شرایط جریان الکتریکی در گازها. ما چه آموخته ایم؟ تخلیه گاز و انواع آن

جریان الکتریکی جریانی است که در اثر حرکت منظم ذرات باردار الکتریکی ایجاد می شود. حرکت بارها به عنوان جهت جریان الکتریکی در نظر گرفته می شود. جریان الکتریکی می تواند کوتاه مدت یا بلند مدت باشد.

مفهوم جریان الکتریکی

در حین تخلیه رعد و برق، ممکن است رخ دهد برقکه به آن کوتاه مدت می گویند. و برای حفظ جریان برای مدت طولانی، وجود میدان الکتریکی و حامل های بار الکتریکی آزاد ضروری است.

میدان الکتریکی توسط اجسام با بارهای متفاوت ایجاد می شود. قدرت جریان نسبت باری است که از طریق مقطع یک هادی در یک بازه زمانی به این بازه زمانی منتقل می شود. با آمپر اندازه گیری می شود.

برنج. 1. فرمول فعلی

جریان الکتریکی در گازها

مولکول های گاز در شرایط عادی جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند. آنها عایق (دی الکتریک) هستند. با این حال، اگر شرایط تغییر کند محیط، سپس گازها می توانند رسانای الکتریسیته شوند. در نتیجه یونیزاسیون (هنگام گرم شدن یا تحت تأثیر تشعشعات رادیواکتیو)، یک جریان الکتریکی در گازها ظاهر می شود که اغلب با اصطلاح "تخلیه الکتریکی" جایگزین می شود.

تخلیه گازهای خود نگهدار و غیر خود نگهدار

تخلیه در گاز می تواند مستقل یا غیر خود نگهدار باشد. هنگامی که هزینه های رایگان ظاهر می شود، جریان شروع به وجود می کند. تا زمانی که یک نیروی خارجی، یعنی یک یونیزه کننده خارجی بر روی آن وارد شود، تخلیه های غیرخودپایدار وجود دارند. یعنی اگر یونیزر خارجی از کار بیفتد، جریان متوقف می شود.

خود تخلیه جریان الکتریکی در گازها حتی پس از توقف یونیزر خارجی نیز وجود دارد. تخلیه های مستقل در فیزیک به آرام، درخشش، قوس، جرقه، تاج تقسیم می شوند.

• ساکت - ضعیف ترین دسته های مستقل. قدرت جریان در آن بسیار کوچک است (بیش از 1 میلی آمپر). با پدیده های صوتی یا نوری همراه نیست.
• دود شدن - اگر ولتاژ را در یک تخلیه آرام افزایش دهید، به سطح بعدی می رود - تخلیه درخشان. در این مورد، یک درخشش ظاهر می شود که با نوترکیبی همراه است. نوترکیبی - فرآیند یونیزاسیون معکوس، ملاقات یک الکترون و یک یون مثبت. در لامپ های ضد باکتری و روشنایی استفاده می شود.

برنج. 2. ترشحات درخشان

• قوس – قدرت جریان از 10 A تا 100 A متغیر است. یونیزاسیون تقریباً 100٪ است. این نوع تخلیه، به عنوان مثال، هنگام کار با دستگاه جوش اتفاق می افتد.

برنج. 3. تخلیه قوس

• جرقه – را می توان یکی از انواع تخلیه قوس دانست. در طول چنین تخلیه برای بسیار مدت کوتاهیمقدار معینی از برق جریان می یابد.
• ترشحات کرونا - یونیزاسیون مولکول ها در نزدیکی الکترودهایی با شعاع انحنای کوچک اتفاق می افتد. این نوع بار زمانی اتفاق می افتد که شدت میدان الکتریکی به طور ناگهانی تغییر کند.

ما چه آموخته ایم؟

اتم ها و مولکول های گاز خود خنثی هستند. وقتی در معرض بیرون قرار می گیرند شارژ می شوند. به طور خلاصه در مورد جریان الکتریکی در گازها صحبت می کنیم، این حرکت هدایت شده ذرات (یون های مثبت به کاتد و یون های منفی به آند) را نشان می دهد. همچنین مهم است که وقتی گاز یونیزه می شود، خواص رسانایی آن بهبود می یابد.

سرفصل های کد آزمون دولتی واحد: حامل بارهای الکتریکی آزاد در گازها.

در شرایط عادی، گازها از اتم ها یا مولکول های خنثی الکتریکی تشکیل شده اند. تقریبا هیچ هزینه رایگان در گازها وجود ندارد. بنابراین گازها هستند دی الکتریک ها- جریان الکتریکی از آنها عبور نمی کند.

گفتیم "تقریبا هیچ" زیرا در واقع، در گازها و به ویژه در هوا، همیشه مقدار مشخصی ذرات باردار آزاد وجود دارد. آنها در نتیجه اثرات یونیزه کننده تابش از مواد رادیواکتیو که پوسته زمین را تشکیل می دهند، تابش اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس از خورشید و همچنین پرتوهای کیهانی - جریان های ذرات پر انرژی که از بیرون به جو زمین نفوذ می کنند ظاهر می شوند. فضا. متعاقباً به این واقعیت باز خواهیم گشت و اهمیت آن را مورد بحث قرار خواهیم داد، اما در حال حاضر فقط متذکر می شویم که در شرایط عادی رسانایی گازها، ناشی از مقدار "طبیعی" هزینه های رایگان، ناچیز است و می توان نادیده گرفت.

عملکرد کلیدها در مدارهای الکتریکی بر اساس خواص عایق شکاف هوا است (شکل 1). به عنوان مثال، یک شکاف کوچک هوا در یک کلید چراغ برای باز شدن کافی است مدار الکتریکیدر اتاق شما.

برنج. 1 کلید

با این حال، ممکن است شرایطی ایجاد شود که تحت آن یک جریان الکتریکی در شکاف گاز ظاهر شود. بیایید تجربه زیر را در نظر بگیریم.

بیایید صفحات خازن هوا را شارژ کنیم و آنها را به یک گالوانومتر حساس وصل کنیم (شکل 2، سمت چپ). در دمای اتاق و هوای نه خیلی مرطوب، گالوانومتر جریان قابل توجهی را نشان نخواهد داد: شکاف هوای ما، همانطور که گفتیم، رسانای الکتریسیته نیست.

برنج. 2. ظهور جریان در هوا

حالا بیایید یک مشعل یا شعله شمع را در شکاف بین صفحات خازن بیاوریم (شکل 2، سمت راست). جریان ظاهر می شود! چرا؟

شارژ رایگان در گاز

وقوع جریان الکتریکی بین صفحات کندانسور به این معنی است که در هوا تحت تأثیر شعله ظاهر می شود. هزینه های رایگان. کدومشون دقیقا؟

تجربه نشان می دهد که جریان الکتریکی در گازها حرکت منظم ذرات باردار است سه نوع. این الکترون ها, یون های مثبتو یون های منفی.

بیایید بفهمیم که چگونه این بارها می توانند در گاز ظاهر شوند.

با افزایش دمای گاز، ارتعاشات حرارتی ذرات آن - مولکول ها یا اتم ها - شدیدتر می شود. برخورد ذرات با یکدیگر به چنان قدرتی می رسد که شروع می شود یونیزاسیون- تجزیه ذرات خنثی به الکترون ها و یون های مثبت (شکل 3).

برنج. 3. یونیزاسیون

درجه یونیزاسیوننسبت تعداد ذرات گاز پوسیده به کل تعداد اولیه ذرات است. به عنوان مثال، اگر درجه یونیزاسیون برابر باشد، به این معنی است که ذرات گاز اصلی به یون‌ها و الکترون‌های مثبت تجزیه شده‌اند.

درجه یونیزاسیون گاز به دما بستگی دارد و با دما به شدت افزایش می یابد. برای هیدروژن، برای مثال، در دمای پایین تر، درجه یونیزاسیون از 1 تجاوز نمی کند، و در دمای بالاتر، درجه یونیزاسیون نزدیک به (یعنی هیدروژن تقریباً به طور کامل یونیزه می شود) پلاسما)).

علاوه بر دمای بالا، عوامل دیگری نیز وجود دارند که باعث یونیزه شدن گاز می شوند.

قبلاً به آنها اشاره کردیم: اینها پرتوهای رادیواکتیو، اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و گاما، ذرات کیهانی هستند. هر عاملی که باعث یونیزه شدن یک گاز شود نامیده می شود یون ساز.

بنابراین، یونیزاسیون به خودی خود اتفاق نمی افتد، بلکه تحت تأثیر یک یونیزه کننده است.

در همان زمان، روند معکوس رخ می دهد - نوترکیبی، یعنی اتحاد مجدد یک الکترون و یک یون مثبت به یک ذره خنثی (شکل 4).

برنج. 4. نوترکیبی

دلیل نوترکیب ساده است: این جاذبه کولنی الکترون ها و یون های با بار مخالف است. تحت تأثیر نیروهای الکتریکی به سمت یکدیگر هجوم می آورند و می توانند یک اتم خنثی (یا مولکول بسته به نوع گاز) را تشکیل دهند.

در شدت ثابت عمل یونیزه کننده، یک تعادل دینامیکی برقرار می شود: میانگین تعداد ذرات در حال تجزیه در واحد زمان برابر است با میانگین تعداد ذرات در حال ترکیب (به عبارت دیگر، نرخ یونیزاسیون برابر با نرخ نوترکیبی است). عمل یونیزه کننده افزایش می یابد (مثلاً با افزایش دما)، سپس تعادل دینامیکی به سمت یونیزاسیون تغییر می کند و غلظت ذرات باردار در گاز افزایش می یابد. برعکس، اگر یونیزر را خاموش کنید، ترکیب مجدد شروع به غلبه می کند و هزینه های رایگان به تدریج به طور کامل ناپدید می شوند.

بنابراین، یون ها و الکترون های مثبت در نتیجه یونیزاسیون در گاز ظاهر می شوند. سومین نوع بار از کجا می آید - یون های منفی؟ خیلی ساده است: یک الکترون می تواند به اتم خنثی برخورد کند و خودش را به آن بچسباند! این فرآیند در شکل نشان داده شده است. 5 .

برنج. 5. ظهور یک یون منفی

یون‌های منفی تشکیل‌شده به همراه یون‌ها و الکترون‌های مثبت در ایجاد جریان مشارکت خواهند داشت.

ترشحات غیر خود نگهدار

اگر میدان الکتریکی خارجی وجود نداشته باشد، بارهای آزاد همراه با ذرات گاز خنثی تحت حرکت حرارتی آشفته ای قرار می گیرند. اما هنگامی که میدان الکتریکی اعمال می شود، حرکت منظم ذرات باردار آغاز می شود - جریان الکتریکی در گاز.

برنج. 6. ترشحات غیر خود نگهدار

در شکل 6 ما سه نوع ذره باردار را می بینیم که در شکاف گاز تحت تأثیر یک یونیزه کننده ایجاد می شوند: یون های مثبت، یون های منفی و الکترون ها. جریان الکتریکی در گاز در نتیجه حرکت متقابل ذرات باردار ایجاد می شود: یون های مثبت - به الکترود منفی (کاتد)، الکترون ها و یون های منفی - به الکترود مثبت (آند).

الکترون ها که به آند مثبت برخورد می کنند، از طریق مدار به سمت "بعلاوه" منبع جریان هدایت می شوند. یون های منفی یک الکترون اضافی به آند می دهند و با تبدیل شدن به ذرات خنثی به گاز باز می گردند. الکترون داده شده به آند نیز به سمت «بعلاوه» منبع می‌رود. یون های مثبت که به کاتد می رسند، الکترون ها را از آنجا می گیرند. کسری حاصل از الکترون ها در کاتد بلافاصله با تحویل آنها از منبع "منهای" به آنجا جبران می شود. در نتیجه این فرآیندها، حرکت منظم الکترون ها در مدار خارجی رخ می دهد. این جریان الکتریکی ثبت شده توسط گالوانومتر است.

فرآیند توصیف شده در شکل. 6، تماس گرفت غیر خود ترشحیدر گاز چرا وابسته؟ بنابراین برای حفظ آن، کارکرد مداوم یونیزر ضروری است. بیایید یونیزر را برداریم - و جریان متوقف می شود ، زیرا مکانیسمی که ظاهر شارژهای رایگان را در شکاف گاز تضمین می کند ناپدید می شود. فضای بین آند و کاتد دوباره به یک عایق تبدیل می شود.

مشخصات جریان ولتاژ تخلیه گاز

وابستگی جریان از طریق شکاف گاز به ولتاژ بین آند و کاتد (به اصطلاح ویژگی های ولت آمپر تخلیه گاز ) در شکل نشان داده شده است. 7.

برنج. 7. مشخصات جریان ولتاژ تخلیه گاز

در ولتاژ صفر، قدرت جریان به طور طبیعی صفر است: ذرات باردار فقط حرکت حرارتی را انجام می دهند، هیچ حرکت منظمی بین الکترودها وجود ندارد.

وقتی ولتاژ کم است، جریان نیز کم است. واقعیت این است که قرار نیست همه ذرات باردار به الکترودها برسند: برخی از یون‌ها و الکترون‌های مثبت یکدیگر را پیدا می‌کنند و در طول حرکتشان دوباره ترکیب می‌شوند.

با افزایش ولتاژ، بارهای آزاد سریعتر و سریعتر ایجاد می شوند و شانس کمتری برای ملاقات و ترکیب مجدد یون مثبت و الکترون وجود دارد. بنابراین، بخش فزاینده ای از ذرات باردار به الکترودها می رسد و جریان افزایش می یابد (بخش).

در یک مقدار (نقطه) ولتاژ معین، سرعت حرکت بار آنقدر زیاد می شود که نوترکیب اصلاً زمان وقوع ندارد. از این به بعد همهذرات باردار تشکیل شده تحت عمل یونیزر به الکترودها می رسند و جریان به حد اشباع می رسد- یعنی قدرت جریان با افزایش ولتاژ تغییر نمی کند. تا یک نقطه مشخص این اتفاق خواهد افتاد.

ترشح از خود

پس از عبور از نقطه، قدرت جریان به شدت با افزایش ولتاژ افزایش می یابد - دسته مستقل. اکنون خواهیم فهمید که چیست.

ذرات گاز باردار از برخوردی به برخورد دیگر حرکت می کنند. در فواصل بین برخوردها توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند و انرژی جنبشی آنها افزایش می یابد. و بنابراین، هنگامی که ولتاژ به اندازه کافی بزرگ می شود (همان نقطه)، الکترون ها در طول مسیر آزاد خود به انرژی هایی می رسند که وقتی با اتم های خنثی برخورد می کنند آنها را یونیزه می کنند! (با استفاده از قوانین بقای تکانه و انرژی می توان نشان داد که الکترون ها (نه یون ها) توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند که حداکثر توانایی یونیزه کردن اتم ها را دارند.)

به اصطلاح یونیزاسیون ضربه الکترون. الکترون‌هایی که از اتم‌های یونیزه شده حذف می‌شوند نیز توسط میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند و با اتم‌های جدید برخورد می‌کنند و اکنون آنها را یونیزه کرده و الکترون‌های جدیدی تولید می‌کنند. در نتیجه بهمن الکترونی حاصل، تعداد اتم های یونیزه شده به سرعت افزایش می یابد، در نتیجه قدرت جریان نیز به سرعت افزایش می یابد.

تعداد شارژهای رایگان آنقدر زیاد می شود که نیاز به یونیزر خارجی از بین می رود. شما به سادگی می توانید آن را حذف کنید. اکنون ذرات باردار آزاد در نتیجه تولید می شوند درونی؛ داخلیفرآیندهای رخ داده در گاز - به همین دلیل است که تخلیه مستقل نامیده می شود.

اگر شکاف گاز تحت ولتاژ بالا باشد، برای تخلیه خود نیازی به یونیزر نیست. کافی است فقط یک الکترون آزاد در گاز داشته باشیم و بهمن الکترونی که در بالا توضیح داده شد آغاز خواهد شد. و همیشه حداقل یک الکترون آزاد وجود خواهد داشت!

بیایید یک بار دیگر به یاد بیاوریم که در گاز، حتی در شرایط عادی، به دلیل تشعشعات رادیواکتیو یونیزه از پوسته زمین، تابش با فرکانس بالا از خورشید و پرتوهای کیهانی، مقدار "طبیعی" مشخصی از بارهای رایگان وجود دارد. دیده‌ایم که در ولتاژهای پایین رسانایی گاز ناشی از این بارهای آزاد ناچیز است، اما اکنون - در ولتاژهای بالا - بهمنی از ذرات جدید تولید می‌کنند که باعث تخلیه مستقل می‌شود. همانطور که می گویند این اتفاق خواهد افتاد درهم شکستنشکاف گاز

قدرت میدان مورد نیاز برای تجزیه هوای خشک تقریباً kV/cm است. به عبارت دیگر، برای پرش جرقه بین الکترودهایی که با یک سانتی متر هوا از هم جدا شده اند، باید یک ولتاژ کیلوولت به آنها اعمال شود. ولتاژ مورد نیاز برای عبور از چند کیلومتر هوا را تصور کنید! اما دقیقاً چنین خرابی هایی در هنگام رعد و برق رخ می دهد - این رعد و برق هستند که برای شما کاملاً شناخته شده است.

جریان الکتریکی در گازها در شرایط عادیغیر ممکن یعنی در رطوبت، فشار و دما اتمسفر هیچ حامل بار در گاز وجود ندارد. این خاصیت گاز، به ویژه هوا، در خطوط انتقال هوایی و کلیدهای رله برای تامین عایق الکتریکی استفاده می شود.

اما تحت شرایط خاصی می توان جریانی را در گازها مشاهده کرد. بیایید یک آزمایش انجام دهیم. برای آن ما به یک الکترومتر خازن هوا و سیم های اتصال نیاز داریم. ابتدا الکترومتر را به خازن وصل می کنیم. سپس به صفحات خازن شارژ می دهیم. الکترومتر وجود همین بار را نشان می دهد. خازن هوا برای مدتی شارژ نگه می دارد. یعنی هیچ جریانی بین صفحات آن وجود نخواهد داشت. این نشان می دهد که هوای بین صفحات خازن دارای خواص دی الکتریک است.

شکل 1 - خازن شارژ شده متصل به یک الکترومتر

بعد، شعله شمع را در شکاف بین صفحات بیاورید. در این صورت خواهیم دید که الکترومتر کاهش بار روی صفحات خازن را نشان خواهد داد. یعنی جریان در شکاف بین صفحات جریان دارد. چرا این اتفاق می افتد؟

شکل 2 - قرار دادن یک شمع در شکاف بین صفحات یک خازن شارژ شده

در شرایط عادی، مولکول های گاز از نظر الکتریکی خنثی هستند. و قادر به تامین جریان نیستند. اما با افزایش دما، به اصطلاح یونیزاسیون گاز اتفاق می افتد و تبدیل به یک رسانا می شود. یون های مثبت و منفی در گاز ظاهر می شوند.

برای اینکه یک الکترون از اتم گاز حذف شود، باید در برابر نیروهای کولن کار کرد. این نیاز به انرژی دارد. اتم با افزایش دما این انرژی را دریافت می کند. از آنجایی که انرژی جنبشی حرکت حرارتی با دمای گاز نسبت مستقیم دارد. سپس با افزایش آن، مولکول‌ها و اتم‌ها به اندازه‌ای انرژی دریافت می‌کنند که در اثر برخورد، الکترون‌ها از اتم‌ها جدا می‌شوند. چنین اتمی به یون مثبت تبدیل می شود. الکترون جدا شده می تواند خود را به اتم دیگری متصل کند و به یون منفی تبدیل شود.

در نتیجه یون های مثبت و منفی و همچنین الکترون ها در شکاف بین صفحات ظاهر می شوند. همه آنها تحت تأثیر میدان ایجاد شده توسط بارهای روی صفحات خازن شروع به حرکت می کنند. یون های مثبت به سمت کاتد حرکت می کنند. یون ها و الکترون های منفی به سمت آند تمایل دارند. بنابراین، جریان در شکاف هوا تامین می شود.

وابستگی جریان به ولتاژ در همه زمینه ها از قانون اهم تبعیت نمی کند. در بخش اول، این درست است: با افزایش ولتاژ، تعداد یون ها و در نتیجه جریان افزایش می یابد. علاوه بر این، در بخش دوم، اشباع رخ می دهد، یعنی با افزایش ولتاژ، جریان افزایش نمی یابد. زیرا غلظت یون‌ها حداکثر است و یون‌های جدید به سادگی ظاهر می‌شوند.

شکل 3 - مشخصه جریان-ولتاژ شکاف هوا

در بخش سوم با افزایش ولتاژ مجدداً افزایش جریان مشاهده می شود. به این بخش خود تخلیه می گویند. یعنی دیگر نیازی به یونیزه کننده های شخص ثالث برای حفظ جریان در گاز نیست. این به این دلیل اتفاق می افتد که الکترون ها در ولتاژ بالا انرژی کافی برای حذف الکترون های دیگر از اتم ها را دریافت می کنند. این الکترون ها به نوبه خود دیگران را از بین می برند و غیره. این روند مانند بهمن پیش می رود. و رسانایی اصلی در گاز توسط الکترون ها تامین می شود.

چکیده در مورد فیزیک

با موضوع:

"جریان الکتریکی در گازها."

جریان الکتریکی در گازها

1. تخلیه الکتریکی در گازها.

تمام گازها در حالت طبیعیجریان الکتریکی را هدایت نکنید همانطور که از تجربه زیر پیداست:

بیایید یک الکترومتر با دیسک های یک خازن تخت که به آن وصل شده است برداریم و آن را شارژ کنیم. در دمای اتاق، اگر هوا به اندازه کافی خشک باشد، خازن به طور قابل توجهی تخلیه نمی شود - موقعیت سوزن الکترومتر تغییر نمی کند. برای مشاهده کاهش زاویه انحراف سوزن الکترومتر، شما نیاز دارید مدت زمان طولانی. این نشان می دهد که جریان الکتریکی در هوای بین دیسک ها بسیار کم است. این تجربه نشان می دهد که هوا رسانای ضعیف جریان الکتریکی است.

بیایید آزمایش را اصلاح کنیم: هوای بین دیسک ها را با شعله یک لامپ الکلی گرم کنید. سپس زاویه انحراف سوزن الکترومتر به سرعت کاهش می یابد، یعنی. اختلاف پتانسیل بین دیسک های خازن کاهش می یابد - خازن تخلیه می شود. در نتیجه هوای گرم شده بین دیسک ها تبدیل به هادی شده و جریان الکتریکی در آن برقرار می شود.

خواص عایق گازها با این واقعیت توضیح داده می شود که آنها بار الکتریکی آزاد ندارند: اتم ها و مولکول های گازها در حالت طبیعی خود خنثی هستند.

2. یونیزاسیون گازها

تجربه توصیف شده در بالا نشان می دهد که ذرات باردار در گازها تحت تأثیر دمای بالا ظاهر می شوند. آنها به دلیل جدا شدن یک یا چند الکترون از اتم های گاز به وجود می آیند، در نتیجه یک یون مثبت و الکترون به جای یک اتم خنثی ظاهر می شوند. برخی از الکترون های به دست آمده را می توان توسط اتم های خنثی دیگر دستگیر کرد و سپس یون های منفی بیشتری ظاهر می شوند. تجزیه مولکول های گاز به الکترون و یون مثبت نامیده می شود یونیزاسیون گازها

گرم کردن گاز تا دمای بالا تنها راه یونیزه کردن مولکول ها یا اتم های گاز نیست. یونیزاسیون گاز می تواند تحت تأثیر فعل و انفعالات خارجی مختلف رخ دهد: گرمایش قوی گاز، اشعه ایکس، پرتوهای a-، b- و g ناشی از فروپاشی رادیواکتیو، پرتوهای کیهانی، بمباران مولکول های گاز توسط الکترون ها یا یون ها با حرکت سریع. عواملی که باعث یونیزاسیون گاز می شوند نامیده می شوند یونیزه کننده هایک ویژگی کمی فرآیند یونیزاسیون است شدت یونیزاسیون،با تعداد جفت ذرات باردار با علامت مخالف که در واحد حجم گاز در واحد زمان ایجاد می شوند اندازه گیری می شود.

یونیزاسیون یک اتم مستلزم صرف انرژی خاصی است - انرژی یونیزاسیون. برای یونیزه کردن یک اتم (یا مولکول)، لازم است در برابر نیروهای برهمکنش بین الکترون خارج شده و ذرات باقیمانده اتم (یا مولکول) کار کرد. این کار را کار یونیزاسیون A i می نامند. مقدار کار یونیزاسیون به ماهیت شیمیایی گاز و وضعیت انرژی الکترون پرتاب شده در اتم یا مولکول بستگی دارد.

پس از توقف کار یونیزر، تعداد یون های گاز به مرور زمان کاهش می یابد و در نهایت یون ها به طور کلی ناپدید می شوند. ناپدید شدن یون ها با این واقعیت توضیح داده می شود که یون ها و الکترون ها در آن شرکت می کنند حرکت حرارتیو بنابراین با یکدیگر برخورد می کنند. هنگامی که یک یون مثبت و یک الکترون با هم برخورد می کنند، می توانند دوباره به یک اتم خنثی تبدیل شوند. به طور مشابه، هنگامی که یک یون مثبت و منفی با هم برخورد می کنند، یون منفی ممکن است الکترون اضافی خود را به یون مثبت بدهد و هر دو یون به اتم های خنثی تبدیل شوند. این فرآیند خنثی سازی متقابل یون ها نامیده می شود نوترکیب یون هاهنگامی که یک یون مثبت و یک الکترون یا دو یون دوباره با هم ترکیب می شوند، انرژی مشخصی آزاد می شود که برابر با انرژی صرف شده برای یونیزاسیون است. تا حدی به شکل نور ساطع می شود و بنابراین ترکیب مجدد یون ها با درخشش (درخشش نوترکیبی) همراه است.

در پدیده های تخلیه الکتریکی در گازها نقش بزرگدر یونیزاسیون اتم ها توسط برخورد الکترون نقش دارد. این فرآیند شامل این واقعیت است که یک الکترون متحرک با انرژی جنبشی کافی، در برخورد با یک اتم خنثی، یک یا چند اتم را از بین می‌برد. الکترون های اتمی، در نتیجه اتم خنثی به یون مثبت تبدیل می شود و الکترون های جدید در گاز ظاهر می شوند (این بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت).

جدول زیر انرژی های یونیزاسیون برخی اتم ها را نشان می دهد.

3. مکانیسم هدایت الکتریکی گازها.

مکانیسم رسانایی گازها مشابه مکانیسم رسانایی محلول ها و مذاب الکترولیت ها است. در غیاب میدان خارجی، ذرات باردار، مانند مولکول های خنثی، به طور آشفته حرکت می کنند. اگر یون ها و الکترون های آزاد خود را در بیرون بیابند میدان الکتریکی، سپس به حرکت جهت دار می آیند و جریان الکتریکی در گازها ایجاد می کنند.

بنابراین، جریان الکتریکی در یک گاز نشان دهنده حرکت هدایت شده یون های مثبت به سمت کاتد، و یون ها و الکترون های منفی به سمت آند است. جریان کل در گاز از دو جریان ذرات باردار تشکیل شده است: جریانی که به آند می رود و جریانی که به کاتد هدایت می شود.

خنثی سازی ذرات باردار در الکترودها اتفاق می افتد، مانند عبور جریان الکتریکی از محلول ها و ذوب الکترولیت ها. با این حال، در گازها، مانند محلول های الکترولیت، هیچ ماده ای بر روی الکترودها آزاد نمی شود. یون‌های گاز که به الکترودها نزدیک می‌شوند، بارهای خود را به آنها می‌دهند، به مولکول‌های خنثی تبدیل می‌شوند و دوباره در گاز منتشر می‌شوند.

تفاوت دیگر در رسانایی الکتریکی گازهای یونیزه شده و محلول های الکترولیت (ذوب) این است که بار منفی هنگام عبور جریان از گازها عمدتاً توسط یون های منفی حمل نمی شود، بلکه توسط الکترون ها حمل می شود، اگرچه رسانایی ناشی از یون های منفی نیز می تواند نقش داشته باشد.

بنابراین، گازها رسانایی الکترونیکی مشابه فلزات را با رسانایی یونی مشابه رسانایی ترکیب می کنند محلول آبیو الکترولیت ذوب می شود.

4. تخلیه گاز غیر خود نگهدار.

فرآیند عبور جریان الکتریکی از گاز را تخلیه گاز می گویند. اگر رسانایی الکتریکی گاز توسط یونیزه کننده های خارجی ایجاد شود، جریان الکتریکی ناشی از آن نامیده می شود. تخلیه گاز غیر پایداربا قطع عملکرد یونیزه کننده های خارجی، ترشحات غیر خودپایدار متوقف می شود. تخلیه گاز غیر خود نگهدار با درخشش گاز همراه نیست.

در زیر نموداری از وابستگی جریان به ولتاژ در هنگام تخلیه غیرخودپایدار در گاز آورده شده است. برای رسم نمودار، از یک لوله شیشه ای با دو الکترود فلزی که در شیشه مهر و موم شده بودند استفاده شد. زنجیر مطابق شکل زیر مونتاژ می شود.

در یک ولتاژ معین، لحظه ای فرا می رسد که در آن تمام ذرات باردار تشکیل شده در گاز توسط یونیزر در ثانیه در همان زمان به الکترودها می رسند. افزایش بیشتر ولتاژ دیگر نمی تواند منجر به افزایش تعداد یون های منتقل شده شود. جریان به حد اشباع می رسد (بخش افقی نمودار 1).

5. تخلیه گاز خودکفا.

تخلیه الکتریکی در گاز که پس از توقف کار یونیزر خارجی ادامه پیدا می کند، نامیده می شود تخلیه مستقل گاز. برای اجرای آن، لازم است که در نتیجه خود تخلیه، شارژهای رایگان به طور مداوم در گاز تشکیل شود. منبع اصلی وقوع آنها یونیزاسیون ضربه ای مولکول های گاز است.

اگر پس از رسیدن به اشباع، به افزایش اختلاف پتانسیل بین الکترودها ادامه دهیم، قدرت جریان در یک ولتاژ به اندازه کافی بالا شروع به افزایش شدید خواهد کرد (نمودار 2).

این بدان معنی است که یون های اضافی در گاز ظاهر می شوند که در اثر عملکرد یونیزه کننده تشکیل می شوند. قدرت فعلی می تواند صدها و هزاران بار افزایش یابد و تعداد ذرات باردار تولید شده در طول فرآیند تخلیه می تواند آنقدر زیاد شود که دیگر نیازی به یونیزر خارجی برای حفظ تخلیه نباشد. بنابراین، اکنون می توان یونیزر را حذف کرد.

دلایل افزایش شدید جریان در ولتاژهای بالا چیست؟ اجازه دهید هر جفت ذره باردار (یون مثبت و الکترون) را که در اثر عملکرد یک یونیزه کننده خارجی تشکیل شده اند، در نظر بگیریم. الکترون آزاد که به این شکل ظاهر می شود شروع به حرکت به سمت الکترود مثبت - آند و یون مثبت - به کاتد می کند. در مسیر خود، الکترون با یون ها و اتم های خنثی مواجه می شود. در فواصل بین دو برخورد متوالی، انرژی الکترون به دلیل کار نیروهای میدان الکتریکی افزایش می یابد.

هرچه اختلاف پتانسیل بین الکترودها بیشتر باشد، قدرت میدان الکتریکی بیشتر است. انرژی جنبشی الکترون قبل از برخورد بعدی با شدت میدان و مسیر آزاد متوسط ​​الکترون متناسب است: MV 2/2=eEl. اگر انرژی جنبشی یک الکترون از کار A i بیشتر شود که باید برای یونیزه کردن یک اتم (یا مولکول) خنثی انجام شود، یعنی. MV 2 > A i، سپس هنگامی که یک الکترون با یک اتم (یا مولکول) برخورد می کند، یونیزه می شود. در نتیجه به جای یک الکترون، دو الکترون ظاهر می شود (یکی که به اتم برخورد می کند و یکی که از اتم جدا می شود). آنها به نوبه خود انرژی را در میدان دریافت می کنند و اتم های روبرو را یونیزه می کنند و غیره. در نتیجه تعداد ذرات باردار به سرعت افزایش می یابد و بهمن الکترونی رخ می دهد. فرآیند توصیف شده نامیده می شود یونیزاسیون با برخورد الکترون

اما یونیزاسیون با برخورد الکترون به تنهایی نمی تواند حفظ بار مستقل را تضمین کند. در واقع، تمام الکترون های تولید شده از این طریق به سمت آند حرکت می کنند و با رسیدن به آند، «از بازی حذف می شوند». برای حفظ تخلیه، الکترون ها باید از کاتد ساطع شوند ("گسیل" به معنای "گسیل" است). انتشار الکترون می تواند به دلایل مختلفی باشد.

یون های مثبت تشکیل شده در هنگام برخورد الکترون ها با اتم های خنثی، هنگام حرکت به سمت کاتد، تحت تأثیر میدان انرژی جنبشی بالایی به دست می آورند. وقتی چنین یون های سریعی به کاتد برخورد می کنند، الکترون ها از سطح کاتد خارج می شوند.

علاوه بر این، کاتد می تواند الکترون ها را هنگام گرم شدن در دمای بالا منتشر کند. این فرآیند نامیده می شود انتشار ترمیونیمی توان آن را تبخیر الکترون از یک فلز در نظر گرفت. در بسیاری از جامدات، انتشار ترمیونی در دماهایی رخ می دهد که تبخیر خود ماده هنوز اندک است. از چنین موادی برای ساخت کاتد استفاده می شود.

در حین تخلیه خود، گرمایش کاتد می تواند به دلیل بمباران آن با یون های مثبت رخ دهد. اگر انرژی یون خیلی زیاد نباشد، الکترون ها از کاتد خارج نمی شوند و الکترون ها به دلیل گسیل ترمیونی گسیل می شوند.

6. انواع مختلف خود تخلیه و کاربردهای فنی آنها.

بسته به خواص و وضعیت گاز، ماهیت و محل الکترودها و همچنین ولتاژ اعمال شده به الکترودها، انواع مختلفتخلیه مستقل بیایید به چند مورد از آنها نگاه کنیم.

آ. ترشح براق.

تخلیه درخشندگی در گازها مشاهده می شود فشارهای پایینبه ترتیب چند ده میلی متر سیاره تیرو کمتر. اگر لوله ای را با تخلیه تابش در نظر بگیریم، می بینیم که قسمت های اصلی یک تخلیه تابش عبارتند از فضای تاریک کاتد،به شدت از او فاصله گرفت منفی،یا درخشش سوزان،که به تدریج وارد منطقه می شود فضای تاریک فارادیاین سه ناحیه قسمت کاتدی تخلیه را تشکیل می دهند و به دنبال آن قسمت نورانی اصلی تخلیه که مشخص کننده خواص نوری آن است و به نام ستون مثبت

نقش اصلی در حفظ تخلیه درخشش توسط دو ناحیه اول قسمت کاتدی آن ایفا می شود. ویژگی مشخصهاین نوع تخلیه، افت شدید پتانسیل در نزدیکی کاتد است که به دلیل سرعت نسبتا کم حرکت یون ها در نزدیکی کاتد، با غلظت بالای یون های مثبت در مرز مناطق I و II همراه است. در فضای تاریک کاتد شتاب شدید الکترون ها و یون های مثبت وجود دارد که الکترون ها را از کاتد خارج می کند. در ناحیه درخشش دود، الکترون‌ها یونیزاسیون شدید مولکول‌های گاز را ایجاد می‌کنند و انرژی خود را از دست می‌دهند. در اینجا یون های مثبت تشکیل می شوند که برای حفظ تخلیه ضروری هستند. شدت میدان الکتریکی در این منطقه کم است. درخشش عمدتاً به دلیل ترکیب مجدد یون ها و الکترون ها ایجاد می شود. وسعت فضای تاریک کاتد توسط خواص گاز و مواد کاتد تعیین می شود.

در ناحیه ستون مثبت غلظت الکترون ها و یون ها تقریباً یکسان و بسیار زیاد است که باعث رسانایی الکتریکی بالای ستون مثبت و افت جزئی پتانسیل در آن می شود. درخشش ستون مثبت با درخشش مولکول های گاز برانگیخته تعیین می شود. در نزدیکی آند، یک تغییر نسبتاً شدید در پتانسیل دوباره مشاهده می شود که با فرآیند تولید یون های مثبت مرتبط است. در برخی موارد، ستون مثبت به مناطق نورانی جداگانه تقسیم می شود - اقشار،با فضاهای تاریک از هم جدا شده اند.

ستون مثبت نقش مهمی در حفظ دبی درخشندگی ندارد، بنابراین با کاهش فاصله بین الکترودهای لوله، طول ستون مثبت کاهش یافته و ممکن است به طور کامل ناپدید شود. وضعیت در مورد طول فضای تاریک کاتد متفاوت است، که با نزدیک شدن الکترودها به یکدیگر تغییر نمی کند. اگر الکترودها آنقدر نزدیک شوند که فاصله بین آنها کمتر از طول فضای تاریک کاتد شود، تخلیه درخشش در گاز متوقف می شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که با مساوی بودن سایر چیزها، طول d فضای تاریک کاتد با فشار گاز نسبت معکوس دارد. در نتیجه، در فشارهای به اندازه کافی کم، الکترون‌هایی که توسط یون‌های مثبت از کاتد خارج می‌شوند، تقریباً بدون برخورد با مولکول‌های آن از گاز عبور می‌کنند و تشکیل می‌شوند. الکترونیکی، یا پرتوهای کاتدی .

تخلیه تابشی در لوله‌های نور گاز، لامپ‌های فلورسنت، تثبیت‌کننده‌های ولتاژ و تولید پرتوهای الکترونی و یونی استفاده می‌شود. اگر شکافی در کاتد ایجاد شود، پرتوهای یونی باریک، اغلب نامیده می شوند پرتوهای کانالپدیده پرکاربرد کندوپاش کاتد، یعنی تخریب سطح کاتد در اثر برخورد یون های مثبت به آن. قطعات اولترا میکروسکوپی از مواد کاتد در تمام جهات در خطوط مستقیم پرواز می کنند و سطح اجسام (به ویژه دی الکتریک) قرار گرفته در لوله را با یک لایه نازک می پوشانند. به این ترتیب برای تعدادی از دستگاه ها آینه ساخته می شود و لایه نازکی از فلز روی فتوسل های سلنیومی اعمال می شود.

ب. ترشحات کرونا.

ترشحات کرونا زمانی اتفاق می افتد که فشار معمولیدر گازی که در یک میدان الکتریکی بسیار ناهمگن قرار دارد (به عنوان مثال، نزدیک نوک یا سیم خطوط فشار قوی). در طول تخلیه تاج، یونیزاسیون و درخشش گاز فقط در نزدیکی الکترودهای کرونا رخ می دهد. در مورد تاج کاتدی (تاج منفی)، الکترون هایی که باعث یونیزاسیون ضربه ای مولکول های گاز می شوند، هنگام بمباران با یون های مثبت از کاتد خارج می شوند. اگر آند تاج خورده باشد (تاج مثبت)، در این صورت ایجاد الکترون به دلیل فوتیونیزاسیون گاز در نزدیکی آند رخ می دهد. کرونا یک پدیده مضر است که با نشت جریان و از بین رفتن آن همراه است انرژی الکتریکی. برای کاهش آسیب کرونا، شعاع انحنای هادی ها افزایش یافته و سطح آنها تا حد امکان صاف می شود. در یک ولتاژ به اندازه کافی بالا بین الکترودها، تخلیه تاج به یک تخلیه جرقه تبدیل می شود.

در ولتاژ افزایش یافته، تخلیه تاج در نوک به شکل خطوط نوری است که از نوک خارج می شود و در زمان متناوب می شود. این خطوط که دارای تعدادی پیچ خوردگی و خم هستند، شبیه یک برس را تشکیل می دهند که در نتیجه چنین تخلیه ای نامیده می شود. کارپال .

یک ابر رعد و برق باردار به سطح زمین در زیر آن القا می کند بارهای الکتریکیعلامت مخالف به خصوص شارژ زیادی روی نوک ها جمع می شود. بنابراین، قبل یا در هنگام رعد و برق، مخروط‌های منگوله‌مانندی از نور اغلب بر روی نقاط و گوشه‌های تیز اجسام بسیار برآمده چشمک می‌زنند. از زمان های قدیم، این درخشش را آتش های سنت المو می نامند.

کوهنوردان به ویژه اغلب شاهد این پدیده هستند. گاهی نه تنها اشیاء فلزی، بلکه انتهای موی سر نیز با منگوله های نورانی کوچک تزئین می شود.

هنگام برخورد با ولتاژ بالا، تخلیه کرونا باید در نظر گرفته شود. اگر قسمت‌های بیرون زده یا سیم‌های بسیار نازک وجود داشته باشد، ممکن است تخلیه کرونا رخ دهد. این منجر به نشت برق می شود. هرچه ولتاژ خط فشار قوی بیشتر باشد، سیم ها باید ضخیم تر باشند.

سی. تخلیه جرقه.

تخلیه جرقه ظاهر رشته های انشعاب زیگزاگی روشن دارد که در شکاف تخلیه نفوذ کرده و ناپدید می شوند و با کانال های جدید جایگزین می شوند. تحقیقات نشان داده است که کانال های تخلیه جرقه، گاهی از الکترود مثبت، گاهی از منفی و گاهی از نقطه ای بین الکترودها شروع به رشد می کنند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که یونیزاسیون با ضربه در مورد تخلیه جرقه در کل حجم گاز اتفاق نمی افتد، بلکه از طریق کانال های جداگانه ای که در آن مکان هایی عبور می کنند که غلظت یون به طور تصادفی بالاترین است. تخلیه جرقه با آزاد شدن همراه است مقدار زیادگرما، درخشش گاز روشن، ترقه یا رعد و برق. همه این پدیده ها ناشی از بهمن های الکترونی و یونی است که در کانال های جرقه رخ می دهد و منجر به افزایش شدید فشار می شود که به 10 7 ¸ 10 8 Pa و افزایش دما تا 10000 درجه سانتی گراد می رسد.

یک مثال معمولی از تخلیه جرقه، رعد و برق است. قطر کانال اصلی رعد و برق بین 10 تا 25 سانتی متر است و طول صاعقه می تواند به چندین کیلومتر برسد. حداکثر قدرت جریان یک پالس صاعقه به ده ها و صدها هزار آمپر می رسد.

هنگامی که شکاف تخلیه کوتاه است، تخلیه جرقه باعث تخریب خاص آند می شود که به آن می گویند فرسایش. این پدیده در روش جرقه الکتریکی برش، حفاری و سایر انواع پردازش فلزات دقیق مورد استفاده قرار گرفت.

شکاف جرقه به عنوان فیوز اضافه ولتاژ در خطوط انتقال برق استفاده می شود (به عنوان مثال، خطوط تلفن). اگر یک جریان کوتاه مدت قوی از نزدیک یک خط عبور کند، ولتاژ و جریان هایی در سیم های این خط ایجاد می شود که می تواند تاسیسات الکتریکی را از بین ببرد و برای زندگی انسان خطرناک باشد. برای جلوگیری از این امر از فیوزهای مخصوصی استفاده می شود که از دو الکترود خمیده تشکیل شده است که یکی از آنها به خط وصل و دیگری به زمین متصل است. اگر پتانسیل خط نسبت به زمین بسیار افزایش یابد، تخلیه جرقه ای بین الکترودها رخ می دهد که همراه با هوای گرم شده توسط آن بالا می رود، طولانی می شود و می شکند.

در نهایت، جرقه الکتریکی برای اندازه‌گیری تفاوت‌های پتانسیل بزرگ استفاده می‌شود توپ گیر، که الکترودهای آن دو گوی فلزی با سطح صیقلی است. توپ ها از هم جدا می شوند و اختلاف پتانسیل اندازه گیری شده روی آنها اعمال می شود. سپس توپ ها به هم نزدیک می شوند تا زمانی که جرقه ای بین آنها بپرد. با دانستن قطر توپ ها، فاصله بین آنها، فشار، دما و رطوبت هوا، اختلاف پتانسیل بین توپ ها را با استفاده از میزهای مخصوص پیدا کنید. این روش می تواند اختلاف پتانسیل های مرتبه ده ها هزار ولت را با دقت چند درصد اندازه گیری کند.

D. تخلیه قوس.

تخلیه قوس توسط V.V. Petrov در سال 1802 کشف شد. این تخلیه یکی از اشکال تخلیه گاز است که با چگالی جریان بالا و ولتاژ نسبتاً کم بین الکترودها (در حد چند ده ولت) انجام می شود. علت اصلی تخلیه قوس، انتشار شدید الکترون های ترمیونی از کاتد داغ است. این الکترون ها توسط میدان الکتریکی شتاب می گیرند و یونیزاسیون ضربه ای مولکول های گاز ایجاد می کنند که به این دلیل است. مقاومت الکتریکیشکاف گاز بین الکترودها نسبتاً کم است. اگر مقاومت مدار خارجی را کاهش دهید و جریان تخلیه قوس را افزایش دهید، هدایت شکاف گاز به قدری افزایش می یابد که ولتاژ بین الکترودها کاهش می یابد. بنابراین، آنها می گویند که تخلیه قوس دارای یک مشخصه جریان-ولتاژ در حال سقوط است. در فشار جودمای کاتد به 3000 درجه سانتیگراد می رسد. الکترون ها آند را بمباران می کنند و یک فرورفتگی ( دهانه ) در آن ایجاد می کنند و آن را گرم می کنند. دمای دهانه حدود 4000 درجه سانتیگراد است و در فشارهای زیاد هوا به 6000-7000 درجه سانتیگراد می رسد. دمای گاز در کانال تخلیه قوس به 5000-6000 درجه سانتیگراد می رسد، بنابراین یونیزاسیون حرارتی شدید در آن رخ می دهد.

در برخی موارد، تخلیه قوس در دمای نسبتاً پایین کاتد (مثلاً در یک لامپ قوس جیوه ای) مشاهده می شود.

در سال 1876، P.N. Yablochkov اولین کسی بود که از قوس الکتریکی به عنوان منبع نور استفاده کرد. در "شمع یابلوچکوف" زغال سنگ ها به صورت موازی قرار گرفتند و توسط یک لایه منحنی از هم جدا شدند و انتهای آنها توسط یک "پل احتراق" رسانا به هم متصل شدند. با روشن شدن جریان، پل احتراق سوخت و قوس الکتریکی بین زغال‌سنگ‌ها ایجاد شد. با سوختن زغال سنگ، لایه عایق تبخیر شد.

تخلیه قوس هنوز هم امروزه به عنوان منبع نور استفاده می شود، به عنوان مثال در نورافکن ها و دستگاه های پروجکشن.

حرارتتخلیه قوس اجازه می دهد تا از آن برای ساخت یک کوره قوس استفاده شود. در حال حاضر، کوره های قوس الکتریکی، با جریان بسیار بالا، در تعدادی از صنایع استفاده می شود: برای ذوب فولاد، چدن، فروآلیاژها، برنز، برای تولید کاربید کلسیم، اکسید نیتروژن و غیره.

در سال 1882، N. N. Benardos برای اولین بار از تخلیه قوس برای برش و جوش فلز استفاده کرد. تخلیه بین یک الکترود کربن ثابت و فلز، محل اتصال دو ورق فلزی (یا صفحه) را گرم کرده و آنها را جوش می دهد. Benardos از همین روش برای برش صفحات فلزی و ایجاد سوراخ در آنها استفاده کرد. در سال 1888 ، N. G. Slavyanov این روش جوشکاری را بهبود بخشید و الکترود کربن را با الکترود فلزی جایگزین کرد.

تخلیه قوس در یکسو کننده جیوه کاربرد دارد که جریان الکتریکی متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می کند.

E. پلاسما.

پلاسما یک گاز نیمه یا کاملاً یونیزه است که در آن چگالی بارهای مثبت و منفی تقریباً برابر است. بنابراین، پلاسما به عنوان یک کل یک سیستم الکتریکی خنثی است.

یک ویژگی کمی پلاسما درجه یونیزاسیون است. درجه یونیزاسیون پلاسما a نسبت غلظت حجمی ذرات باردار به غلظت حجمی کل ذرات است. بسته به درجه یونیزاسیون، پلاسما به دو دسته تقسیم می شود ضعیف یونیزه شده(a کسری از درصد است)، تا حدی یونیزه شده (a در حد چند درصد است) و کاملاً یونیزه شده (a نزدیک به 100٪ است). پلاسمای یونیزه ضعیف در شرایط طبیعیلایه های بالایی جو هستند - یونوسفر. خورشید، ستارگان داغ و برخی از ابرهای بین ستاره ای پلاسمای کاملاً یونیزه شده هستند که در دماهای بالا تشکیل می شوند.

انرژی های متوسط انواع مختلفذرات تشکیل دهنده پلاسما می توانند به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت باشند. بنابراین، پلاسما را نمی توان با یک مقدار دمایی T مشخص کرد. بین دمای الکترونیکی T e، دمای یون Ti (یا دمای یون در صورت وجود چندین نوع یون در پلاسما) و دمای اتم های خنثی Ta (جزء خنثی) تمایز قائل می شود. چنین پلاسمایی بر خلاف پلاسمای همدما که دمای همه اجزای آن یکسان است، غیر همدما نامیده می شود.

پلاسما نیز به دمای بالا (T i » 10 6 -10 8 K و بیشتر) و دمای پایین تقسیم می شود!!! (T i<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.

پلاسما دارای تعدادی ویژگی خاص است که به ما امکان می دهد آن را به عنوان یک حالت چهارم ماده خاص در نظر بگیریم.

ذرات پلاسما به دلیل تحرک زیاد، به راحتی تحت تأثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی حرکت می کنند. بنابراین، هرگونه نقض خنثی الکتریکی نواحی جداگانه پلاسما ناشی از تجمع ذرات علامت بار یکسان به سرعت از بین می رود. میدان های الکتریکی حاصل، ذرات باردار را حرکت می دهند تا زمانی که خنثی الکتریکی بازیابی شود و میدان الکتریکی صفر شود. بر خلاف گاز خنثی که بین مولکول های آن نیروهای کوتاه برد وجود دارد، نیروهای کولن بین ذرات باردار پلاسما عمل می کنند که با فاصله نسبتاً آهسته کاهش می یابد. هر ذره به طور همزمان با تعداد زیادی از ذرات اطراف برهم کنش می کند. به همین دلیل، همراه با حرکت حرارتی آشفته، ذرات پلاسما می توانند در انواع حرکات منظم شرکت کنند. انواع مختلفی از نوسانات و امواج به راحتی در پلاسما تحریک می شوند.

رسانایی پلاسما با افزایش درجه یونیزاسیون افزایش می یابد. در دماهای بالا، پلاسمای کاملا یونیزه شده از نظر رسانایی به ابررساناها نزدیک می شود.

پلاسمای دمای پایین در منابع نور تخلیه گاز - در لوله های نورانی برای علائم تبلیغاتی، در لامپ های فلورسنت استفاده می شود. لامپ های تخلیه گاز در بسیاری از دستگاه ها، به عنوان مثال، در لیزرهای گازی - منابع نور کوانتومی استفاده می شود.

پلاسمای با دمای بالا در ژنراتورهای مغناطیسی هیدرودینامیکی استفاده می شود.

اخیراً دستگاه جدیدی ایجاد شده است - پلاسماترون. مشعل پلاسما جت های قدرتمندی از پلاسمای متراکم با دمای پایین ایجاد می کند که به طور گسترده در زمینه های مختلف فناوری استفاده می شود: برای برش و جوشکاری فلزات، حفر چاه در سنگ های سخت و غیره.

فهرست ادبیات مورد استفاده:

1) فیزیک: الکترودینامیک. پایه های 10-11: کتاب درسی. برای مطالعه عمیق فیزیک/G. Y. Myakishev، A. Z. Sinyakov، B. A. Slobodskov. – چاپ دوم – M.: Bustard, 1998. – 480 p.

۲) درس فیزیک (در سه جلد). T. II. الکتریسیته و مغناطیس. کتاب درسی کتابچه راهنمای کالج ها./Detlaf A.A., Yavorsky B.M., Milkovskaya L.B. Ed. چهارم، بازنگری شده – م.: دبیرستان، 1977. – 375 ص.

3) برق./E. جی کلاشینکف. اد. "علم"، مسکو، 1977.

4) فیزیک./ب. B. Bukhovtsev، Yu. L. Klimontovich، G. Ya. Myakishev. چاپ سوم، اصلاح شده. - م.: آموزش و پرورش، 1986.

در شرایط عادی، گازها دی الکتریک هستند، زیرا از اتم‌ها و مولکول‌های خنثی تشکیل شده‌اند و بار آزاد کافی ندارند.گازها تنها زمانی رسانا می‌شوند که به نحوی یونیزه شوند. فرآیند یونیزاسیون گازها شامل حذف یک یا چند الکترون از یک اتم به دلایلی است. در نتیجه، به جای یک اتم خنثی، یون مثبتو الکترون.

تجزیه مولکول ها به یون ها و الکترون ها نامیده می شود یونیزاسیون گاز.

برخی از الکترون های حاصل را می توان توسط اتم های خنثی دیگر گرفت و سپس یون های دارای بار منفی.

بنابراین، در یک گاز یونیزه سه نوع حامل بار وجود دارد: الکترون ها، یون های مثبت و منفی.

حذف یک الکترون از اتم مستلزم صرف مقدار معینی انرژی است - انرژی یونیزاسیون دبلیومن. انرژی یونیزاسیون به ماهیت شیمیایی گاز و وضعیت انرژی الکترون در اتم بستگی دارد. بنابراین، برای حذف الکترون اول از یک اتم نیتروژن، انرژی مورد نیاز 14.5 eV، برای حذف الکترون دوم - 29.5 eV، و برای حذف الکترون سوم - 47.4 eV است.

عواملی که باعث یونیزاسیون گاز می شوند نامیده می شوند یونیزه کننده ها.

سه نوع یونیزاسیون وجود دارد: یونیزاسیون حرارتی، یونیزاسیون نوری و یونیزاسیون ضربه ای.

یونیزاسیون حرارتیاگر انرژی جنبشی حرکت نسبی ذرات در حال برخورد از انرژی اتصال الکترون در اتم بیشتر شود، در نتیجه برخورد اتم‌ها یا مولکول‌های گاز در دمای بالا رخ می‌دهد.

فوتیونیزاسیونتحت تأثیر تشعشعات الکترومغناطیسی (فرابنفش، اشعه ایکس یا تابش γ)، زمانی که انرژی لازم برای جدا کردن یک الکترون از اتم توسط یک کوانتوم تابشی به آن منتقل می شود، رخ می دهد.

یونیزاسیون ضربه الکترون(یا یونیزاسیون ضربه ای) تشکیل یون هایی با بار مثبت در نتیجه برخورد اتم ها یا مولکول ها با الکترون های سریع با انرژی جنبشی بالا است.

فرآیند یونیزاسیون گاز همیشه با روند مخالف کاهش مولکول های خنثی از یون های دارای بار مخالف به دلیل جاذبه الکتریکی آنها همراه است. این پدیده نامیده می شود نوترکیبی. در طی نوترکیب، انرژی برابر با انرژی صرف شده برای یونیزاسیون آزاد می شود. این می تواند به عنوان مثال باعث درخشش گاز شود.

اگر عمل یونیزه کننده بدون تغییر باشد، تعادل دینامیکی در گاز یونیزه برقرار می شود که در آن همان تعداد مولکول در واحد زمان با تجزیه شدن به یون ها بازیابی می شوند. در این حالت، غلظت ذرات باردار در گاز یونیزه شده بدون تغییر باقی می ماند. اگر عمل یونیزه کننده متوقف شود، نوترکیب بر یونیزاسیون غالب می شود و تعداد یون ها به سرعت تقریباً به صفر کاهش می یابد. در نتیجه، وجود ذرات باردار در یک گاز یک پدیده موقتی است (در حالی که یونیزر کار می کند).

در غیاب میدان خارجی، ذرات باردار به طور آشفته حرکت می کنند.

تخلیه گاز

هنگامی که یک گاز یونیزه شده در میدان الکتریکی قرار می گیرد، نیروهای الکتریکی بر روی بارهای آزاد شروع به عمل می کنند و به موازات خطوط ولتاژ حرکت می کنند: الکترون ها و یون های منفی به آند، یون های مثبت به کاتد (شکل 1). در الکترودها، یون ها به اتم های خنثی تبدیل می شوند و الکترون می دهند یا می پذیرند و در نتیجه مدار را کامل می کنند. جریان الکتریکی در گاز ایجاد می شود.

جریان الکتریکی در گازها- این حرکت جهت دار یون ها و الکترون ها است.

جریان الکتریکی در گازها نامیده می شود تخلیه گاز.

جریان کل در گاز از دو جریان ذرات باردار تشکیل شده است: جریانی که به کاتد می رود و جریانی که به آند هدایت می شود.

گازها رسانایی الکترونیکی مشابه رسانایی فلزات را با رسانایی یونی مشابه رسانایی محلول های آبی یا مذاب های الکترولیت ترکیب می کنند.

بنابراین رسانایی گازها دارد کاراکتر یونی-الکترونیکی.