار الكهربائي في الغازات - الأيونات - على الأقطاب الكهربائية ، بينما يتم إرسال البعض الآخر - الإلكترونات - التي تصل إلى القطب الموجب ، إلى "موجب" المصدر الميداني. إذا توقف العامل المؤين عن العمل ، فسيصبح الغاز على الفور عازلًا للكهرباء مرة أخرى ، وسيتوقف التيار. يسمى هذا التيار ، الذي يعتمد على عمل مؤين خارجي ، بتفريغ غير مستدام ذاتيًا.

يتم وصف ميزات مرور التيار الكهربائي عبر الغازات من خلال اعتماد خاص لقوة التيار على الجهد - خاصية الجهد الحالي.

دعونا نفكر في تطوير تفريغ الغاز على الرسم البياني لاعتماد الجهد الحالي. عندما يرتفع الجهد إلى قيمة معينة U 1 ، يزداد التيار بما يتناسب معها ، أي يتم استيفاء قانون أوم. تزداد الطاقة الحركية ، وبالتالي سرعة الشحنات في الغاز ، وهذه العملية تسبق إعادة التركيب. عند قيم الجهد من U 1 إلى U 2 ، يتم انتهاك هذه العلاقة ؛ عندما يتم الوصول إلى U 2 ، تصل جميع ناقلات الشحنة إلى الأقطاب الكهربائية دون أن يتوفر لها وقت لإعادة الاتحاد. الجميع رسوم مجانيةتعمل ، ولا تؤدي الزيادة الأخرى في الجهد إلى زيادة القوة الحالية. هذه الطبيعة لحركة الشحنات تسمى تيار التشبع. وبالتالي ، يمكننا القول أن التيار الكهربائي في الغازات يرجع أيضًا إلى خصائص سلوك الغاز المتأين في المجالات الكهربائية ذات نقاط القوة المختلفة.

عندما يصل فرق الجهد عبر الأقطاب إلى قيمة معينة U 3 ، يصبح الجهد كافيًا للمجال الكهربائي لإحداث تأين شبيه بانهيار الغاز. الطاقة الحركية للإلكترونات الحرة كافية بالفعل لتأثير تأين الجزيئات. في الوقت نفسه ، تبلغ سرعتها في معظم الغازات حوالي 2000 كم / ثانية وأعلى (يتم حسابها بالصيغة التقريبية v = 600 U i ، حيث U i هي إمكانية التأين). في هذه اللحظة ، يحدث انهيار للغاز وتحدث زيادة كبيرة في التيار بسبب مصدر التأين الداخلي. لذلك ، يسمى هذا التفريغ مستقل.

لم يعد وجود المؤين الخارجي في هذه الحالة يلعب دورًا في الحفاظ على التيار الكهربائي في الغازات. التفريغ الذاتي في ظروف مختلفةوعلى خصائص مختلفةقد يكون لمصدر المجال الكهربائي ميزات معينة. هناك أنواع من التفريغ الذاتي مثل التوهج والشرارة والقوس والإكليل. سننظر بإيجاز في كيفية تصرف التيار الكهربائي في الغازات لكل نوع من هذه الأنواع.

فرق الجهد من 100 (وحتى أقل) إلى 1000 فولت كافٍ لبدء التفريغ الذاتي. لذلك ، فإن التفريغ المتوهج ، الذي يتميز بقوة تيار منخفضة (من 10 -5 أ إلى 1 أ) ، يحدث عند ضغوط لا تزيد عن بضعة ملليمترات من الزئبق.

في أنبوب به غاز مخلخ وأقطاب كهربائية باردة ، يبدو تفريغ الوهج الناشئ مثل سلك مضيء رفيع بين الأقطاب الكهربائية. إذا واصلنا ضخ الغاز من الأنبوب ، فسيتم غسل الفتيل ، وعند ضغط أعشار ملليمترات من الزئبق ، يملأ الوهج الأنبوب بالكامل تقريبًا. الوهج غائب بالقرب من الكاثود - في ما يسمى مساحة الكاثود المظلم. الباقي يسمى العمود الموجب. في هذه الحالة ، يتم تحديد العمليات الرئيسية التي تضمن وجود التفريغ بدقة في مساحة الكاثود المظلمة وفي المنطقة المجاورة لها. هنا ، يتم تسريع جسيمات الغاز المشحونة ، مما يؤدي إلى إخراج الإلكترونات من الكاثود.

في التفريغ المتوهج ، يكون سبب التأين هو انبعاث الإلكترون من الكاثود. تنتج الإلكترونات المنبعثة من الكاثود تأينًا تصادميًا لجزيئات الغاز ، وتسبب الأيونات الموجبة الناشئة انبعاثًا ثانويًا من الكاثود ، وما إلى ذلك. يرجع توهج العمود الموجب أساسًا إلى ارتداد الفوتونات بواسطة جزيئات الغاز المثارة ، وتتميز الغازات المختلفة بتوهج لون معين. يشارك العمود الموجب في تكوين تفريغ توهج فقط كقسم دائرة كهربائية. إذا قمت بتقريب الأقطاب الكهربائية من بعضها ، يمكنك تحقيق اختفاء العمود الموجب ، لكن التفريغ لن يتوقف. ومع ذلك ، مع مزيد من الانخفاض في المسافة بين الأقطاب الكهربائية ، لا يمكن أن يوجد تفريغ الوهج.

وتجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لهذا النوع من التيار الكهربائي في الغازات ، لم يتم بعد توضيح فيزياء بعض العمليات بشكل كامل. على سبيل المثال ، تظل طبيعة القوى التي تسبب زيادة في التيار لتوسيع المنطقة على سطح الكاثود الذي يشارك في التفريغ غير واضحة.

تفريغ شرارة

انهيار الشرارة له طابع نابض. يحدث عند ضغوط قريبة من الغلاف الجوي الطبيعي ، في الحالات التي تكون فيها طاقة مصدر المجال الكهربائي غير كافية للحفاظ على تفريغ ثابت. في هذه الحالة ، تكون شدة المجال عالية ويمكن أن تصل إلى 3 MV / m. تتميز هذه الظاهرة بزيادة حادة في تيار التفريغ في الغاز ، وفي نفس الوقت ينخفض ​​الجهد بسرعة كبيرة ويتوقف التفريغ. ثم يزداد فرق الجهد مرة أخرى ، وتتكرر العملية برمتها.

مع هذا النوع من التفريغ ، تتشكل قنوات شرارة قصيرة المدى ، يمكن أن يبدأ نموها من أي نقطة بين الأقطاب الكهربائية. هذا يرجع إلى حقيقة أن تأثير التأين يحدث بشكل عشوائي في الأماكن التي أكبر عددالأيونات. بالقرب من قناة الشرارة ، يسخن الغاز بسرعة ويخضع للتمدد الحراري ، مما يتسبب في حدوث موجات صوتية. لذلك ، يكون تفريغ الشرارة مصحوبًا بطقطقة ، فضلاً عن إطلاق حرارة ووهج ساطع. تولد عمليات تأين الانهيار الجليدي في قناة الشرارة ضغوط عاليةودرجات حرارة تصل إلى 10 آلاف درجة وما فوق.

إن أبرز مثال على تفريغ الشرارة الطبيعية هو البرق. يمكن أن يتراوح قطر قناة شرارة البرق الرئيسية من بضعة سنتيمترات إلى 4 أمتار ، ويمكن أن يصل طول القناة إلى 10 كيلومترات. يصل حجم التيار إلى 500 ألف أمبير ، ويصل فرق الجهد بين السحابة الرعدية وسطح الأرض إلى مليار فولت.

لوحظ أطول برق بطول 321 كم في عام 2007 في أوكلاهوما بالولايات المتحدة الأمريكية. كان حامل الرقم القياسي في هذه المدة هو البرق ، وتم تسجيله في عام 2012 في جبال الألب الفرنسية - واستمر أكثر من 7.7 ثانية. عندما يصطدم البرق ، يمكن للهواء أن يسخن حتى 30 ألف درجة ، وهو ما يزيد 6 مرات عن درجة حرارة سطح الشمس المرئي.

في الحالات التي تكون فيها قوة مصدر المجال الكهربائي كبيرة بدرجة كافية ، يتطور تفريغ الشرارة إلى تفريغ القوس.

يتميز هذا النوع من التفريغ الذاتي بكثافة تيار عالية وانخفاض الجهد (أقل من تفريغ الوهج). مسافة الانهيار صغيرة بسبب قرب الأقطاب الكهربائية. يبدأ التفريغ عن طريق انبعاث إلكترون من سطح الكاثود (بالنسبة للذرات المعدنية ، تكون إمكانية التأين صغيرة مقارنة بجزيئات الغاز). أثناء الانهيار بين الأقطاب الكهربائية ، يتم إنشاء الظروف التي يقوم الغاز بموجبها بإجراء تيار كهربائي ، ويحدث تفريغ شرارة ، مما يؤدي إلى إغلاق الدائرة. إذا كانت قوة مصدر الجهد كبيرة بما يكفي ، فإن تفريغ الشرارة يتحول إلى قوس كهربائي مستقر.

يصل التأين أثناء تفريغ القوس إلى 100٪ تقريبًا ، وتكون القوة الحالية عالية جدًا ويمكن أن تتراوح من 10 إلى 100 أمبير. في الضغط الجويالقوس قادر على تسخين ما يصل إلى 5-6 آلاف درجة ، والكاثود - حتى 3 آلاف درجة ، مما يؤدي إلى حرارة شديدة انبعاث إلكترونيمن سطحه. يؤدي قصف الأنود بالإلكترونات إلى تدمير جزئي: تتشكل فترة راحة عليه - فوهة بركان تبلغ درجة حرارة حوالي 4000 درجة مئوية. تؤدي زيادة الضغط إلى زيادة أكبر في درجة الحرارة.

عند تمييع الأقطاب الكهربائية ، يظل تفريغ القوس مستقرًا حتى مسافة معينة ، مما يجعل من الممكن التعامل معه في تلك الأجزاء من المعدات الكهربائية حيث يكون ضارًا بسبب التآكل وحرق جهات الاتصال التي يسببها. هذه هي الأجهزة مثل المفاتيح ذات الجهد العالي والمفاتيح التلقائية والموصلات وغيرها. تتمثل إحدى طرق مكافحة القوس الذي يحدث عند فتح جهات الاتصال في استخدام مزالق القوس بناءً على مبدأ تمديد القوس. يتم أيضًا استخدام العديد من الطرق الأخرى: تحويل جهات الاتصال ، واستخدام مواد ذات قدرة تأين عالية ، وما إلى ذلك.

يحدث تطور التفريغ الإكليلي عند الضغط الجوي العادي في حقول غير متجانسة بشكل حاد بالقرب من أقطاب كهربائية ذات انحناء كبير للسطح. يمكن أن تكون هذه أبراج ، صواري ، أسلاك ، عناصر مختلفة من المعدات الكهربائية التي لديها شكل معقدوحتى شعر الإنسان. يسمى هذا القطب بإلكترود الإكليل. عمليات التأين ، وبالتالي ، فإن توهج الغاز يحدث بالقرب منه فقط.

يمكن أن تتشكل الهالة على كل من الكاثود (الإكليل السالب) عندما يتم قصفها بالأيونات ، وعلى الأنود (الموجب) نتيجة التأين الضوئي. تتميز الهالة السالبة ، التي يتم فيها توجيه عملية التأين بعيدًا عن القطب نتيجة الانبعاث الحراري ، بتوهج متساوٍ. في الهالة الموجبة ، يمكن ملاحظة اللافتات - خطوط مضيئة لتكوين معطل يمكن أن تتحول إلى قنوات شرارة.

مثال على تفريغ الاكليل في الظروف الطبيعيةهي تلك التي تظهر على أطراف الصواري العالية ، وقمم الأشجار ، وما إلى ذلك. تتشكل بقوة مجال كهربائي عالية في الغلاف الجوي ، غالبًا قبل عاصفة رعدية أو أثناء عاصفة ثلجية. بالإضافة إلى ذلك ، تم تثبيتها على جلد الطائرات التي سقطت في سحابة من الرماد البركاني.

يؤدي تفريغ كورونا على أسلاك خطوط الكهرباء إلى خسائر كبيرة في الكهرباء. عند الجهد العالي ، يمكن أن يتحول تفريغ الهالة إلى قوس. يتم مكافحتها بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، عن طريق زيادة نصف قطر انحناء الموصلات.

التيار الكهربائي في الغازات والبلازما

يُطلق على الغاز المتأين كليًا أو جزئيًا اسم البلازما ويعتبر الحالة الرابعة للمادة. بشكل عام ، البلازما محايدة كهربائياً ، لأن الشحنة الكلية للجسيمات المكونة لها هي صفر. وهذا ما يميزه عن الأنظمة الأخرى للجسيمات المشحونة ، مثل الحزم الإلكترونية على سبيل المثال.

في ظل الظروف الطبيعية ، تتشكل البلازما ، كقاعدة عامة ، في درجات حرارة عالية بسبب اصطدام ذرات الغاز بسرعات عالية. الغالبية العظمى من المادة الباريونية في الكون في حالة البلازما. هذه هي النجوم ، جزء من مادة بين النجوم ، غاز بين المجرات. طبقة الأيونوسفير للأرض هي أيضًا بلازما متأينة ضعيفة التأين.

درجة التأين خاصية مهمةالبلازما - الخصائص الموصلة تعتمد عليها. يتم تعريف درجة التأين على أنها نسبة عدد الذرات المتأينة إلى العدد الإجمالي للذرات لكل وحدة حجم. كلما تأين البلازما ، زادت موصليةها الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، لديها قدرة عالية على الحركة.

لذلك نرى أن الغازات التي توصل الكهرباء داخل قناة التفريغ ما هي إلا بلازما. وبالتالي ، فإن التفريغ الوهج والإكليل أمثلة على البلازما الباردة ؛ تعتبر قناة الشرارة أو القوس الكهربائي أمثلة على البلازما الساخنة المتأينة بالكامل تقريبًا.

التيار الكهربائي في المعادن والسوائل والغازات - الاختلافات والتشابهات

دعونا نفكر في الميزات التي تميز تفريغ الغاز مقارنة بخصائص التيار في الوسائط الأخرى.

في المعادن ، التيار هو الحركة الموجهة للإلكترونات الحرة التي لا تنطوي على تغييرات كيميائية. تسمى الموصلات من هذا النوع الموصلات من النوع الأول ؛ وتشمل هذه بالإضافة إلى المعادن والسبائك والفحم وبعض الأملاح والأكاسيد. تتميز بالموصلية الإلكترونية.

الموصلات من النوع الثاني هي الإلكتروليتات ، أي المحاليل المائية السائلة للقلويات والأحماض والأملاح. يرتبط مرور التيار بتغير كيميائي في المنحل بالكهرباء - التحليل الكهربائي. أيونات مادة مذابة في الماء ، تحت تأثير فرق الجهد ، تتحرك في اتجاهين متعاكسين: الكاتيونات الموجبة - إلى الكاثود ، والأنيونات السالبة - إلى القطب الموجب. تكون العملية مصحوبة بتطور غاز أو ترسب طبقة معدنية على الكاثود. تتميز الموصلات من النوع الثاني بالتوصيل الأيوني.

أما بالنسبة للتوصيلية للغازات فهي أولاً مؤقتة ، وثانياً لها علامات تشابه واختلاف مع كل منها. لذلك ، فإن التيار الكهربائي في كل من الإلكتروليتات والغازات هو انجراف للجسيمات المشحونة عكسيا موجهة نحو الأقطاب الكهربائية المعاكسة. ومع ذلك ، في حين تتميز الإلكتروليتات بالتوصيل الأيوني البحت ، في تفريغ الغاز مع مزيج من الإلكترونية و الأنواع الأيونيةالتوصيل ، الدور القيادي ينتمي إلى الإلكترونات. الفرق الآخر بين التيار الكهربائي في السوائل والغازات هو طبيعة التأين. في المنحل بالكهرباء ، تنفصل جزيئات المركب المذاب في الماء ، ولكن في الغاز ، لا تتفكك الجزيئات ، ولكنها تفقد الإلكترونات فقط. لذلك ، فإن تصريف الغاز ، مثل التيار في المعادن ، لا يرتبط بالتغيرات الكيميائية.

كما أن التيار في السوائل والغازات مختلف. تخضع موصلية الإلكتروليتات ككل لقانون أوم ، ولكن لا يتم ملاحظتها أثناء تفريغ الغاز. إن خاصية الجهد الحالي للغازات لديها أكثر من ذلك بكثير طبيعة معقدةيرتبط بخصائص البلازما.

يجب الإشارة أيضًا إلى السمات العامة والمميزة للتيار الكهربائي في الغازات وفي الفراغ. الفراغ هو تقريبا عازل مثالي. "تقريبًا" - لأنه في الفراغ ، على الرغم من عدم وجود ناقلات شحن مجانية (بتعبير أدق ، تركيز منخفض للغاية) ، من الممكن أيضًا وجود تيار. لكن الناقلات المحتملة موجودة بالفعل في الغاز ، فهي تحتاج فقط إلى التأين. يتم إحضار ناقلات الشحن في الفراغ من المادة. كقاعدة عامة ، يحدث هذا في عملية انبعاث الإلكترون ، على سبيل المثال ، عند تسخين الكاثود (انبعاث حراري). ولكن أيضًا في أنواع مختلفة من تصريفات الغاز ، كما رأينا ، يلعب الانبعاث دور مهم.

استخدام تصريفات الغاز في التكنولوجيا

تمت بالفعل مناقشة الآثار الضارة لبعض التصريفات بإيجاز أعلاه. الآن دعنا ننتبه إلى الفوائد التي يجلبونها في الصناعة وفي الحياة اليومية.

يستخدم تفريغ الوهج في الهندسة الكهربائية (مثبتات الجهد) ، في تكنولوجيا الطلاء (طريقة رش الكاثود المبنية على ظاهرة تآكل الكاثود). في الإلكترونيات ، يتم استخدامه لإنتاج حزم الأيونات والإلكترون. من المجالات المعروفة لتطبيق تصريفات التوهج مصابيح الفلورسنت وما يسمى بالمصابيح الاقتصادية وأنابيب تفريغ النيون والأرجون المزخرفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام التفريغ المتوهج في التحليل الطيفي وفي التحليل الطيفي.

يتم استخدام تفريغ الشرارة في الصمامات ، وفي طرق التآكل الكهربائي للمعالجة الدقيقة للمعادن (القطع بالشرر ، والحفر ، وما إلى ذلك). لكنها تشتهر باستخدامها في شمعات الإشعال لمحركات الاحتراق الداخلي وفي الأجهزة المنزلية(مواقد الغاز).

تم استخدام تفريغ القوس لأول مرة في تقنية الإضاءة في عام 1876 (شمعة Yablochkov - "الضوء الروسي") ، ولا يزال يعمل كمصدر للضوء - على سبيل المثال ، في أجهزة العرض والمصابيح الكاشفة القوية. في الهندسة الكهربائية ، يستخدم القوس في مقومات الزئبق. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في اللحام الكهربائي ، وقطع المعادن ، والأفران الكهربائية الصناعية لصهر الفولاذ والسبائك.

يجد تفريغ كورونا تطبيقًا في المرسبات الكهروستاتيكية لتنقية الغاز الأيوني ، في عدادات الجسيمات الأولية ، في قضبان الصواعق ، في أنظمة تكييف الهواء. يعمل تفريغ الهالة أيضًا في آلات التصوير وطابعات الليزر ، حيث يتم شحن وتفريغ الأسطوانة الحساسة للضوء ونقل المسحوق من الأسطوانة إلى الورق.

وبالتالي ، فإن تصريفات الغاز من جميع الأنواع تجد أكثر من غيرها تطبيق واسع. يتم استخدام التيار الكهربائي في الغازات بنجاح وفعالية في العديد من مجالات التكنولوجيا.

تتشكل من خلال الحركة الموجهة للإلكترونات الحرة وفي هذه الحالة لا تحدث أي تغييرات في المادة التي يتكون منها الموصل.

تسمى هذه الموصلات ، التي لا يكون فيها مرور التيار الكهربائي مصحوبًا بتغيرات كيميائية في مادتها موصلات من النوع الأول. وتشمل جميع المعادن والفحم وعدد من المواد الأخرى.

ولكن هناك أيضًا موصلات للتيار الكهربائي في الطبيعة ، حيث تحدث الظواهر الكيميائية أثناء مرور التيار. تسمى هذه الموصلات موصلات من النوع الثاني. وتشمل هذه بشكل أساسي محاليل مختلفة في ماء الأحماض والأملاح والقلويات.

إذا صببت الماء في وعاء زجاجي وأضفت إليه بضع قطرات من حامض الكبريتيك (أو بعض الأحماض أو القلويات الأخرى) ، ثم خذ لوحين معدنيين وربط الموصلات بهما عن طريق خفض هذه الألواح في الوعاء ، وربط تيار من المصدر إلى الأطراف الأخرى للموصلات من خلال مفتاح كهربائي ومقياس التيار الكهربائي ، ثم يتم إطلاق الغاز من المحلول ، وسيستمر باستمرار حتى يتم إغلاق الدائرة. الماء المحمض هو في الواقع موصل. بالإضافة إلى ذلك ، ستبدأ تغطية اللوحات بفقاعات غازية. ثم تنفصل هذه الفقاعات عن اللوحات وتخرج.

عندما يمر تيار كهربائي عبر المحلول ، تحدث تغيرات كيميائية ، ونتيجة لذلك يتم إطلاق الغاز.

الموصلات من النوع الثاني تسمى بالكهرباء ، والظاهرة التي تحدث في المنحل بالكهرباء عندما يمر تيار كهربائي عبره.

تسمى الصفائح المعدنية المغموسة في المنحل بالكهرباء بأقطاب كهربائية ؛ أحدهما ، المتصل بالقطب الموجب للمصدر الحالي ، يسمى الأنود ، والآخر ، المتصل بالقطب السالب ، يسمى الكاثود.

ما الذي يسبب مرور التيار الكهربائي في موصل سائل؟ اتضح أنه في مثل هذه المحاليل (الإلكتروليتات) ، تتحلل جزيئات الحمض (القلويات والأملاح) تحت تأثير المذيب (في هذه الحالة ، الماء) إلى مكونين ، و جسيم واحد من الجزيء له شحنة كهربائية موجبة ، والآخر سالبة.

تسمى جزيئات الجزيء التي لها شحنة كهربائية أيونات. عندما يذوب حمض أو ملح أو قلوي في الماء ، يظهر عدد كبير من الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول.

الآن يجب أن يتضح سبب مرور تيار كهربائي عبر المحلول ، لأنه بين الأقطاب المتصلة بالمصدر الحالي ، تم إنشاؤه ، بمعنى آخر ، تبين أن أحدهما مشحون بشكل إيجابي والآخر سالب. تحت تأثير هذا الاختلاف في الجهد ، بدأت الأيونات الموجبة في التحرك نحو القطب السالب - الكاثود ، والأيونات السالبة - نحو القطب الموجب.

وهكذا ، أصبحت الحركة الفوضوية للأيونات حركة مضادة منظمة للأيونات السالبة في اتجاه واحد وحركة موجبة في الاتجاه الآخر. تشكل عملية نقل الشحنة هذه تدفق التيار الكهربائي عبر الإلكتروليت وتحدث طالما يوجد فرق جهد عبر الأقطاب الكهربائية. مع اختفاء فرق الجهد ، يتوقف التيار عبر الإلكتروليت ، وتضطرب الحركة المنظمة للأيونات ، وتبدأ الحركة الفوضوية مرة أخرى.

كمثال ، ضع في اعتبارك ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يمر تيار كهربائي عبر محلول من كبريتات النحاس CuSO4 مع أقطاب نحاسية منخفضة فيه.

ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يمر التيار عبر محلول من كبريتات النحاس: C - وعاء به إلكتروليت ، B - مصدر تيار ، C - مفتاح

سيكون هناك أيضًا حركة مضادة للأيونات في الأقطاب الكهربائية. سيكون الأيون الموجب هو أيون النحاس (Cu) ، والأيون السالب سيكون أيون الحمض (SO4). أيونات النحاس ، عند ملامستها للكاثود ، سيتم تفريغها (ربط الإلكترونات المفقودة بأنفسها) ، أي أنها ستتحول إلى جزيئات محايدة من النحاس النقي ، وترسب على الكاثود في شكل أنحف طبقة (جزيئية).

يتم أيضًا تفريغ الأيونات السالبة ، بعد وصولها إلى القطب الموجب ، (التخلص من الإلكترونات الزائدة). لكن في الوقت نفسه ، يدخلون في تفاعل كيميائي مع نحاس الأنود ، ونتيجة لذلك يتم ربط جزيء من النحاس النحاس بالبقايا الحمضية SO4 ويتم تكوين جزيء من كبريتات النحاس CuS O4 ، والذي يتم إرجاعه العودة إلى المنحل بالكهرباء.

لأن هذه العملية الكيميائية منذ وقت طويل، ثم يتم ترسيب النحاس على القطب السالب ، والذي يتم تحريره من الإلكتروليت. في هذه الحالة ، بدلاً من جزيئات النحاس التي انتقلت إلى القطب السالب ، يتلقى المحلول الكهربائي جزيئات نحاسية جديدة بسبب انحلال القطب الكهربائي الثاني - الأنود.

تحدث نفس العملية إذا تم أخذ أقطاب الزنك بدلاً من النحاس ، وكان المنحل بالكهرباء عبارة عن محلول من كبريتات الزنك ZnSO4. سينتقل الزنك أيضًا من القطب الموجب إلى القطب السالب.

هكذا، الفرق بين التيار الكهربائي في المعادن والموصلات السائلةتكمن في حقيقة أنه في المعادن فقط الإلكترونات الحرة ، أي الشحنات السالبة ، هي حاملات شحنة ، بينما في الإلكتروليتات تحملها جسيمات المادة المشحونة بشكل معاكس - أيونات تتحرك في اتجاهين متعاكسين. لذلك يقولون ذلك الشوارد لها الموصلية الأيونية.

ظاهرة التحليل الكهربائيتم اكتشافه في عام 1837 من قبل B. S. Jacobi ، الذي أجرى العديد من التجارب على البحث والتحسين مصادر كيميائيةحاضِر. وجد جاكوبي أن أحد الأقطاب الكهربائية الموضوعة في محلول من كبريتات النحاس ، عندما يمر تيار كهربائي عبره ، يكون مغطى بالنحاس.

هذه الظاهرة تسمى الكهربائي، يجد تطبيقًا عمليًا واسعًا للغاية الآن. أحد الأمثلة على ذلك هو طلاء الأجسام المعدنية بطبقة رقيقة من معادن أخرى ، مثل طلاء النيكل ، والتذهيب ، والطلاء بالفضة ، إلخ.

الغازات (بما في ذلك الهواء) لا توصل الكهرباء في الظروف العادية. على سبيل المثال ، يتم عزل العراة ، التي يتم تعليقها بشكل موازٍ لبعضها البعض ، عن بعضها البعض بواسطة طبقة من الهواء.

ومع ذلك ، تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة ، فرق جهد كبير ، وأسباب أخرى ، تتأين الغازات ، مثل الموصلات السائلة ، أي جزيئات جزيئات الغاز بأعداد كبيرة ، والتي ، كونها ناقلات للكهرباء ، تساهم في المرور من التيار الكهربائي عبر الغاز.

لكن في نفس الوقت ، يختلف تأين الغاز عن تأين موصل سائل. إذا انكسر جزيء ما إلى جزأين مشحونين في سائل ، ثم في الغازات ، تحت تأثير التأين ، يتم دائمًا فصل الإلكترونات عن كل جزيء ويبقى أيون في شكل جزء موجب الشحنة من الجزيء.

على المرء فقط أن يوقف تأين الغاز ، لأنه لم يعد موصلًا ، بينما يبقى السائل دائمًا موصلًا للتيار الكهربائي. وبالتالي ، فإن موصلية الغاز هي ظاهرة مؤقتة ، تعتمد على تأثير العوامل الخارجية.

ومع ذلك ، هناك واحد آخر يسمى تفريغ القوسأو مجرد قوس كهربائي. تم اكتشاف ظاهرة القوس الكهربائي في بداية القرن التاسع عشر بواسطة أول مهندس كهربائي روسي V.V. Petrov.

بيتروف ، الذي أجرى العديد من التجارب ، وجد أن ما بين اثنين فحم، متصلاً بمصدر تيار ، يوجد تفريغ كهربائي مستمر عبر الهواء ، مصحوبًا بضوء ساطع. في كتاباته ، كتب في.في.بتروف أنه في هذه الحالة ، "يمكن أن يضيء السلام المظلم بشكل ساطع". لذلك لأول مرة تم الحصول على ضوء كهربائي ، والذي تم تطبيقه عمليًا بواسطة عالم كهربائي روسي آخر بافيل نيكولايفيتش يابلوشكوف.

أحدثت "شمعة يابلوشكوف" ، التي يقوم عملها على استخدام القوس الكهربائي ، ثورة حقيقية في الهندسة الكهربائية في تلك الأيام.

يستخدم تفريغ القوس كمصدر للضوء حتى اليوم ، على سبيل المثال ، في الكشافات وأجهزة العرض. حرارةيسمح لك تفريغ القوس باستخدامه. في الوقت الحاضر ، تُستخدم أفران القوس التي تعمل بتيار عالٍ جدًا في عدد من الصناعات: لصهر الفولاذ ، والحديد الزهر ، والسبائك الحديدية ، والبرونز ، وما إلى ذلك. وفي عام 1882 ، استخدم N.N. Benardos لأول مرة تفريغ القوس لقطع المعادن ولحامها.

في أنابيب ضوء الغاز ، ومصابيح الفلورسنت ، ومثبتات الجهد ، للحصول على أشعة الإلكترون والأيونات ، ما يسمى توهج تفريغ الغاز.

يتم استخدام تفريغ شرارة لقياس الفروق الكبيرة في الجهد باستخدام فجوة كروية ، يكون أقطابها كرتين معدنيتين بسطح مصقول. يتم تحريك الكرات بعيدًا ، ويتم تطبيق فرق جهد مُقاس عليها. ثم يتم تجميع الكرات معًا حتى تقفز شرارة بينهما. بمعرفة قطر الكرات والمسافة بينها وضغط الهواء ودرجة الحرارة ورطوبة الهواء ، يجدون فرق الجهد بين الكرات وفقًا لجداول خاصة. يمكن استخدام هذه الطريقة لقياس الفروق المحتملة لترتيب عشرات الآلاف من الفولتات في حدود نسبة مئوية قليلة.

لنقم بالتجربة التالية.

صورة

دعنا نعلق مقياسًا كهربيًا على أقراص مكثف مسطح. بعد ذلك ، نقوم بشحن المكثف. في درجات الحرارة العادية والهواء الجاف ، سيُفرغ المكثف ببطء شديد. من هذا يمكننا أن نستنتج أن التيار في الهواء بين الأقراص صغير جدًا.

لذلك ، في ظل الظروف العادية ، يكون الغاز عازلًا للكهرباء. إذا قمنا الآن بتسخين الهواء بين ألواح المكثف ، فإن إبرة المقياس الكهربي ستقترب بسرعة من الصفر ، وبالتالي ، سيتم تفريغ المكثف. هذا يعني أنه يتم إنشاء تيار كهربائي في الغاز المسخن ، وسيكون هذا الغاز موصلًا.

التيار الكهربائي في الغازات

تفريغ الغاز هو عملية مرور التيار عبر الغاز. من التجربة يمكن ملاحظة أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد موصلية الهواء. بالإضافة إلى التسخين ، يمكن زيادة موصلية الغاز بطرق أخرى ، على سبيل المثال ، بفعل الإشعاع.

في ظل الظروف العادية ، تتكون الغازات بشكل أساسي من ذرات وجزيئات محايدة ، وبالتالي فهي عازلة للكهرباء. عندما نتعامل مع غاز بالإشعاع أو تسخينه ، تبدأ بعض الذرات في التحلل إلى أيونات موجبة وإلكترونات - تتأين. يحدث تأين الغاز بسبب حقيقة أنه عند تسخينها ، تزداد سرعة الجزيئات والذرات بشدة ، وعندما تتصادم مع بعضها ، تتحلل إلى أيونات.

توصيل الغاز

يتم التوصيل في الغازات بشكل أساسي بواسطة الإلكترونات. يتم الجمع بين نوعين من الموصلية في الغازات: الإلكترونية والأيونية. على عكس محاليل الإلكتروليت ، يحدث تكوين الأيونات في الغازات إما عند تسخينها أو بسبب عمل المؤينات الخارجية - الإشعاع ، بينما في المحاليل المنحل بالكهرباء ، يكون تكوين الأيونات ناتجًا عن ضعف الروابط بين الجزيئات.

إذا توقف المؤين في مرحلة ما عن تأثيره على الغاز ، فسيتوقف التيار أيضًا. في هذه الحالة ، يمكن للأيونات والإلكترونات موجبة الشحنة أن تتحد مرة أخرى - تتحد مرة أخرى. إذا لم يكن هناك مجال خارجي ، فستختفي الجسيمات المشحونة فقط بسبب إعادة التركيب.

إذا لم يتم مقاطعة عمل المؤين ، فسيتم إنشاء توازن ديناميكي. في حالة التوازن الديناميكي ، سيكون عدد أزواج الجسيمات المشكلة حديثًا (الأيونات والإلكترونات) مساويًا لعدد الأزواج المختفية - بسبب إعادة التركيب.

مجردة الفيزياء

حول موضوع:

"التيار الكهربائي في الغازات".

التيار الكهربائي في الغازات.

1. التفريغ الكهربائي في الغازات.

جميع الغازات في الحالة الطبيعيةلا توصل الكهرباء. يمكن ملاحظة ذلك من التجربة التالية:

لنأخذ مقياسًا كهربائيًا به أقراص مكثف مسطح متصلة به ونشحنه. في درجة حرارة الغرفة ، إذا كان الهواء جافًا بدرجة كافية ، فإن المكثف لا يفرغ بشكل ملحوظ - لا يتغير موضع إبرة جهاز القياس الكهربي. يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لملاحظة انخفاض في زاوية انحراف إبرة جهاز القياس الكهربي. هذا يدل على أن التيار الكهربائي في الهواء بين الأقراص صغير جدًا. تظهر هذه التجربة أن الهواء هو موصل ضعيف للتيار الكهربائي.

دعنا نعدل التجربة: دعنا نسخن الهواء بين الأقراص بلهب مصباح كحول. ثم تتناقص زاوية انحراف المؤشر الكهربي بسرعة ، أي ينخفض ​​فرق الجهد بين أقراص المكثف - يتم تفريغ المكثف. وبالتالي ، أصبح الهواء الساخن بين الأقراص موصلًا ، ويتم إنشاء تيار كهربائي فيه.

تفسر الخصائص العازلة للغازات بحقيقة عدم وجود شحنات كهربائية مجانية فيها: ذرات وجزيئات الغازات في حالتها الطبيعية محايدة.

2. تأين الغازات.

توضح التجربة أعلاه أن الجسيمات المشحونة تظهر في الغازات تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. تنشأ نتيجة لانفصال إلكترون واحد أو أكثر من ذرات الغاز ، ونتيجة لذلك يظهر أيون موجب وإلكترونات بدلاً من ذرة محايدة. يمكن التقاط جزء من الإلكترونات المشكلة بواسطة ذرات محايدة أخرى ، ثم تظهر المزيد من الأيونات السالبة. يسمى انهيار جزيئات الغاز إلى إلكترونات وأيونات موجبة تأين الغازات.

إن تسخين الغاز إلى درجة حرارة عالية ليس الطريقة الوحيدة لتأين جزيئات أو ذرات الغاز. يمكن أن يحدث تأين الغاز تحت تأثير التفاعلات الخارجية المختلفة: التسخين القوي للغاز ، والأشعة السينية ، والأشعة السينية ، والأشعة السينية ، والأشعة السينية الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي ، والأشعة الكونية ، وقصف جزيئات الغاز بواسطة الإلكترونات أو الأيونات سريعة الحركة. يتم استدعاء العوامل التي تسبب تأين الغاز المؤينات.السمة الكمية لعملية التأين هي شدة التأين ،تقاس بعدد أزواج الجسيمات المشحونة المقابلة في اللافتة التي تظهر في وحدة حجم الغاز لكل وحدة زمنية.

يتطلب تأين الذرة إنفاق طاقة معينة - طاقة التأين. لتأيين الذرة (أو الجزيء) ، من الضروري القيام بعمل ضد قوى التفاعل بين الإلكترون المقذوف وبقية جسيمات الذرة (أو الجزيء). يسمى هذا العمل عمل التأين A i. تعتمد قيمة عمل التأين على الطبيعة الكيميائية للغاز وحالة طاقة الإلكترون المقذوف في الذرة أو الجزيء.

بعد إنهاء المؤين ، يتناقص عدد الأيونات في الغاز بمرور الوقت وتختفي الأيونات تمامًا في النهاية. يفسر اختفاء الأيونات بحقيقة أن الأيونات والإلكترونات متورطة الحركة الحراريةوبالتالي تصطدم ببعضها البعض. عندما يصطدم أيون موجب وإلكترون ، يمكن أن يتحدوا في ذرة محايدة. بنفس الطريقة ، عندما يصطدم أيون موجب وسالب ، يمكن للأيون السالب أن يتخلى عن الإلكترون الزائد إلى الأيون الموجب ، ويتحول كلا الأيونات إلى ذرات متعادلة. تسمى عملية التحييد المتبادل للأيونات إعادة التركيب الأيوني.عندما يتحد أيون موجب وإلكترون أو أيونين ، يتم إطلاق طاقة معينة ، تساوي الطاقة التي يتم إنفاقها على التأين. جزئيًا ، ينبعث في شكل ضوء ، وبالتالي فإن إعادة تركيب الأيونات مصحوب بتألق (تألق إعادة التركيب).

في ظاهرة التفريغ الكهربائي في الغازات ، يلعب تأين الذرات بواسطة تأثير الإلكترون دورًا مهمًا. تتكون هذه العملية من حقيقة أن إلكترونًا متحركًا ، لديه طاقة حركية كافية ، يطرد واحدًا أو أكثر الإلكترونات الذرية، ونتيجة لذلك تتحول الذرة المحايدة إلى أيون موجب ، وتظهر إلكترونات جديدة في الغاز (سيتم مناقشة هذا لاحقًا).

يوضح الجدول أدناه طاقات التأين لبعض الذرات.

3. آلية التوصيل الكهربائي للغازات.

تشبه آلية توصيل الغاز آلية توصيل المحاليل المنحل بالكهرباء وذوبانها. في حالة عدم وجود مجال خارجي ، تتحرك الجسيمات المشحونة بشكل عشوائي ، مثل الجزيئات المحايدة. إذا وجدت الأيونات والإلكترونات الحرة نفسها في مجال كهربائي خارجي ، فإنها تدخل في حركة موجهة وتنتج تيارًا كهربائيًا في الغازات.

وبالتالي ، فإن التيار الكهربائي في الغاز هو حركة موجهة من الأيونات الموجبة إلى القطب السالب ، والأيونات السالبة والإلكترونات إلى القطب الموجب. يتكون التيار الكلي في الغاز من تيارين من الجسيمات المشحونة: التيار المتجه إلى القطب الموجب والتيار الموجه إلى الكاثود.

يحدث تحييد الجسيمات المشحونة على الأقطاب الكهربائية ، كما في حالة مرور التيار الكهربائي عبر المحاليل وانصهار الإلكتروليتات. ومع ذلك ، في الغازات لا يوجد إطلاق للمواد على الأقطاب الكهربائية ، كما هو الحال في محاليل الإلكتروليت. تقترب أيونات الغاز من الأقطاب الكهربائية ، وتعطيها شحناتها ، وتتحول إلى جزيئات محايدة وتنتشر مرة أخرى في الغاز.

هناك اختلاف آخر في التوصيل الكهربائي للغازات المتأينة ومحاليل (ذوبان) الإلكتروليتات ، وهو أن الشحنة السالبة أثناء مرور التيار عبر الغازات تنتقل بشكل أساسي ليس عن طريق الأيونات السالبة ، ولكن عن طريق الإلكترونات ، على الرغم من أن الموصلية الناتجة عن الأيونات السالبة يمكن أن تلعب دورًا أيضًا. دور معين.

وهكذا ، في الغازات ، الموصلية الإلكترونية ، على غرار موصلية المعادن ، يتم دمجها مع الموصلية الأيونية ، على غرار الموصلية محاليل مائيةويذوب المنحل بالكهرباء.

4. تصريف الغاز غير الذاتي.

تسمى عملية تمرير التيار الكهربائي عبر الغاز بتفريغ الغاز. إذا تم إنشاء الموصلية الكهربائية للغاز بواسطة مؤينات خارجية ، فسيتم استدعاء التيار الكهربائي الناتج فيه تصريف غاز غير مستدام ذاتيًا.مع إنهاء عمل المؤينات الخارجية ، يتوقف التفريغ غير الذاتي. لا يترافق تفريغ الغاز غير الذاتي مع توهج غازي.

يوجد أدناه رسم بياني لاعتماد قوة التيار على الجهد لتفريغ غير مستدام ذاتيًا في الغاز. تم استخدام أنبوب زجاجي به قطبين معدنيين ملحومين في الزجاج لرسم الرسم البياني. يتم تجميع السلسلة كما هو موضح في الشكل أدناه.

عند جهد معين ، تأتي لحظة تصل فيها جميع الجسيمات المشحونة في الغاز بواسطة المؤين في ثانية إلى الأقطاب الكهربائية في نفس الوقت. لم يعد من الممكن أن تؤدي زيادة أخرى في الجهد إلى زيادة عدد الأيونات المنقولة. يصل التيار إلى التشبع (القسم الأفقي من الرسم البياني 1).

5. تفريغ الغاز المستقل.

يسمى التفريغ الكهربائي في الغاز الذي يستمر بعد إنهاء عمل المؤين الخارجي تفريغ غاز مستقل. لتنفيذه ، من الضروري أنه نتيجة للتفريغ نفسه ، تتشكل الرسوم المجانية باستمرار في الغاز. المصدر الرئيسي لحدوثها هو تأين تأثير جزيئات الغاز.

إذا واصلنا ، بعد الوصول إلى التشبع ، زيادة فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية ، فإن القوة الحالية عند الجهد العالي بدرجة كافية ستزداد بشكل حاد (الرسم البياني 2).

هذا يعني ظهور أيونات إضافية في الغاز ، والتي تتشكل بسبب عمل المؤين. يمكن أن تزيد القوة الحالية مئات وآلاف المرات ، ويمكن أن يصبح عدد الجسيمات المشحونة التي تظهر أثناء عملية التفريغ كبيرًا جدًا بحيث لم تعد هناك حاجة إلى مؤين خارجي للحفاظ على التفريغ. لذلك ، يمكن الآن إزالة المؤين.

ما أسباب الزيادة الحادة في شدة التيار عند الفولتية العالية؟ دعونا نفكر في أي زوج من الجسيمات المشحونة (أيون موجب وإلكترون) يتكون نتيجة عمل مؤين خارجي. يبدأ الإلكترون الحر الذي يظهر بهذه الطريقة في التحرك نحو القطب الموجب - الأنود والأيون الموجب - نحو القطب السالب. في طريقه ، يلتقي الإلكترون بالأيونات والذرات المحايدة. في الفترات الفاصلة بين تصادمين متتاليين ، تزداد طاقة الإلكترون بسبب عمل قوى المجال الكهربائي.

كلما زاد فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية ، زادت شدة المجال الكهربائي. تتناسب الطاقة الحركية للإلكترون قبل الاصطدام التالي مع شدة المجال والمسار الحر للإلكترون: MV 2/2 = eEl. إذا تجاوزت الطاقة الحركية للإلكترون الشغل A i الذي يجب القيام به من أجل تأين ذرة محايدة (أو جزيء) ، أي MV 2> A i ، فعندما يصطدم إلكترون بذرة (أو جزيء) ، يتأين. نتيجة لذلك ، بدلاً من إلكترون واحد ، يظهر إلكترونان (يهاجمان الذرة ويتمزقان من الذرة). وهم بدورهم يتلقون الطاقة في الحقل ويؤينون الذرات القادمة وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك ، يزداد عدد الجسيمات المشحونة بسرعة وينشأ انهيار إلكتروني. تسمى العملية الموصوفة تأين تأثير الإلكترون.

لكن التأين بواسطة تأثير الإلكترون وحده لا يمكن أن يضمن الحفاظ على شحنة مستقلة. في الواقع ، بعد كل شيء ، تتحرك جميع الإلكترونات التي تنشأ بهذه الطريقة نحو القطب الموجب وعند الوصول إلى القطب الموجب "تسقط من اللعبة". للحفاظ على التفريغ يتطلب انبعاث الإلكترونات من الكاثود ("الانبعاث" يعني "الانبعاث"). يمكن أن يكون انبعاث الإلكترون ناتجًا عن عدة أسباب.

تتشكل الأيونات الموجبة أثناء تصادم الإلكترونات مع الذرات المحايدة ، عند التحرك نحو الكاثود ، تكتسب طاقة حركية كبيرة تحت تأثير المجال. عندما تصطدم هذه الأيونات السريعة بالكاثود ، يتم إخراج الإلكترونات من سطح الكاثود.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يصدر الكاثود إلكترونات عند تسخينه إلى درجة حرارة عالية. هذه العملية تسمى انبعاث حراري.يمكن اعتباره تبخر للإلكترونات من المعدن. في العديد من المواد الصلبة ، يحدث الانبعاث الحراري في درجات حرارة لا يزال فيها تبخر المادة نفسها صغيرًا. تستخدم هذه المواد لتصنيع الكاثودات.

أثناء التفريغ الذاتي ، يمكن تسخين الكاثود عن طريق قصفه بالأيونات الموجبة. إذا لم تكن طاقة الأيونات عالية جدًا ، فلا يوجد خروج للإلكترونات من الكاثود وتنبعث الإلكترونات بسبب الانبعاث الحراري.

6. أنواع مختلفة من التفريغ الذاتي وتطبيقها الفني.

اعتمادًا على خصائص الغاز وحالته ، وطبيعة وموقع الأقطاب الكهربائية ، وكذلك الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية ، تحدث أنواع مختلفة من التفريغ الذاتي. دعونا نفكر في عدد قليل منهم.

أ. تفريغ محترق.

لوحظ تفريغ توهج في الغازات عند ضغوط منخفضة تصل إلى عدة عشرات من المليمترات من الزئبق وأقل. إذا اعتبرنا أنبوبًا به تفريغ متوهج ، يمكننا أن نرى أن الأجزاء الرئيسية لتفريغ التوهج هي الكاثود الظلام الفضاءبعيدا عنه سلبيأو توهج مشتعل ،والتي تمر تدريجياً إلى المنطقة فاراداي الفضاء المظلم.تشكل هذه المناطق الثلاث الجزء الكاثود من التفريغ ، متبوعًا بالجزء المضيء الرئيسي من التفريغ ، والذي يحدد خصائصه البصرية ويسمى عمود موجب.

يتم لعب الدور الرئيسي في الحفاظ على تفريغ التوهج من قبل أول منطقتين من جزء الكاثود الخاص به. السمة المميزةهذا النوع من التفريغ هو انخفاض حاد في الجهد بالقرب من الكاثود ، والذي يرتبط بتركيز عالٍ من الأيونات الموجبة عند حدود المنطقتين الأولى والثانية ، بسبب السرعة المنخفضة نسبيًا للأيونات عند الكاثود. في الفضاء المظلم الكاثود ، يوجد تسارع قوي للإلكترونات والأيونات الموجبة ، مما يؤدي إلى إخراج الإلكترونات من الكاثود. في منطقة التوهج المتوهج ، تنتج الإلكترونات تأينًا شديد التأثير لجزيئات الغاز وتفقد طاقتها. هنا ، تتشكل أيونات موجبة ضرورية للحفاظ على التفريغ. شدة المجال الكهربائي في هذه المنطقة منخفضة. يحدث التوهج المشتعل بشكل أساسي بسبب إعادة تركيب الأيونات والإلكترونات. يتم تحديد طول الفضاء المظلم الكاثود من خلال خصائص الغاز ومواد الكاثود.

في منطقة العمود الموجب ، يكون تركيز الإلكترونات والأيونات متماثلًا تقريبًا ومرتفعًا جدًا ، مما يؤدي إلى توصيل كهربائي مرتفع للعمود الموجب وانخفاض طفيف في الجهد فيه. يتم تحديد وهج العمود الموجب من خلال وهج جزيئات الغاز المثارة. بالقرب من الأنود ، لوحظ مرة أخرى تغيير حاد نسبيًا في الجهد ، والذي يرتبط بعملية توليد الأيونات الموجبة. في بعض الحالات ، ينقسم العمود الموجب إلى مناطق مضيئة منفصلة - طبقاتمفصولة بمساحات مظلمة.

لا يلعب العمود الموجب دورًا مهمًا في الحفاظ على تفريغ التوهج ؛ لذلك ، مع انخفاض المسافة بين أقطاب الأنبوب ، يتناقص طول العمود الموجب وقد يختفي تمامًا. يختلف الوضع باختلاف طول الفضاء المظلم للكاثود ، والذي لا يتغير عندما تقترب الأقطاب من بعضها البعض. إذا كانت الأقطاب الكهربائية قريبة جدًا بحيث تصبح المسافة بينهما أقل من طول مساحة الكاثود المظلمة ، فسيتوقف تفريغ الوهج في الغاز. تظهر التجارب أنه ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، يتناسب طول d من الفضاء المظلم الكاثود عكسياً مع ضغط الغاز. وبالتالي ، عند ضغوط منخفضة بدرجة كافية ، تمر الإلكترونات الخارجة من الكاثود بواسطة الأيونات الموجبة عبر الغاز تقريبًا دون تصادم مع جزيئاته ، مما يؤدي إلى تشكيل الكتروني، أو أشعة الكاثود .

يستخدم تفريغ الوهج في أنابيب ضوء الغاز ، ومصابيح الفلورسنت ، ومثبتات الجهد ، للحصول على حزم الإلكترون والأيونات. إذا تم عمل شق في الكاثود ، فإن حزم أيونية ضيقة تمر عبره في الفضاء خلف الكاثود ، والذي يُطلق عليه غالبًا أشعة القناة.ظاهرة مستخدمة على نطاق واسع الاخرق الكاثود، أي. تدمير سطح الكاثود تحت تأثير الأيونات الموجبة التي تضربه. تتطاير شظايا مادة الكاثود فوق الميكروسكوب في جميع الاتجاهات على طول خطوط مستقيمة وتغطي سطح الأجسام (خاصة العوازل الكهربائية) الموضوعة في أنبوب بطبقة رقيقة. بهذه الطريقة ، تصنع المرايا لعدد من الأجهزة ، ويتم تطبيق طبقة رقيقة من المعدن على خلايا السيلينيوم الضوئية.

ب. كورونا التفريغ.

يحدث تفريغ الاكليل عندما ضغط عاديفي غاز في مجال كهربائي غير متجانس للغاية (على سبيل المثال ، بالقرب من المسامير أو أسلاك خطوط الجهد العالي). في التفريغ الهالي ، يحدث تأين الغاز ووهجه بالقرب من أقطاب الإكليل فقط. في حالة هالة الكاثود (الإكليل السالب) ، يتم إخراج الإلكترونات التي تسبب تأين تأثير جزيئات الغاز من الكاثود عندما يتم قصفها بالأيونات الموجبة. إذا كان الأنود هو الإكليل (الإكليل الإيجابي) ، فإن ولادة الإلكترونات تحدث بسبب التأين الضوئي للغاز بالقرب من الأنود. كورونا ظاهرة ضارة يصاحبها تسرب وخسارة تيار طاقة كهربائية. لتقليل الهالة ، يتم زيادة نصف قطر انحناء الموصلات ، ويكون سطحها أملسًا قدر الإمكان. عند وجود جهد عالٍ كافٍ بين الأقطاب الكهربائية ، يتحول تفريغ الهالة إلى شرارة.

عند زيادة الجهد ، يأخذ تفريغ الهالة على الحافة شكل خطوط ضوئية تنبثق من الحافة وتتناوب في الوقت المناسب. هذه الخطوط ، التي تحتوي على سلسلة من مكامن الخلل والانحناءات ، تشكل نوعًا من الفرشاة ، ونتيجة لذلك يسمى هذا التفريغ الرسغ .

تستحث سحابة رعدية مشحونة على سطح الأرض تحتها الشحنات الكهربائيةعلامة المعاكس. تتراكم شحنة كبيرة بشكل خاص على النصائح. لذلك ، قبل عاصفة رعدية أو أثناء عاصفة رعدية ، غالبًا ما تندلع مخاريط الضوء مثل الفرشاة على النقاط والأركان الحادة للأجسام المرتفعة للغاية. منذ العصور القديمة ، أطلق على هذا التوهج نيران سانت إلمو.

غالبًا ما يصبح المتسلقون شهودًا على هذه الظاهرة. في بعض الأحيان ، لا يتم تزيين الأشياء المعدنية فحسب ، بل أيضًا نهايات الشعر على الرأس بشرابات صغيرة مضيئة.

يجب مراعاة تفريغ كورونا عند التعامل مع الجهد العالي. إذا كانت هناك أجزاء بارزة أو أسلاك رفيعة جدًا ، يمكن أن يبدأ تفريغ الهالة. هذا يؤدي إلى تسرب الطاقة. كلما زاد جهد خط الجهد العالي ، يجب أن تكون الأسلاك أكثر سمكًا.

ج. تفريغ شرارة.

يظهر تفريغ الشرارة على شكل قنوات متفرعة متعرجة لامعة تخترق فجوة التفريغ وتختفي ، لتحل محلها قنوات جديدة. أظهرت الدراسات أن قنوات تفريغ الشرارة تبدأ في النمو أحيانًا من القطب الموجب ، وأحيانًا من القطب السالب ، وأحيانًا من نقطة ما بين الأقطاب الكهربائية. ويفسر ذلك حقيقة أن تأثير التأين في حالة تفريغ شرارة لا يحدث على الحجم الكامل للغاز ، ولكن من خلال القنوات الفردية التي تمر في تلك الأماكن التي تبين أن تركيز الأيونات فيها أعلى عرضًا. يصاحب تفريغ الشرارة إطلاق كمية كبيرة من الحرارة أو وهج ساطع من الغاز أو طقطقة أو رعد. كل هذه الظواهر ناتجة عن الانهيارات الجليدية للإلكترونات والأيونات التي تحدث في قنوات الشرارة وتؤدي إلى زيادة هائلة في الضغط تصل إلى 10 7 ¸10 8 Pa ، وزيادة في درجة الحرارة تصل إلى 10000 درجة مئوية.

البرق مثال نموذجي على تفريغ شرارة. يبلغ قطر قناة البرق الرئيسية من 10 إلى 25 سم ، ويمكن أن يصل طول البرق إلى عدة كيلومترات. يصل الحد الأقصى الحالي لنبضة البرق إلى عشرات ومئات الآلاف من الأمبيرات.

مع وجود طول صغير لفجوة التفريغ ، يتسبب تفريغ الشرارة في حدوث تدمير محدد للقطب الموجب ، يسمى التعرية. تم استخدام هذه الظاهرة في طريقة الكهروسبارك للقطع والحفر وأنواع أخرى من معالجة المعادن الدقيقة.

تُستخدم فجوة الشرارة كحامي من زيادة التيار في خطوط النقل الكهربائي (على سبيل المثال ، في خطوط الهاتف). إذا مر تيار قوي قصير المدى بالقرب من الخط ، فإن الفولتية والتيارات تحدث في أسلاك هذا الخط ، والتي يمكن أن تدمر التركيبات الكهربائية وتشكل خطرا على حياة الإنسان. لتجنب ذلك ، يتم استخدام صمامات خاصة ، تتكون من قطبين منحنيين ، أحدهما متصل بالخط والآخر مؤرض. إذا زادت إمكانات الخط بالنسبة إلى الأرض بشكل كبير ، يحدث تفريغ شرارة بين الأقطاب الكهربائية ، والتي ، مع الهواء المسخن بواسطتها ، ترتفع وتطول وتنكسر.

أخيرًا ، يتم استخدام شرارة كهربائية لقياس فروق الجهد الكبيرة باستخدام فجوة الكرة، قطبها الكهربائي عبارة عن كرتين معدنيتين بسطح مصقول. يتم تحريك الكرات بعيدًا ، ويتم تطبيق فرق جهد مُقاس عليها. ثم يتم تجميع الكرات معًا حتى تقفز شرارة بينهما. بمعرفة قطر الكرات والمسافة بينها وضغط الهواء ودرجة الحرارة ورطوبة الهواء ، يجدون فرق الجهد بين الكرات وفقًا لجداول خاصة. يمكن استخدام هذه الطريقة لقياس الفروق المحتملة لترتيب عشرات الآلاف من الفولتات في حدود نسبة مئوية قليلة.

د. تفريغ القوس.

تم اكتشاف تفريغ القوس بواسطة V.V. Petrov في عام 1802. هذا التفريغ هو أحد أشكال تفريغ الغاز ، والذي يحدث عند كثافة تيار عالية وبجهد منخفض نسبيًا بين الأقطاب الكهربائية (بترتيب عدة عشرات من الفولتات). السبب الرئيسي لتفريغ القوس هو الانبعاث المكثف للإلكترونات الحرارية بواسطة الكاثود الساخن. يتم تسريع هذه الإلكترونات بواسطة مجال كهربائي وتنتج تأينًا لجزيئات الغاز ، بسبب ذلك المقاومة الكهربائيةفجوة الغاز بين الأقطاب الكهربائية صغيرة نسبيًا. إذا قللنا من مقاومة الدائرة الخارجية ، وزدنا تيار تفريغ القوس ، فإن موصلية فجوة الغاز ستزداد كثيرًا بحيث ينخفض ​​الجهد بين الأقطاب الكهربائية. لذلك ، يُقال إن تفريغ القوس له خاصية انخفاض الجهد الحالي. عند الضغط الجوي ، تصل درجة حرارة الكاثود إلى 3000 درجة مئوية. تقوم الإلكترونات ، التي تقذف الأنود ، بإنشاء فجوة (فوهة) فيه وتسخينه. تبلغ درجة حرارة الحفرة حوالي 4000 درجة مئوية ، وفي ضغوط الهواء المرتفعة تصل إلى 6000-7000 درجة مئوية. تصل درجة حرارة الغاز في قناة تفريغ القوس إلى 5000-6000 درجة مئوية ، لذلك يحدث تأين حراري شديد فيه.

في عدد من الحالات ، لوحظ أيضًا تفريغ القوس عند درجة حرارة الكاثود المنخفضة نسبيًا (على سبيل المثال ، في مصباح القوس الزئبقي).

في عام 1876 ، استخدم P. N. Yablochkov لأول مرة القوس الكهربائي كمصدر للضوء. في "شمعة Yablochkov" ، تم ترتيب الفحم بالتوازي وفصله بطبقة منحنية ، وكانت نهاياتها متصلة بواسطة "جسر اشتعال" موصل. عندما تم تشغيل التيار ، احترق جسر الإشعال وتشكل قوس كهربائي بين الفحم. مع احتراق الفحم ، تبخرت الطبقة العازلة.

يستخدم تفريغ القوس كمصدر للضوء حتى اليوم ، على سبيل المثال ، في الكشافات وأجهزة العرض.

تتيح درجة الحرارة العالية لتصريف القوس إمكانية استخدامه لبناء فرن القوس. في الوقت الحاضر ، تُستخدم أفران القوس التي تعمل بتيار عالٍ جدًا في عدد من الصناعات: لصهر الفولاذ ، والحديد الزهر ، والسبائك الحديدية ، والبرونز ، وإنتاج كربيد الكالسيوم ، وأكسيد النيتروجين ، إلخ.

في عام 1882 ، استخدم N.N. Benardos لأول مرة تفريغ القوس لقطع المعادن ولحامها. يؤدي التفريغ بين قطب كربون ثابت ومعدن إلى تسخين تقاطع صفيحتين معدنيتين (أو ألواح) ويلحمهما. استخدم Benardos نفس الطريقة لقطع الصفائح المعدنية وإحداث ثقوب فيها. في عام 1888 ، قام N.G Slavyanov بتحسين طريقة اللحام هذه عن طريق استبدال قطب الكربون بآخر معدني.

وجد تفريغ القوس تطبيقًا في مقوم الزئبق ، والذي يحول التيار الكهربائي المتردد إلى تيار مباشر.

E. بلازما.

البلازما غاز مؤين جزئيًا أو كليًا تتساوى فيه كثافة الشحنات الموجبة والسالبة تقريبًا. وبالتالي ، فإن البلازما ككل هي نظام محايد كهربائيًا.

السمة الكمية للبلازما هي درجة التأين. درجة تأين البلازما أ هي نسبة التركيز الحجمي للجسيمات المشحونة إلى الحجم الكلي لتركيز الجسيمات. اعتمادًا على درجة التأين ، تنقسم البلازما إلى ضعيف التأين(أ هي كسور من نسبة مئوية) ، متأين جزئيًا (أ بنسبة قليلة في المائة) ومتأين بالكامل (أ قريب من 100٪). البلازما المتأينة بشكل ضعيف في الظروف الطبيعية هي الطبقات العليا من الغلاف الجوي - الأيونوسفير. الشمس والنجوم الساخنة وبعض السحب البينجمية هي بلازما مؤينة بالكامل تتشكل في درجات حرارة عالية.

يمكن أن يختلف متوسط ​​طاقات أنواع مختلفة من الجسيمات التي تتكون منها البلازما اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض. لذلك ، لا يمكن تمييز البلازما بقيمة واحدة لدرجة الحرارة T ؛ يميز بين درجة حرارة الإلكترون T e ، ودرجة حرارة الأيونات T i (أو درجات حرارة الأيونات ، إذا كان هناك عدة أنواع من الأيونات في البلازما) ودرجة حرارة الذرات المحايدة T a (مكون محايد). تسمى هذه البلازما غير متساوية الحرارة ، على عكس البلازما متساوية الحرارة ، حيث تكون درجات حرارة جميع المكونات متماثلة.

تنقسم البلازما أيضًا إلى درجات حرارة عالية (T i »10 6-10 8 K وأكثر) ودرجة حرارة منخفضة !!! (تي آي<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.

تحتوي البلازما على عدد من الخصائص المحددة ، مما يسمح لنا باعتبارها حالة رابعة خاصة للمادة.

نظرًا للحركة العالية لجزيئات البلازما المشحونة ، فإنها تتحرك بسهولة تحت تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية. لذلك ، فإن أي انتهاك للحياد الكهربائي للمناطق الفردية من البلازما ، الناجم عن تراكم جزيئات نفس علامة الشحنة ، يتم التخلص منه بسرعة. تحرك الحقول الكهربائية الناتجة الجسيمات المشحونة حتى يتم استعادة التعادل الكهربائي ويصبح المجال الكهربائي صفراً. على عكس الغاز المحايد ، الذي توجد بين جزيئاته قوى قصيرة المدى ، بين جزيئات البلازما المشحونة هناك قوى كولوم التي تنخفض ببطء نسبيًا مع المسافة. يتفاعل كل جسيم على الفور مع عدد كبير من الجسيمات المحيطة به. نتيجة لذلك ، جنبًا إلى جنب مع الحركة الحرارية الفوضوية ، يمكن لجزيئات البلازما المشاركة في حركات مختلفة مرتبة. يتم تحفيز أنواع مختلفة من التذبذبات والأمواج بسهولة في البلازما.

تزداد موصلية البلازما مع زيادة درجة التأين. في درجات الحرارة العالية ، تقترب البلازما المؤينة بالكامل من الموصلات الفائقة في الموصلية.

تُستخدم البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة في مصادر ضوء تفريغ الغاز - في الأنابيب المضيئة للنقوش الإعلانية ، وفي مصابيح الفلورسنت. يستخدم مصباح تفريغ الغاز في العديد من الأجهزة ، على سبيل المثال ، في ليزر الغاز - مصادر الضوء الكمومية.

تستخدم البلازما ذات درجة الحرارة العالية في المولدات المغناطيسية الديناميكية.

تم إنشاء جهاز جديد ، شعلة البلازما ، مؤخرًا. تنتج البلازما نفثات قوية من البلازما الكثيفة ذات درجة الحرارة المنخفضة ، والتي تستخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات التكنولوجيا: لقطع المعادن ولحامها ، وحفر الآبار في الصخور الصلبة ، إلخ.

قائمة الأدب المستخدم:

1) الفيزياء: الديناميكا الكهربائية. 10-11 خلية: كتاب مدرسي. للدراسة المتعمقة للفيزياء / G. Ya. Myakishev، A. Z. Sinyakov، B. A. Slobodskov. - الطبعة الثانية - م: دروفا ، 1998. - 480 ص.

2) مقرر فيزياء (في ثلاثة مجلدات). T. II. الكهرباء والمغناطيسية. بروك. دليل للكليات التقنية. / Detlaf A.A.، Yavoursky B. M.، Milkovskaya L. B. Izd. الرابعة ، المنقحة. - م: المدرسة العليا ، 1977. - 375 ص.

3) الكهرباء. / هـ. كلاشنيكوف. إد. "العلوم" ، موسكو ، 1977.

4) الفيزياء. / ب. B. Bukhovtsev ، Yu. L. Klimontovich ، G. Ya. Myakishev. الطبعة الثالثة ، المنقحة. - م: التنوير ، 1986.