Vzniká usmerneným pohybom voľných elektrónov a že v tomto prípade nenastanú žiadne zmeny v látke, z ktorej je vodič vyrobený.
Takéto vodiče, v ktorých prechod elektrického prúdu nie je sprevádzaný chemickými zmenami v ich látke, sa nazývajú vodiče prvého druhu. Patria sem všetky kovy, uhlie a množstvo ďalších látok.
Ale v prírode existujú aj také vodiče elektrického prúdu, v ktorých pri prechode prúdu dochádza k chemickým javom. Tieto vodiče sú tzv vodiče druhého druhu. Patria sem najmä rôzne roztoky kyselín, solí a zásad vo vode.
Ak nalejete vodu do sklenenej nádoby a pridáte do nej niekoľko kvapiek kyseliny sírovej (alebo inej kyseliny alebo zásady) a potom vezmete dve kovové dosky a pripojíte k nim vodiče tak, že tieto dosky spustíte do nádoby a zapojíte prúd zdroj na druhé konce vodičov cez spínač a ampérmeter, potom sa z roztoku uvoľní plyn a bude to pokračovať nepretržite, kým sa okruh neuzavrie. okyslená voda je skutočne vodič. Okrem toho sa dosky začnú pokrývať bublinami plynu. Potom sa tieto bubliny odtrhnú od tanierov a vyjdú von.
Pri prechode elektrického prúdu cez roztok dochádza k chemickým zmenám, v dôsledku ktorých sa uvoľňuje plyn.
Vodiče druhého druhu sa nazývajú elektrolyty a jav, ktorý sa vyskytuje v elektrolyte, keď ním prechádza elektrický prúd, je.
Kovové dosky ponorené do elektrolytu sa nazývajú elektródy; jeden z nich, pripojený k kladnému pólu zdroja prúdu, sa nazýva anóda a druhý, pripojený k zápornému pólu, sa nazýva katóda.
Čo spôsobuje prechod elektrického prúdu v kvapalnom vodiči? Ukazuje sa, že v takýchto roztokoch (elektrolytoch) sa molekuly kyselín (zásady, soli) pôsobením rozpúšťadla (v tomto prípade vody) rozkladajú na dve zložky a jedna častica molekuly má kladný elektrický náboj a druhá záporný.
Častice molekuly, ktoré majú elektrický náboj, sa nazývajú ióny. Keď sa kyselina, soľ alebo zásada rozpustí vo vode, v roztoku sa objaví veľké množstvo kladných aj záporných iónov.
Teraz by malo byť jasné, prečo cez roztok prechádzal elektrický prúd, pretože medzi elektródami pripojenými k zdroju prúdu sa vytvoril, inými slovami, jedna z nich bola nabitá kladne a druhá záporne. Pod vplyvom tohto rozdielu potenciálov sa kladné ióny začali pohybovať smerom k negatívnej elektróde - katóde a negatívne ióny - smerom k anóde.
Chaotický pohyb iónov sa tak stal usporiadaným protipohybom záporných iónov v jednom smere a pozitívnych iónov v druhom. Tento proces prenosu náboja predstavuje tok elektrického prúdu cez elektrolyt a prebieha tak dlho, pokiaľ existuje potenciálny rozdiel medzi elektródami. So zmiznutím potenciálneho rozdielu sa prúd cez elektrolyt zastaví, naruší sa usporiadaný pohyb iónov a opäť nastúpi chaotický pohyb.
Ako príklad uvažujme jav elektrolýzy, keď elektrický prúd prechádza roztokom síranu meďnatého CuSO4 s medenými elektródami spustenými do neho.
Fenomén elektrolýzy pri prechode prúdu roztokom síranu meďnatého: C - nádoba s elektrolytom, B - zdroj prúdu, C - spínač
Bude tiež existovať opačný pohyb iónov k elektródam. Pozitívny ión bude ión medi (Cu) a negatívny ión bude ión zvyšku kyseliny (SO4). Ióny medi sa pri kontakte s katódou vybijú (pripájajú na seba chýbajúce elektróny), t.j. zmenia sa na neutrálne molekuly čistej medi a uložia sa na katóde vo forme najtenšej (molekulárnej) vrstvy.
Záporné ióny, ktoré dosiahli anódu, sú tiež vybité (odvádzajú prebytočné elektróny). Zároveň však vstupujú do chemickej reakcie s meďou anódy, v dôsledku čoho sa molekula medi Cu naviaže na kyslý zvyšok SO4 a vytvorí sa molekula síranu meďnatého CuS O4, ktorý sa vráti späť. späť k elektrolytu.
Pretože tento chemický proces je dlho, potom sa na katóde usadí meď, ktorá sa uvoľní z elektrolytu. V tomto prípade namiesto molekúl medi, ktoré prešli na katódu, elektrolyt dostáva nové molekuly medi v dôsledku rozpustenia druhej elektródy - anódy.
Rovnaký proces nastane, ak sa namiesto medených elektród odoberú zinkové elektródy a elektrolytom je roztok síranu zinočnatého ZnSO4. Zinok sa tiež prenesie z anódy na katódu.
teda rozdiel medzi elektrickým prúdom v kovoch a kvapalných vodičoch spočíva v tom, že v kovoch sú nosičmi náboja len voľné elektróny, teda záporné náboje, zatiaľ čo v elektrolytoch ho nesú opačne nabité častice hmoty - ióny pohybujúce sa v opačných smeroch. Preto to hovoria elektrolyty majú iónovú vodivosť.
Fenomén elektrolýzy bol objavený v roku 1837 B. S. Jacobim, ktorý uskutočnil početné experimenty na výskum a zlepšenie chemické zdroje prúd. Jacobi zistil, že jedna z elektród umiestnených v roztoku síranu meďnatého, keď ňou prechádza elektrický prúd, je pokrytá meďou.
Tento jav sa nazýva galvanické pokovovanie, teraz nachádza mimoriadne široké praktické uplatnenie. Jedným z príkladov je pokovovanie kovových predmetov tenkou vrstvou iných kovov, t. j. niklovanie, pozlátenie, postriebrenie atď.
Plyny (vrátane vzduchu) za normálnych podmienok nevedú elektrický prúd. Napríklad nahí, ktorí sú zavesení paralelne k sebe, sú navzájom izolovaní vrstvou vzduchu.
Avšak pod vplyvom vysoká teplota, veľký potenciálový rozdiel a iné dôvody sú plyny, podobne ako kvapalné vodiče, ionizované, t.j. vo veľkom množstve sa v nich objavujú častice molekúl plynu, ktoré ako nosiče elektriny prispievajú k prechodu elektrického prúdu plynom.
Zároveň sa však ionizácia plynu líši od ionizácie kvapalného vodiča. Ak sa molekula v kvapaline rozpadne na dve nabité časti, potom sa v plynoch pôsobením ionizácie vždy oddelia elektróny z každej molekuly a zostane ión vo forme kladne nabitej časti molekuly.
Stačí zastaviť ionizáciu plynu, pretože prestáva byť vodivý, zatiaľ čo kvapalina vždy zostáva vodičom elektrického prúdu. V dôsledku toho je vodivosť plynu dočasným javom v závislosti od pôsobenia vonkajších príčin.
Existuje však ešte jeden tzv oblúkový výboj alebo len elektrický oblúk. Fenomén elektrického oblúka objavil začiatkom 19. storočia prvý ruský elektrotechnik V. V. Petrov.
V. V. Petrov pri početných experimentoch zistil, že medzi dvoma drevenými uhlíkmi pripojenými k zdroju prúdu dochádza vzduchom k nepretržitému elektrickému výboju sprevádzanému jasným svetlom. V. V. Petrov vo svojich spisoch napísal, že v tomto prípade „môže byť temný pokoj celkom jasne osvetlený“. Prvýkrát sa tak získalo elektrické svetlo, ktoré prakticky aplikoval ďalší ruský elektrotechnický vedec Pavel Nikolajevič Yablochkov.
"Jabločkovova sviečka", ktorej práca je založená na použití elektrického oblúka, urobila v tých dňoch skutočnú revolúciu v elektrotechnike.
Oblúkový výboj sa ako zdroj svetla používa aj dnes napríklad vo svetlometoch a projektoroch. Vysoká teplota oblúkového výboja umožňuje jeho použitie na . V súčasnosti sa oblúkové pece poháňané veľmi vysokým prúdom používajú v mnohých odvetviach: na tavenie ocele, liatiny, ferozliatin, bronzu atď. A v roku 1882 N. N. Benardos prvýkrát použil oblúkový výboj na rezanie a zváranie kovu.
V plynových trubiciach, žiarivkách, stabilizátoroch napätia, na získanie elektrónových a iónových lúčov, tzv. žeravý výboj plynu.
Iskrový výboj sa používa na meranie veľkých potenciálových rozdielov pomocou guľôčkovej medzery, ktorej elektródy sú dve kovové guľôčky s lešteným povrchom. Guľôčky sa pohybujú od seba a aplikuje sa na ne nameraný potenciálny rozdiel. Potom sa loptičky spoja, kým medzi nimi nepreskočí iskra. Keď poznajú priemer loptičiek, vzdialenosť medzi nimi, tlak, teplotu a vlhkosť vzduchu, nájdu potenciálny rozdiel medzi loptičkami podľa špeciálnych tabuliek. Táto metóda môže byť použitá na meranie rozdielov potenciálov s presnosťou niekoľkých percent rádovo v desiatkach tisíc voltov.
ELEKTRICKÝ PRÚD V PLYNOCH
Nezávislá a nesamostatná vodivosť plynov. IN prirodzený stav plyny nevedú elektrický prúd, t.j. sú dielektriká. To sa dá ľahko overiť jednoduchým prúdom, ak je okruh prerušený vzduchovou medzerou.
Izolačné vlastnosti plynov sú vysvetlené skutočnosťou, že atómy a molekuly plynov v ich prirodzenom stave sú neutrálne nenabité častice. Z toho je zrejmé, že na to, aby bol plyn vodivý, je potrebné do neho tak či onak zaviesť alebo v ňom vytvoriť voľné nosiče náboja - nabité častice. V tomto prípade sú možné dva prípady: buď tieto nabité častice vznikajú pôsobením nejakého vonkajšieho činiteľa alebo sú do plynu privádzané zvonku – nesamostatné vedenie, alebo vznikajú v plyne pôsobením samotné elektrické pole, ktoré existuje medzi elektródami - samovodivosť.
Na znázornenom obrázku galvanometer v obvode neukazuje žiadny prúd napriek použitému napätiu. To naznačuje absenciu vodivosti plynov za normálnych podmienok.
Teraz zahrejte plyn v intervale 1-2 na veľmi vysokú teplotu tým, že do neho vložíme zapálený horák. Galvanometer bude indikovať výskyt prúdu, preto sa pri vysokej teplote podiel molekúl neutrálneho plynu rozkladá na kladné a záporné ióny. Takýto jav je tzv ionizácia plynu. 
Ak je prúd vzduchu z malého dúchadla nasmerovaný do plynovej medzery a na dráhu prúdu mimo medzery je umiestnený ionizačný plameň, potom galvanometer ukáže určitý prúd. 
To znamená, že ióny nezmiznú okamžite, ale pohybujú sa spolu s plynom. Keď sa však vzdialenosť medzi plameňom a medzerou 1-2 zväčšuje, prúd postupne slabne a potom zmizne. V tomto prípade majú opačne nabité ióny tendenciu sa navzájom približovať pod vplyvom sily elektrickej príťažlivosti a keď sa stretnú, znovu sa spoja do neutrálnej molekuly. Takýto proces sa nazýva rekombinácia ióny.
Zahriatie plynu na vysokú teplotu nie je jediným spôsobom, ako ionizovať molekuly alebo atómy plynu. Neutrálne atómy alebo molekuly plynu môžu byť ionizované aj pod vplyvom iných faktorov.
Iónová vodivosť má množstvo funkcií. Preto často kladné a záporné ióny nie sú jednotlivé ionizované molekuly, ale skupiny molekúl pripojené k zápornému alebo kladnému elektrónu. Vzhľadom na to, hoci náboj každého iónu je rovný jednému alebo dvom, zriedka viac ako počet elementárnych nábojov, ich hmotnosti sa môžu výrazne líšiť od hmotností jednotlivých atómov a molekúl. V tomto sa ióny plynu výrazne líšia od iónov elektrolytov, ktoré vždy predstavujú určité skupiny atómov. Kvôli tomuto rozdielu Faradayove zákony, ktoré sú také charakteristické pre vodivosť elektrolytov, neplatia pre iónovú vodivosť plynov.
Druhým, tiež veľmi dôležitým rozdielom medzi iónovou vodivosťou plynov a iónovou vodivosťou elektrolytov je, že pre plyny nie je dodržaný Ohmov zákon: charakteristika prúdového napätia má viac komplexná povaha. Prúdová charakteristika vodičov (vrátane elektrolytov) má tvar naklonenej priamky (úmernosť I a U), pre plyny má rôzne tvary.
Najmä v prípade nesamostatnej vodivosti má pre malé hodnoty U graf tvar priamky, t.j. Ohmov zákon približne zostáva v platnosti; ako sa U zvyšuje, krivka sa od určitého napätia ohýba a prechádza do vodorovnej priamky. 
To znamená, že od určitého napätia zostáva prúd konštantný napriek zvýšeniu napätia. Táto konštantná, na napätí nezávislá hodnota prúdu sa nazýva saturačný prúd.
Nie je ťažké pochopiť význam získaných výsledkov. Spočiatku, keď sa napätie zvyšuje, počet iónov prechádzajúcich prierezom výboja sa zvyšuje; prúd I sa zvyšuje, pretože ióny v silnejšom poli sa pohybujú vyššou rýchlosťou. Avšak bez ohľadu na to, ako rýchlo sa ióny pohybujú, počet ich prechodov týmto úsekom za jednotku času nemôže byť väčší ako celkový počet iónov vytvorených vo výboji vo výboji za jednotku času vonkajším ionizačným faktorom.
Pokusy však ukazujú, že ak po dosiahnutí saturačného prúdu v plyne pokračujeme vo výraznom zvyšovaní napätia, tak sa náhle naruší priebeh prúdovo-napäťovej charakteristiky. Pri dostatočne vysokom napätí sa prúd prudko zvyšuje. 
Súčasný skok ukazuje, že počet iónov sa okamžite prudko zvýšil. Dôvod je sám o sebe elektrické pole: niektorým iónom udeľuje také vysoké rýchlosti, t.j. taká veľká energia, že keď sa takéto ióny zrazia s neutrálnymi molekulami, tieto sa rozpadajú na ióny. Celkový počet iónov je teraz determinovaný nie ionizujúcim faktorom, ale pôsobením samotného poľa, ktoré samo môže podporovať potrebnú ionizáciu: vodivosť z nesamostatnosti sa stáva nezávislou. Opísaný jav náhleho nástupu nezávislej vodivosti, ktorý má charakter prierazu plynovej medzery, nie je jedinou, aj keď veľmi dôležitou formou vzniku samostatnej vodivosti.
Iskrový výboj. Pri dostatočne vysokej intenzite poľa (asi 3 MV / m) sa medzi elektródami objaví elektrická iskra, ktorá má formu jasne žiariaceho kľukatého kanála spájajúceho obe elektródy. Plyn v blízkosti iskry sa zahreje na vysokú teplotu a náhle expanduje, čo spôsobí zvukové vlny a počujeme charakteristické praskanie.
Opísaná forma výboja plynu je tzv iskrový výboj alebo plynová iskra. Keď dôjde k iskrovému výboju, plyn náhle stratí svoje dielektrické vlastnosti a stane sa dobrým vodičom. Intenzita poľa, pri ktorej dochádza k iskrovému rozpadu plynu, má pre rôzne plyny rôznu hodnotu a závisí od ich stavu (tlak, teplota). Čím väčšia je vzdialenosť medzi elektródami, tým väčšie napätie medzi nimi je potrebné na začiatok iskrového rozpadu plynu. Toto napätie sa nazýva prierazné napätie.
Keď vieme, ako prierazné napätie závisí od vzdialenosti medzi elektródami akéhokoľvek konkrétneho tvaru, je možné merať neznáme napätie pozdĺž maximálnej dĺžky iskry. Toto je základ pre zariadenie iskrového voltmetra pre hrubé vysoké napätia. 
Skladá sa z dvoch kovových guľôčok upevnených na stĺpikoch 1 a 2, 2. stĺpik s guľôčkou sa môže skrutkou približovať alebo vzďaľovať od prvého. Guľôčky sa pripájajú k zdroju prúdu, ktorého napätie sa má merať, a približujú sa, kým sa neobjaví iskra. Meraním vzdialenosti pomocou stupnice na stojane je možné poskytnúť hrubý odhad napätia po dĺžke iskry (príklad: pri priemere gule 5 cm a vzdialenosti 0,5 cm je prierazné napätie 17,5 kV, a vo vzdialenosti 5 cm - 100 kV).
Výskyt rozpadu sa vysvetľuje takto: v plyne je vždy určitý počet iónov a elektrónov vznikajúcich z náhodných príčin. Ich počet je však taký malý, že plyn prakticky nevedie elektrinu. Pri dostatočne vysokej intenzite poľa sa kinetická energia akumulovaná iónom v intervale medzi dvoma zrážkami môže stať dostatočnou na ionizáciu neutrálnej molekuly počas zrážky. V dôsledku toho sa vytvorí nový negatívny elektrón a kladne nabitý zvyšok, ión. 
Voľný elektrón 1 ho po zrážke s neutrálnou molekulou rozdelí na elektrón 2 a voľný kladný ión. Elektróny 1 a 2 pri ďalšej zrážke s neutrálnymi molekulami ich opäť rozdelia na elektróny 3 a 4 a voľné kladné ióny atď.
Tento ionizačný proces sa nazýva nárazová ionizácia a prácu, ktorú je potrebné vynaložiť na oddelenie elektrónu od atómu - ionizačné práce. Práca ionizácie závisí od štruktúry atómu, a preto je rozdielna pre rôzne plyny.
Elektróny a ióny vznikajúce vplyvom nárazovej ionizácie zvyšujú počet nábojov v plyne a následne sa pôsobením elektrického poľa uvedú do pohybu a môžu vyvolať nárazovú ionizáciu nových atómov. Proces sa tak sám zosilní a ionizácia v plyne rýchlo dosiahne veľmi vysokú hodnotu. Tento jav je podobný lavíne, preto bol tento proces tzv iónová lavína.
Vznik iónovej lavíny je procesom iskrového rozpadu a minimálne napätie, pri ktorom dôjde k iónovej lavíny, je prierazné napätie.
V prípade iskrového prierazu je teda príčinou ionizácie plynu deštrukcia atómov a molekúl pri zrážkach s iónmi (nárazová ionizácia).
Blesk. Krásny a nebezpečný prírodný úkaz - blesk - je iskrový výboj v atmosfére.
Už v polovici 18. storočia sa venovala pozornosť vonkajšej podobnosti blesku s elektrickou iskrou. Predpokladalo sa, že búrkové mraky nesú veľké elektrické náboje a že blesk je obrovská iskra, ktorá sa okrem veľkosti nelíši od iskry medzi guľami elektrického stroja. Upozornil na to napríklad ruský fyzik a chemik Michail Vasilievič Lomonosov (1711-65), ktorý sa popri iných vedeckých otázkach zaoberal atmosférickou elektrinou.
Dokázali to skúsenosti z rokov 1752-53. Lomonosov a americký vedec Benjamin Franklin (1706-90), ktorí pracovali súčasne a nezávisle od seba.
Lomonosov zostrojil "hromový stroj" - kondenzátor, ktorý bol v jeho laboratóriu a nabíjal sa atmosférickou elektrinou cez drôt, ktorého koniec bol vyvedený z miestnosti a zdvihnutý na vysoký stĺp. Počas búrky mohli byť iskry z kondenzátora odstránené ručne.
Franklin počas búrky spustil šarkana na šnúre, ktorá bola vybavená železným hrotom; na koniec šnúrky bol priviazaný kľúč od dverí. Keď sa struna namočila a stala sa vodičom elektrického prúdu, Franklin dokázal vytiahnuť elektrické iskry z kľúča, nabiť Leydenské poháre a robiť ďalšie experimenty s elektrickým strojom (Treba poznamenať, že takéto experimenty sú mimoriadne nebezpečné, pretože blesky môže udrieť hady a zároveň prejdú telom experimentátora na Zem veľké nálože.V histórii fyziky boli také smutné prípady: G. V. Richman, ktorý pracoval spolu s Lomonosovom, zomrel v roku 1753 v St. Petrohrad).
Ukázalo sa teda, že búrkové mraky sú skutočne vysoko nabité elektrinou.
Rôzne časti búrkového mraku nesú náboje rôznych znakov. Najčastejšie je spodná časť oblaku (odrazená k Zemi) záporne nabitá a horná kladne. Ak sa teda k sebe priblížia dva oblaky s opačne nabitými časťami, potom medzi nimi preskočí blesk. Výboj blesku však môže nastať aj inak. Pri prechode nad Zemou vytvára búrkový mrak na svojom povrchu veľké indukované náboje, a preto oblak a zemský povrch tvoria dve dosky veľkého kondenzátora. Potenciálny rozdiel medzi oblakom a Zemou dosahuje obrovské hodnoty merané v stovkách miliónov voltov a vo vzduchu vzniká silné elektrické pole. Ak je intenzita tohto poľa dostatočne veľká, môže dôjsť k poruche, t.j. blesk zasiahol zem. Zároveň do ľudí občas udrie blesk a spôsobí požiar.
Podľa početných štúdií uskutočnených o bleskoch je náboj iskry charakterizovaný nasledujúcimi približnými číslami: napätie (U) medzi mrakom a Zemou je 0,1 GV (gigavolt);
sila prúdu (I) v blesku 0,1 MA (megaampér);
trvanie blesku (t) 1 µs (mikrosekunda);
priemer svetelného kanála je 10-20 cm.
Hrom, ktorý nastáva po blesku, má rovnaký pôvod ako praskanie, keď preskočí laboratórna iskra. Vzduch vo vnútri bleskového kanála sa totiž silne zahrieva a expanduje, a preto vznikajú zvukové vlny. Tieto vlny, odrážajúce sa od oblakov, hôr atď., často vytvárajú dlhú ozvenu - hromové hukoty.
Korónový výboj. Výskyt iónovej lavíny nevedie vždy k iskreniu, ale môže spôsobiť aj iný typ výboja – korónový výboj.
Natiahneme na dve vysoké izolačné podpery kovový drôt ab s priemerom niekoľkých desatín milimetra a pripojíme ho k zápornému pólu generátora, ktorý dáva napätie niekoľko tisíc voltov. Druhý pól generátora vezmeme na Zem. Získate akýsi kondenzátor, ktorého platne sú drôt a steny miestnosti, ktoré samozrejme komunikujú so Zemou. 
Pole v tomto kondenzátore je veľmi nerovnomerné a jeho intenzita v blízkosti tenkého drôtu je veľmi vysoká. Postupným zvyšovaním napätia a pozorovaním drôtu v tme si možno všimnúť, že pri známom napätí sa v blízkosti drôtu objavuje slabá žiara (korunka), ktorá pokrýva drôt zo všetkých strán; sprevádza ho syčivý zvuk a jemné praskanie. Ak je medzi drôt a zdroj zapojený citlivý galvanometer, potom s výskytom žiary ukazuje galvanometer znateľný prúd tečúci z generátora pozdĺž drôtov k drôtu a z neho vzduchom miestnosti k stenám, medzi drôtom a stenami sa prenáša iónmi vytvorenými v miestnosti v dôsledku nárazovej ionizácie. Žiarenie vzduchu a výskyt prúdu teda naznačujú silnú ionizáciu vzduchu pôsobením elektrického poľa. Korónový výboj sa môže vyskytnúť nielen v blízkosti drôtu, ale aj v blízkosti hrotu a všeobecne v blízkosti akýchkoľvek elektród, v blízkosti ktorých sa vytvára veľmi silné nehomogénne pole.
Aplikácia korónového výboja. Elektrické čistenie plynu (elektrické filtre). Nádoba naplnená dymom sa náhle stane úplne priehľadnou, ak sa do nej zavedú ostré kovové elektródy pripojené k elektrickému stroju a na elektródach sa uložia všetky pevné a kvapalné častice. Vysvetlenie zážitku je nasledovné: akonáhle je koróna zapálená, vzduch vo vnútri trubice je silne ionizovaný. Ióny plynu sa lepia na častice prachu a nabíjajú ich. Keďže vo vnútri trubice pôsobí silné elektrické pole, nabité prachové častice sa pôsobením poľa pohybujú k elektródam, kde sa usadzujú.
Počítadlá elementárnych častíc. Geiger-Mullerov počítač elementárnych častíc pozostáva z malého kovového valca vybaveného okienkom pokrytým fóliou a tenkým kovovým drôtom natiahnutým pozdĺž osi valca a od neho izolovaným. Počítadlo je pripojené k obvodu obsahujúcemu zdroj prúdu, ktorého napätie sa rovná niekoľkým tisícom voltov. Napätie je zvolené tak, aby sa vo vnútri počítadla objavil korónový výboj. 
Keď rýchlo sa pohybujúci elektrón vstúpi do čítača, tento ionizuje molekuly plynu vo vnútri čítača, čo spôsobí, že napätie potrebné na zapálenie koróny sa trochu zníži. V počítadle dôjde k výboju a v obvode sa objaví slabý krátkodobý prúd. Na jeho detekciu sa do obvodu zavedie veľmi veľký odpor (niekoľko megaohmov) a paralelne sa k nemu pripojí citlivý elektromer. Zakaždým, keď rýchly elektrón zasiahne vnútro počítadla, listy elektromera sa zohnú.
Takéto čítače umožňujú registrovať nielen rýchle elektróny, ale vo všeobecnosti akékoľvek nabité, rýchlo sa pohybujúce častice schopné produkovať ionizáciu pomocou zrážok. Moderné čítače dokážu ľahko odhaliť aj jedinú časticu, ktorá do nich narazí, a preto umožňujú s úplnou istotou a veľmi veľkou jasnosťou overiť, že elementárne nabité častice v prírode skutočne existujú.
bleskozvod. Odhaduje sa, že v atmosfére celej zemegule sa súčasne vyskytuje asi 1800 búrok, ktoré dávajú v priemere asi 100 bleskov za sekundu. A hoci pravdepodobnosť zasiahnutia bleskom akejkoľvek jednotlivej osoby je zanedbateľná, napriek tomu blesk spôsobuje veľa zla. Stačí zdôrazniť, že v súčasnosti je približne polovica všetkých nehôd na veľkých elektrických vedeniach spôsobená bleskom. Preto je ochrana pred bleskom dôležitou úlohou.
Lomonosov a Franklin vysvetlili nielen elektrickú podstatu blesku, ale poukázali aj na to, ako postaviť bleskozvod, ktorý chráni pred úderom blesku. Bleskozvod je dlhý drôt, ktorého horný koniec je nabrúsený a spevnený nad najvyšším bodom chránenej budovy. Spodný koniec drôtu je spojený s kovovým plechom a plech je zakopaný v zemi na úrovni pôdnej vody. Počas búrky sa na Zemi objavia veľké indukované náboje a v blízkosti zemského povrchu sa objaví veľké elektrické pole. Jeho intenzita je v blízkosti ostrých vodičov veľmi vysoká, a preto sa na konci bleskozvodu zapáli korónový výboj. Vďaka tomu sa indukované náboje nemôžu hromadiť na budove a nedochádza k bleskom. V tých prípadoch, keď sa blesk stále vyskytuje (a také prípady sú veľmi zriedkavé), udrie do bleskozvodu a nálože idú na Zem bez poškodenia budovy.
V niektorých prípadoch je korónový výboj z bleskozvodu taký silný, že na hrote sa objaví jasne viditeľná žiara. Takáto žiara sa niekedy objavuje v blízkosti iných špicatých predmetov, napríklad na koncoch lodných stožiarov, ostrých korún stromov atď. Tento jav si všimli už pred niekoľkými storočiami a spôsobil poverčivú hrôzu navigátorov, ktorí nepochopili jeho pravú podstatu.
Elektrický oblúk. V roku 1802 ruský fyzik V.V. Petrov (1761-1834) zistil, že ak pripojíte dva kusy elektriny na póly veľkej elektrickej batérie drevené uhlie a keď sa uhlíky dostanú do kontaktu, mierne ich roztlačíte, potom sa medzi koncami uhlíkov vytvorí jasný plameň a konce samotných uhlíkov budú žiariť bielou farbou a vyžarujú oslňujúce svetlo.
Najjednoduchšie zariadenie na výrobu elektrického oblúka pozostáva z dvoch elektród, pre ktoré je lepšie brať nie drevené uhlie, ale špeciálne vyrobené tyče získané lisovaním zmesi grafitu, sadzí a spojív. Ako zdroj prúdu môže slúžiť osvetľovacia sieť, v ktorej je pre bezpečnosť zahrnutý reostat.
Vynútením horenia oblúka konštantným prúdom v stlačenom plyne (20 atm) sa podarilo dostať teplotu konca kladnej elektródy na 5900°C, t.j. na povrchovú teplotu slnka. Ešte vyššiu teplotu má stĺpec plynov a pár, ktorý má dobrú elektrickú vodivosť, cez ktorý prechádza elektrický náboj. Energetické bombardovanie týchto plynov a pár elektrónmi a iónmi, poháňané elektrickým poľom oblúka, prináša teplotu plynov v kolóne na 6000-7000°C. Takáto silná ionizácia plynu je možná len vďaka tomu, že katóda oblúka vyžaruje veľa elektrónov, ktoré svojimi dopadmi ionizujú plyn vo výbojovom priestore. Silná emisia elektrónov z katódy je zabezpečená tým, že samotná oblúková katóda je zahrievaná na veľmi vysokú teplotu (od 2200 do 3500°C). Keď sa uhlie dostane do kontaktu, aby sa zapálil oblúk, takmer všetko Jouleovo teplo prúdu prechádzajúceho uhlím sa uvoľní v kontaktnom bode, ktorý mal veľmi vysoký odpor. Preto sú konce uhlíkov veľmi horúce a to stačí na to, aby medzi nimi pri ich oddialení vznikol oblúk. V budúcnosti je katóda oblúka udržiavaná v zahriatom stave samotným prúdom prechádzajúcim oblúkom. Hlavná rola hrá sa to bombardovaním katódy kladnými iónmi, ktoré na ňu dopadajú.
Prúdová charakteristika oblúka má úplne zvláštny charakter. Pri oblúkovom výboji pri zvyšovaní prúdu napätie na svorkách oblúka klesá, t.j. oblúk má charakteristiku klesajúceho prúdu a napätia.
Aplikácia oblúkového výboja. Osvetlenie. V dôsledku vysokej teploty vyžarujú oblúkové elektródy oslnivé svetlo (žiara oblúkového stĺpca je slabšia, keďže emisivita plynu je malá), a preto je elektrický oblúk jedným z najlepších zdrojov svetla. Spotrebuje len asi 3 watty na kandelu a je podstatne úspornejšia ako tie najlepšie žiarovky. Elektrický oblúk prvýkrát použil na osvetlenie v roku 1875 ruský inžinier-vynálezca P.N. Yablochkin (1847-1894) a nazývali ho „Ruské svetlo“ alebo „Severné svetlo“. Zváranie. Na zváranie kovových častí sa používa elektrický oblúk. Časti, ktoré sa majú zvárať, slúžia ako kladná elektróda; ich dotykom s uhlím pripojeným k zápornému pólu zdroja prúdu sa medzi telesami a uhlím vytvorí oblúk, ktorý roztaví kov. ortuťový oblúk. Veľkou zaujímavosťou je ortuťový oblúk horiaci v kremennej trubici, takzvaná kremenná lampa. V tejto lampe sa oblúkový výboj nevyskytuje vo vzduchu, ale v atmosfére ortuťových pár, pre ktoré sa do lampy zavádza malé množstvo ortuti a vzduch sa odčerpáva. Svetlo ortuťového oblúka je mimoriadne bohaté na ultrafialové lúče, ktoré majú silné chemické a fyziologické účinky. Aby bolo možné toto žiarenie využiť, lampa nie je vyrobená zo skla, ktoré silne pohlcuje UV žiarenie, ale z taveného kremeňa. Ortuťové výbojky sú široko používané pri liečbe rôznych chorôb, ako aj v vedecký výskum ako silný zdroj ultrafialového žiarenia.
Používa sa ako zdroj informácií Elementárna učebnica fyzika pod
spracoval akademik G.S. Landsberg (2. diel). Moskva, vydavateľstvo Nauka, 1985.
Vyrobil MARKIDONOV TIMUR, Irkutsk.
V prírode neexistujú absolútne dielektrika. Usporiadaný pohyb častíc – nosičov elektrického náboja – teda prúdu, môže byť spôsobený v akomkoľvek médiu, ale to si vyžaduje špeciálne podmienky. Budeme tu uvažovať o tom, ako prebiehajú elektrické javy v plynoch a ako sa dá plyn zmeniť z veľmi dobrého dielektrika na veľmi dobrý vodič. Nás bude zaujímať, za akých podmienok vzniká, a tiež akými vlastnosťami sa vyznačuje elektrický prúd v plynoch.
Elektrické vlastnosti plynov
Dielektrikum je látka (médium), v ktorej koncentrácia častíc - voľných nosičov elektrického náboja - nedosahuje významnejšiu hodnotu, v dôsledku čoho je vodivosť zanedbateľná. Všetky plyny sú dobrými dielektrikami. Ich izolačné vlastnosti sa využívajú všade. Napríklad v akomkoľvek ističi dôjde k otvoreniu obvodu, keď sa kontakty dostanú do takej polohy, že sa medzi nimi vytvorí vzduchová medzera. Drôty v elektrických vedeniach sú tiež navzájom izolované vzduchovou vrstvou.
Štrukturálnou jednotkou každého plynu je molekula. Skladá sa to z atómové jadrá a elektronické cloudy, teda je to zbierka elektrické náboje distribuované nejakým spôsobom v priestore. Molekula plynu môže byť spôsobená zvláštnosťami jej štruktúry alebo môže byť polarizovaná pôsobením vonkajšieho elektrického poľa. Prevažná väčšina molekúl, ktoré tvoria plyn, je za normálnych podmienok elektricky neutrálna, pretože náboje v nich sa navzájom rušia.
Ak sa na plyn aplikuje elektrické pole, molekuly zaujmú dipólovú orientáciu a zaujmú priestorovú polohu, ktorá kompenzuje účinok poľa. Nabité častice prítomné v plyne pod vplyvom Coulombových síl sa začnú pohybovať: kladné ióny - v smere katódy, záporné ióny a elektróny - smerom k anóde. Ak však má pole nedostatočný potenciál, nedochádza k jedinému usmernenému toku nábojov a skôr sa dá hovoriť o samostatných prúdoch, takých slabých, že ich treba zanedbať. Plyn sa správa ako dielektrikum.
Pre výskyt elektrického prúdu v plynoch je teda potrebná vysoká koncentrácia voľných nosičov náboja a prítomnosť poľa.
Ionizácia
Proces lavínového nárastu počtu voľných nábojov v plyne sa nazýva ionizácia. Podľa toho sa plyn, v ktorom je značné množstvo nabitých častíc, nazýva ionizovaný. Práve v takýchto plynoch vzniká elektrický prúd.
Proces ionizácie je spojený s porušením neutrality molekúl. V dôsledku oddelenia elektrónu sa objavujú kladné ióny, pripojenie elektrónu k molekule vedie k vytvoreniu záporného iónu. Okrem toho je v ionizovanom plyne veľa voľných elektrónov. Hlavným nosičom elektrického prúdu v plynoch sú kladné ióny a najmä elektróny.
Ionizácia nastáva, keď sa častici udelí určité množstvo energie. Vonkajší elektrón v zložení molekuly teda môže po prijatí tejto energie opustiť molekulu. Vzájomné zrážky nabitých častíc s neutrálnymi vedú k vyradeniu nových elektrónov a proces nadobudne lavínový charakter. Zvyšuje sa aj kinetická energia častíc, čo značne podporuje ionizáciu.
Odkiaľ pochádza energia vynaložená na budenie elektrického prúdu v plynoch? Ionizácia plynov má viacero zdrojov energie, podľa ktorých je zvykom pomenovať jej druhy.
- Ionizácia elektrickým poľom. V tomto prípade sa potenciálna energia poľa premieňa na kinetickú energiu častíc.
- Tepelná ionizácia. K tvorbe vedie aj zvýšenie teploty Vysoké číslo bezplatné poplatky.
- Fotoionizácia. Podstatou tohto procesu je, že kvantá odovzdávajú energiu elektrónom elektromagnetická radiácia- fotóny, ak majú dostatočne vysokú frekvenciu (ultrafialové, röntgenové, gama kvantá).
- Nárazová ionizácia je výsledkom premeny kinetickej energie zrážaných častíc na energiu odlúčenia elektrónov. Spolu s tepelnou ionizáciou slúži ako hlavný faktor pri budení elektrického prúdu v plynoch.
Každý plyn je charakterizovaný určitou prahovou hodnotou - ionizačnou energiou potrebnou na to, aby sa elektrón odtrhol od molekuly a prekonal potenciálnu bariéru. Táto hodnota pre prvý elektrón sa pohybuje od niekoľkých voltov do dvoch desiatok voltov; viac energie je potrebné na oddelenie ďalšieho elektrónu od molekuly atď.
Malo by sa vziať do úvahy, že súčasne s ionizáciou v plyne dochádza k opačnému procesu - rekombinácii, to znamená k obnove neutrálnych molekúl pôsobením Coulombových síl príťažlivosti.
Výboj plynu a jeho typy
Elektrický prúd v plynoch je teda spôsobený usporiadaným pohybom nabitých častíc pôsobením elektrického poľa, ktoré na ne pôsobí. Prítomnosť takýchto nábojov je zase možná vďaka rôznym ionizačným faktorom.
Preto je potrebná tepelná ionizácia významné teploty, ale otvorený plameň v dôsledku niektorých chemických procesov podporuje ionizáciu. Dokonca aj pri relatívne nízkej teplote v prítomnosti plameňa sa zaznamená výskyt elektrického prúdu v plynoch a experiment s vodivosťou plynu to umožňuje ľahko overiť. Medzi platne nabitého kondenzátora je potrebné umiestniť plameň horáka alebo sviečky. Obvod predtým otvorený v dôsledku vzduchovej medzery v kondenzátore sa uzavrie. Galvanometer pripojený k obvodu ukáže prítomnosť prúdu.
Elektrina v plynoch sa nazýva výboj plynu. Treba mať na pamäti, že na udržanie stability výboja musí byť pôsobenie ionizátora konštantné, keďže neustálou rekombináciou plyn stráca svoje elektricky vodivé vlastnosti. Niektoré nosiče elektrického prúdu v plynoch - ióny - sú neutralizované na elektródach, iné - elektróny - ktoré sa dostanú na anódu, sú odoslané do "plus" zdroja poľa. Ak ionizačný faktor prestane pôsobiť, plyn sa okamžite stane opäť dielektrikom a prúd prestane. Takýto prúd, závislý od pôsobenia externého ionizátora, sa nazýva nesamosprávny výboj.
Vlastnosti prechodu elektrického prúdu cez plyny sú opísané špeciálnou závislosťou sily prúdu od napätia - charakteristika prúdového napätia.
Uvažujme vývoj plynového výboja na grafe závislosti prúdu a napätia. Keď napätie stúpne na určitú hodnotu U 1, prúd sa zvyšuje úmerne tomu, to znamená, že je splnený Ohmov zákon. Zvyšuje sa kinetická energia a tým aj rýchlosť nábojov v plyne a tento proces predbieha rekombináciu. Pri hodnotách napätia od U 1 do U 2 je tento vzťah porušený; keď sa dosiahne U 2, všetky nosiče náboja dosiahnu elektródy bez toho, aby mali čas na rekombináciu. Sú zahrnuté všetky bezplatné poplatky a ďalšie zvýšenie napätia nevedie k zvýšeniu prúdu. Tento charakter pohybu nábojov sa nazýva saturačný prúd. Môžeme teda povedať, že elektrický prúd v plynoch je spôsobený aj zvláštnosťami správania sa ionizovaného plynu v elektrických poliach rôznej sily.
Keď potenciálny rozdiel medzi elektródami dosiahne určitú hodnotu U3, napätie sa stane dostatočným na to, aby elektrické pole spôsobilo lavínovú ionizáciu plynu. Kinetická energia voľných elektrónov už stačí na nárazovú ionizáciu molekúl. Zároveň je ich rýchlosť vo väčšine plynov okolo 2000 km/sa vyššia (počíta sa podľa približného vzorca v=600 U i, kde U i je ionizačný potenciál). V tomto momente nastáva rozpad plynu a dochádza k výraznému zvýšeniu prúdu v dôsledku vnútorného ionizačného zdroja. Preto sa takýto výboj nazýva nezávislý.
Prítomnosť externého ionizátora v tomto prípade už nehrá rolu pri udržiavaní elektrického prúdu v plynoch. Samovybíjanie v rozdielne podmienky a pri rôzne vlastnosti zdroj elektrického poľa môže mať určité vlastnosti. Existujú také typy samovybíjania ako žiara, iskra, oblúk a koróna. Pozrime sa, ako sa elektrický prúd správa v plynoch, stručne pre každý z týchto typov.
Potenciálny rozdiel od 100 (a ešte menej) do 1000 voltov stačí na spustenie samovybíjania. Preto dochádza k žeravému výboju, ktorý sa vyznačuje nízkou prúdovou silou (od 10 -5 A do 1 A), pri tlakoch nie väčších ako niekoľko milimetrov. ortuťový stĺpec.
V trubici so riedkym plynom a studenými elektródami vyzerá vznikajúci žeravý výboj ako tenká svietiaca šnúra medzi elektródami. Ak budeme pokračovať v odčerpávaní plynu z trubice, vlákno sa vymyje a pri tlakoch desatín milimetra ortuti žiara zaplní trubicu takmer úplne. Žiara chýba v blízkosti katódy - v takzvanom tmavom katódovom priestore. Zvyšok sa nazýva kladný stĺpec. V tomto prípade sú hlavné procesy, ktoré zabezpečujú existenciu výboja, lokalizované presne v tmavom katódovom priestore a v oblasti susediacej s ním. Tu sa urýchľujú nabité častice plynu a vyraďujú elektróny z katódy.
Pri žeravom výboji je príčinou ionizácie emisia elektrónov z katódy. Elektróny emitované katódou spôsobujú nárazovú ionizáciu molekúl plynu, vznikajúce kladné ióny spôsobujú sekundárnu emisiu z katódy atď. Žiara kladného stĺpca je spôsobená najmä spätným rázom fotónov excitovanými molekulami plynu a rôzne plyny sú charakterizované žiarou určitej farby. Kladný stĺpec sa podieľa na tvorbe žeravého výboja len ako časť elektrického obvodu. Ak elektródy priblížite k sebe, môžete dosiahnuť zmiznutie kladného stĺpca, ale výboj sa nezastaví. S ďalším zmenšením vzdialenosti medzi elektródami však nemôže existovať doutnavý výboj.
Treba poznamenať, že pre tento typ elektrického prúdu v plynoch ešte nie je úplne objasnená fyzika niektorých procesov. Napríklad povaha síl spôsobujúcich zvýšenie prúdu na rozšírenie oblasti na povrchu katódy, ktorá sa podieľa na výboji, zostáva nejasná.
iskrový výboj
Iskrový rozpad má pulzný charakter. Vyskytuje sa pri tlakoch blízkych normálnemu atmosférickému, v prípadoch, keď výkon zdroja elektrického poľa nestačí na udržanie stacionárneho výboja. V tomto prípade je intenzita poľa vysoká a môže dosiahnuť 3 MV/m. Tento jav je charakterizovaný prudkým nárastom výbojového elektrického prúdu v plyne, súčasne extrémne rýchlo klesá napätie a výboj sa zastaví. Potom sa potenciálny rozdiel opäť zvýši a celý proces sa opakuje.
Pri tomto type výboja sa vytvárajú krátkodobé iskrové kanály, ktorých rast môže začať z akéhokoľvek bodu medzi elektródami. Je to spôsobené tým, že nárazová ionizácia sa vyskytuje náhodne na miestach, kde tento moment najväčšia koncentrácia iónov. V blízkosti iskrového kanála sa plyn rýchlo zahrieva a podlieha tepelnej expanzii, čo spôsobuje akustické vlny. Preto je iskrový výboj sprevádzaný praskaním, ako aj uvoľňovaním tepla a jasnou žiarou. V iskriskom kanáli vznikajú procesy lavínovej ionizácie vysoké tlaky a teploty do 10 tisíc stupňov a vyššie.
Najvýraznejším príkladom prirodzeného iskrového výboja je blesk. Priemer hlavného kanála s bleskom sa môže pohybovať od niekoľkých centimetrov do 4 m a dĺžka kanála môže dosiahnuť 10 km. Veľkosť prúdu dosahuje 500 tisíc ampérov a potenciálny rozdiel medzi búrkovým mrakom a zemským povrchom dosahuje miliardu voltov.
Najdlhší blesk s dĺžkou 321 km bol pozorovaný v roku 2007 v Oklahome v USA. Držiteľom rekordu v trvaní bol blesk, zaznamenaný v roku 2012 vo francúzskych Alpách – trval vyše 7,7 sekundy. Pri zásahu bleskom sa vzduch môže zohriať až na 30-tisíc stupňov, čo je 6-krát viac ako teplota viditeľného povrchu Slnka.
V prípadoch, keď je výkon zdroja elektrického poľa dostatočne veľký, sa iskrový výboj rozvinie do oblúkového výboja.
Tento typ samoudržiavacieho výboja sa vyznačuje vysokou prúdovou hustotou a nízkym (menším ako žeravý výboj) napätím. Prierazná vzdialenosť je malá kvôli blízkosti elektród. Výboj je iniciovaný emisiou elektrónu z povrchu katódy (pre atómy kovu je ionizačný potenciál v porovnaní s molekulami plynu malý). Pri prieraze medzi elektródami sa vytvoria podmienky, pri ktorých plyn vedie elektrický prúd a vzniká iskrový výboj, ktorý uzatvára obvod. Ak je výkon zdroja napätia dostatočne veľký, iskrové výboje sa zmenia na stabilný elektrický oblúk.
Ionizácia pri oblúkovom výboji dosahuje takmer 100 %, sila prúdu je veľmi vysoká a môže sa pohybovať od 10 do 100 ampérov. O atmosferický tlak oblúk je schopný zahriať sa až na 5-6 tisíc stupňov a katóda - až 3 tisíc stupňov, čo vedie k intenzívnej termionickej emisii z jeho povrchu. Bombardovanie anódy elektrónmi vedie k čiastočnému zničeniu: na nej sa vytvorí vybranie - kráter s teplotou asi 4000 ° C. Zvýšenie tlaku spôsobí ešte väčší nárast teploty.
Pri riedení elektród zostáva oblúkový výboj stabilný do určitej vzdialenosti, čo umožňuje riešiť ho v tých častiach elektrických zariadení, kde je škodlivý v dôsledku ním spôsobenej korózie a vyhorenia kontaktov. Ide o zariadenia ako vysokonapäťové a automatické spínače, stýkače a iné. Jednou z metód boja proti oblúku, ktorý vzniká pri otvorení kontaktov, je použitie oblúkových žľabov založených na princípe predlžovania oblúka. Používajú sa aj mnohé ďalšie metódy: posúvanie kontaktov, použitie materiálov s vysokým ionizačným potenciálom atď.
K rozvoju korónového výboja dochádza pri normálnom atmosférickom tlaku v ostro nehomogénnych poliach v blízkosti elektród s veľkým zakrivením povrchu. Môžu to byť veže, stožiare, drôty, rôzne prvky elektrického zariadenia, ktoré majú zložitý tvar a dokonca aj ľudské vlasy. Takáto elektróda sa nazýva korónová elektróda. Ionizačné procesy a teda aj žiara plynu prebiehajú len v jeho blízkosti.
Koróna sa môže vytvoriť tak na katóde (negatívna koróna), keď je bombardovaná iónmi, ako aj na anóde (pozitívna) v dôsledku fotoionizácie. Negatívna koróna, v ktorej je ionizačný proces v dôsledku tepelnej emisie nasmerovaný preč od elektródy, sa vyznačuje rovnomernou žiarou. V pozitívnej koróne možno pozorovať streamery - svetelné čiary prerušovanej konfigurácie, ktoré sa môžu zmeniť na iskrové kanály.
Príklad korónového výboja v prírodné podmienky sú tie, ktoré vznikajú na špičkách vysokých stožiarov, v korunách stromov atď. Vznikajú pri vysokej intenzite elektrického poľa v atmosfére, často pred búrkou alebo počas snehovej búrky. Okrem toho boli upevnené na koži lietadla, ktoré spadlo do oblaku sopečného popola.
Korónový výboj na vodičoch elektrického vedenia vedie k výrazným stratám elektrickej energie. Pri vysokom napätí sa korónový výboj môže zmeniť na oblúk. Bojuje sa rôznymi spôsobmi, napríklad zväčšením polomeru zakrivenia vodičov.
Elektrický prúd v plynoch a plazme
Plne alebo čiastočne ionizovaný plyn sa nazýva plazma a považuje sa za štvrté skupenstvo hmoty. Celkovo je plazma elektricky neutrálna, pretože celkový náboj jej častíc je nulový. To ho odlišuje od iných systémov nabitých častíc, ako sú napríklad elektrónové lúče.
V prirodzených podmienkach sa plazma tvorí spravidla pri vysokých teplotách v dôsledku kolízie atómov plynu pri vysokých rýchlostiach. Prevažná väčšina baryónovej hmoty vo vesmíre je v stave plazmy. Sú to hviezdy, súčasť medzihviezdnej hmoty, medzigalaktický plyn. Zemská ionosféra je tiež riedka, slabo ionizovaná plazma.
Stupeň ionizácie je dôležitá charakteristika plazma - od nej závisia vodivé vlastnosti. Stupeň ionizácie je definovaný ako pomer počtu ionizovaných atómov k celkovému počtu atómov na jednotku objemu. Čím viac je plazma ionizovaná, tým vyššia je jej elektrická vodivosť. Okrem toho má vysokú mobilitu.
Vidíme teda, že plyny, ktoré vedú elektrinu vo výbojovom kanáli, nie sú nič iné ako plazma. Žiarivé a korónové výboje sú teda príkladmi studenej plazmy; Príkladom horúcej, takmer úplne ionizovanej plazmy je kanál blesku alebo elektrický oblúk.
Elektrický prúd v kovoch, kvapalinách a plynoch - rozdiely a podobnosti
Uvažujme o vlastnostiach, ktoré charakterizujú výboj plynu v porovnaní s vlastnosťami prúdu v iných médiách.
V kovoch je prúd riadený pohyb voľných elektrónov, ktorý nespôsobuje chemické zmeny. Vodiče tohto typu sa nazývajú vodiče prvého druhu; patria sem okrem kovov a zliatin aj uhlie, niektoré soli a oxidy. Vyznačujú sa elektronickou vodivosťou.
Vodiče druhého druhu sú elektrolyty, to znamená kvapalina vodné roztoky alkálie, kyseliny a soli. Prechod prúdu je spojený s chemickou zmenou elektrolytu – elektrolýzou. Ióny látky rozpustené vo vode sa pôsobením rozdielu potenciálov pohybujú v opačných smeroch: kladné katióny - ku katóde, záporné anióny - k anóde. Proces je sprevádzaný vývojom plynu alebo ukladaním kovovej vrstvy na katóde. Vodiče druhého druhu sa vyznačujú iónovou vodivosťou.
Pokiaľ ide o vodivosť plynov, je po prvé dočasná a po druhé, má znaky podobnosti a rozdielu s každým z nich. Takže elektrický prúd v elektrolytoch aj plynoch je drift opačne nabitých častíc nasmerovaných na opačné elektródy. Kým sa však elektrolyty vyznačujú čisto iónovou vodivosťou, v plynovom výboji s kombináciou elektronických a iónové typy vedenie, vedúca úloha patrí elektrónom. Ďalším rozdielom medzi elektrickým prúdom v kvapalinách a plynoch je povaha ionizácie. V elektrolyte sa molekuly rozpustenej zlúčeniny disociujú vo vode, ale v plyne sa molekuly nerozpadajú, ale iba strácajú elektróny. Preto výboj plynu, podobne ako prúd v kovoch, nie je spojený s chemickými zmenami.
Prúd v kvapalinách a plynoch tiež nie je rovnaký. Vodivosť elektrolytov ako celku sa riadi Ohmovým zákonom, ale pri výboji plynu sa nepozoruje. Voltampérová charakteristika plynov má oveľa zložitejší charakter spojený s vlastnosťami plazmy.
Treba tiež spomenúť všeobecné a charakteristické znaky elektrického prúdu v plynoch a vo vákuu. Vákuum je takmer dokonalé dielektrikum. "Takmer" - pretože vo vákuu je napriek absencii (presnejšie extrémne nízkej koncentrácii) voľných nosičov náboja možný aj prúd. Ale potenciálne nosiče sú už v plyne prítomné, treba ich len ionizovať. Nosiče náboja sa dostávajú do vákua z hmoty. Spravidla k tomu dochádza v procese emisie elektrónov, napríklad pri zahrievaní katódy (termionická emisia). Ale aj v rôzne druhy výboje plynu, emisie, ako sme videli, hrá dôležitá úloha.
Využitie plynových výbojov v technológii
Škodlivé účinky určitých výbojov už boli stručne diskutované vyššie. Venujme teraz pozornosť výhodám, ktoré prinášajú v priemysle aj v bežnom živote.
Žiarivý výboj sa používa v elektrotechnike (stabilizátory napätia), v technológii povlakovania (metóda katódového naprašovania založená na fenoméne katódovej korózie). V elektronike sa používa na výrobu iónových a elektrónových lúčov. Známou oblasťou použitia žeravých výbojov sú žiarivky a takzvané ekonomické lampy a dekoratívne neónové a argónové výbojky. Okrem toho sa žeravý výboj používa v a v spektroskopii.
Iskrový výboj sa používa v poistkách, pri elektroerozívnych metódach presného spracovania kovov (iskrové rezanie, vŕtanie a pod.). Najznámejšie je však použitie v zapaľovacích sviečkach spaľovacích motorov a v domáce prístroje(plynové sporáky).
Oblúkový výboj, ktorý bol prvýkrát použitý v osvetľovacej technike už v roku 1876 (Jabločkovova sviečka - "ruské svetlo"), stále slúži ako zdroj svetla - napríklad v projektoroch a výkonných reflektoroch. V elektrotechnike sa oblúk používa v ortuťových usmerňovačoch. Okrem toho sa používa pri elektrickom zváraní, rezaní kovov, priemyselných elektrických peciach na tavenie ocele a zliatin.
Korónový výboj nachádza uplatnenie v elektrostatických odlučovačoch na čistenie iónových plynov, v počítadlách elementárnych častíc, v bleskozvodoch, v klimatizačných systémoch. Korónový výboj funguje aj v kopírkach a laserových tlačiarňach, kde nabíja a vybíja fotocitlivý valec a prenáša prášok z valca na papier.
Plynové výboje všetkých typov teda nachádzajú najviac široké uplatnenie. Elektrický prúd v plynoch sa úspešne a efektívne využíva v mnohých oblastiach techniky.
Toto je krátke zhrnutie.
Práce na plnej verzii pokračujú
Prednáška2 1
Prúd v plynoch
1. Všeobecné ustanovenia
Definícia: Fenomén prechodu elektrického prúdu v plynoch je tzv výboj plynu.
Správanie plynov je veľmi závislé od jeho parametrov, ako je teplota a tlak, a tieto parametre sa pomerne ľahko menia. Preto je tok elektrického prúdu v plynoch zložitejší ako v kovoch alebo vo vákuu.
Plyny sa neriadia Ohmovým zákonom.
2. Ionizácia a rekombinácia
Plyn pri normálnych podmienkach, pozostáva z takmer neutrálnych molekúl, preto je extrémne zlým vodičom elektrického prúdu. Pri vonkajších vplyvoch však môže z atómu vypadnúť elektrón a objaví sa kladne nabitý ión. Okrem toho sa elektrón môže spojiť s neutrálnym atómom a vytvoriť záporne nabitý ión. Tak je možné získať ionizovaný plyn, t.j. plazma.
TO vonkajšie vplyvy patrí zahrievanie, ožarovanie energetickými fotónmi, bombardovanie inými časticami a silné polia, t.j. rovnaké podmienky, aké sú potrebné pre elementárnu emisiu.
Elektrón v atóme je v potenciálovej studni a na to, aby odtiaľ unikol, je potrebné dodať atómu dodatočnú energiu, ktorá sa nazýva ionizačná energia.
|
Látka |
Ionizačná energia, eV |
|
atóm vodíka |
13,59 |
|
Molekula vodíka |
15,43 |
|
hélium |
24,58 |
|
atóm kyslíka |
13,614 |
|
molekula kyslíka |
12,06 |
Spolu s fenoménom ionizácie sa pozoruje aj fenomén rekombinácie, t.j. spojenie elektrónu a kladného iónu za vzniku neutrálneho atómu. Tento proces nastáva pri uvoľnení energie rovnajúcej sa ionizačnej energii. Túto energiu je možné využiť na vyžarovanie alebo vykurovanie. Lokálny ohrev plynu vedie k lokálnej zmene tlaku. Čo zase vedie k zvukové vlny. Výboj plynu je teda sprevádzaný svetelnými, tepelnými a hlukovými efektmi.
3. CVC plynového výboja.
Zapnuté počiatočné štádiá je potrebná činnosť externého ionizátora.
V sekcii BAW prúd existuje pod pôsobením externého ionizátora a rýchlo dosiahne nasýtenie, keď sa všetky ionizované častice zúčastňujú na generovaní prúdu. Ak odstránite externý ionizátor, prúd sa zastaví.
Tento typ výboja sa nazýva nesamostatný výboj plynu. Keď sa pokúsite zvýšiť napätie v plyne, objaví sa lavína elektrónov a prúd sa zvyšuje pri prakticky konštantnom napätí, ktoré sa nazýva zápalné napätie (BC).
Od tohto momentu sa výboj osamostatní a nie je potrebný externý ionizátor. Počet iónov môže byť taký veľký, že odpor medzielektródovej medzery klesá, a preto klesá napätie (SD).
Potom sa v medzielektródovej medzere oblasť prechodu prúdu začína zužovať a zvyšuje sa odpor a následne sa zvyšuje napätie (DE).
Keď sa pokúsite zvýšiť napätie, plyn sa úplne ionizuje. Odpor a napätie klesne na nulu a prúd sa mnohonásobne zvýši. Ukazuje sa oblúkový výboj (EF).
CVC ukazuje, že plyn sa vôbec neriadi Ohmovým zákonom.
4. Procesy v plyne
procesy, ktoré môžu viesť k tvorbe elektrónových lavín na obrázku.
Toto sú prvky Townsendovej kvalitatívnej teórie.
5. Žiarivý výboj.
O nízke tlaky a malých napätí možno tento výboj pozorovať.
K - 1 (tmavý priestor Aston).
1 - 2 (svetelný katódový film).
2 – 3 (tmavý Crookesov priestor).
3 - 4 (prvá katódová žiara).
4 – 5 (tmavý Faradayov priestor)
5 - 6 (kladná anódová kolóna).
6 – 7 (anodický tmavý priestor).
7 - A (anódová žiara).
Ak je anóda pohyblivá, potom je možné nastaviť dĺžku kladného stĺpca prakticky bez zmeny veľkosti oblasti K-5.
V tmavých oblastiach sa častice urýchľujú a akumuluje sa energia, vo svetlých oblastiach dochádza k procesom ionizácie a rekombinácie.
Témy kodifikátora USE: nosiče voľných elektrických nábojov v plynoch.
Za normálnych podmienok sa plyny skladajú z elektricky neutrálnych atómov alebo molekúl; V plynoch nie sú takmer žiadne poplatky zadarmo. Preto sú plyny dielektriká- neprechádza cez ne elektrický prúd.
Povedali sme „takmer žiadne“, pretože v plynoch a najmä vo vzduchu je vždy určité množstvo voľných nabitých častíc. Objavujú sa v dôsledku ionizujúceho účinku žiarenia rádioaktívnych látok, ktoré tvoria zemskú kôru, ultrafialového a röntgenového žiarenia zo slnka, ako aj kozmického žiarenia - prúdov vysokoenergetických častíc prenikajúcich do zemskej atmosféry z vesmíru. . Neskôr sa k tejto skutočnosti vrátime a rozoberieme jej dôležitosť, ale zatiaľ len poznamenáme, že za normálnych podmienok je vodivosť plynov, spôsobená „prirodzeným“ množstvom voľných nábojov, zanedbateľná a možno ju ignorovať.
Činnosť spínačov v elektrických obvodoch je založená na izolačných vlastnostiach vzduchovej medzery ( obr. 1). Na otvorenie stačí napríklad malá vzduchová medzera vo vypínači elektrický obvod v tvojej izbe.
Ryža. 1 kľúč
Je však možné vytvoriť také podmienky, pri ktorých sa v plynovej medzere objaví elektrický prúd. Zoberme si nasledujúcu skúsenosť.
Doštičky vzduchového kondenzátora nabijeme a pripojíme na citlivý galvanometer (obr. 2 vľavo). Pri izbovej teplote a nie príliš vlhkom vzduchu galvanometer neukáže viditeľný prúd: naša vzduchová medzera, ako sme povedali, nie je vodičom elektriny.
Ryža. 2. Výskyt prúdu vo vzduchu
Teraz privedieme plameň horáka alebo sviečky do medzery medzi platňami kondenzátora (obr. 2 vpravo). Objaví sa aktuálny! prečo?
Bezplatné poplatky v plyne
Výskyt elektrického prúdu medzi doskami kondenzátora znamená, že sa vo vzduchu objavil pod vplyvom plameňa bezplatné poplatky. Čo presne?
Skúsenosti ukazujú, že elektrický prúd v plynoch je usporiadaný pohyb nabitých častíc. tri typy. Toto elektróny, kladné ióny A záporné ióny.
Pozrime sa, ako sa tieto náboje môžu objaviť v plyne.
Pri zvyšovaní teploty plynu sa tepelné vibrácie jeho častíc – molekúl alebo atómov – stávajú intenzívnejšie. Nárazy častíc proti sebe dosahujú takú silu, že ionizácia- rozpad neutrálnych častíc na elektróny a kladné ióny (obr. 3).
Ryža. 3. Ionizácia
Stupeň ionizácie je pomer počtu rozpadnutých častíc plynu k celkovému počiatočnému počtu častíc. Napríklad, ak je stupeň ionizácie , potom to znamená, že pôvodné častice plynu sa rozpadli na kladné ióny a elektróny.
Stupeň ionizácie plynu závisí od teploty a s jej nárastom sa prudko zvyšuje. Pre vodík, napríklad, pri teplote pod stupňom ionizácie nepresahuje , a pri teplote nad stupňom ionizácie je blízky (to znamená, že vodík je takmer úplne ionizovaný (čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn sa nazýva plazma)).
Okrem vysokej teploty existujú aj ďalšie faktory, ktoré spôsobujú ionizáciu plynu.
Už sme ich mimochodom spomenuli: ide o rádioaktívne žiarenie, ultrafialové, röntgenové a gama žiarenie, kozmické častice. Každý takýto faktor, ktorý spôsobuje ionizáciu plynu, sa nazýva ionizátor.
Ionizácia teda nenastáva sama od seba, ale vplyvom ionizátora.
Zároveň opačný proces rekombinácia, teda opätovné spojenie elektrónu a kladného iónu do neutrálnej častice (obr. 4).
Ryža. 4. Rekombinácia
Dôvod rekombinácie je jednoduchý: je to Coulombova príťažlivosť opačne nabitých elektrónov a iónov. Ponáhľajú sa k sebe pod pôsobením elektrických síl, stretnú sa a dostanú príležitosť vytvoriť neutrálny atóm (alebo molekulu - v závislosti od typu plynu).
Pri konštantnej intenzite pôsobenia ionizátora sa vytvorí dynamická rovnováha: priemerný počet rozpadnutých častíc za jednotku času sa rovná priemernému počtu rekombinácií častíc (inými slovami, rýchlosť ionizácie sa rovná rýchlosti rekombinácie). činnosť ionizátora sa zosilní (napríklad sa zvýši teplota), potom sa dynamická rovnováha posunie do smeru ionizácie a zvýši sa koncentrácia nabitých častíc v plyne. Naopak, ak ionizátor vypnete, tak začne prevládať rekombinácia a voľné náboje postupne úplne zmiznú.
V plyne sa teda v dôsledku ionizácie objavujú kladné ióny a elektróny. Odkiaľ pochádza tretí druh náboja - záporné ióny? Veľmi jednoduché: elektrón môže vletieť do neutrálneho atómu a pripojiť sa k nemu! Tento proces je znázornený na obr. 5.
Ryža. 5. Výskyt záporného iónu
Takto vytvorené záporné ióny sa budú podieľať na tvorbe prúdu spolu s kladnými iónmi a elektrónmi.
Nesamovybíjanie
Ak neexistuje žiadne vonkajšie elektrické pole, potom voľné náboje pôsobia chaoticky tepelný pohyb spolu s časticami neutrálneho plynu. Ale keď sa použije elektrické pole, začne sa usporiadaný pohyb nabitých častíc - elektrický prúd v plyne.
Ryža. 6. Nesamostatný výboj
Na obr. 6 vidíme tri typy nabitých častíc vznikajúcich v plynovej medzere pôsobením ionizátora: kladné ióny, záporné ióny a elektróny. Elektrický prúd v plyne vzniká v dôsledku pohybu nabitých častíc: kladné ióny - k zápornej elektróde (katóda), elektróny a záporné ióny - ku kladnej elektróde (anóda).
Elektróny, padajúce na kladnú anódu, sú posielané pozdĺž obvodu do "plus" zdroja prúdu. Záporné ióny darujú anóde ďalší elektrón a keď sa stanú neutrálnymi časticami, vrátia sa do plynu; elektrón pridelený anóde sa tiež ponáhľa do „plus“ zdroja. Kladné ióny prichádzajúce na katódu odtiaľ odoberajú elektróny; výsledný nedostatok elektrónov na katóde je okamžite kompenzovaný ich dodaním tam z „mínusu“ zdroja. V dôsledku týchto procesov dochádza vo vonkajšom obvode k usporiadanému pohybu elektrónov. Toto je elektrický prúd zaznamenaný galvanometrom.
Proces opísaný na obr. 6 sa nazýva nesamostatný výtok v plyne. Prečo závislý? Na jej udržanie je preto nevyhnutné neustále pôsobenie ionizátora. Odstránime ionizátor - a prúd sa zastaví, pretože mechanizmus, ktorý zabezpečuje výskyt voľných nábojov v plynovej medzere, zmizne. Priestor medzi anódou a katódou sa opäť stane izolantom.
Voltampérová charakteristika výboja plynu
Závislosť intenzity prúdu cez plynovú medzeru od napätia medzi anódou a katódou (tzv prúdovo-napäťová charakteristika výboja plynu) je znázornený na obr. 7.
Ryža. 7. Voltampérová charakteristika výboja plynu
Pri nulovom napätí sa sila prúdu samozrejme rovná nule: nabité častice vykonávajú iba tepelný pohyb, medzi elektródami nie je žiadny usporiadaný pohyb.
Pri malom napätí je sila prúdu tiež malá. Faktom je, že nie všetky nabité častice sú určené na to, aby sa dostali k elektródam: niektoré kladné ióny a elektróny sa v procese ich pohybu navzájom nachádzajú a rekombinujú.
Ako sa napätie zvyšuje, voľné náboje sa vyvíjajú čoraz rýchlejšie a tým menšia je šanca, že sa kladný ión a elektrón stretnú a rekombinujú. Preto sa čoraz väčšia časť nabitých častíc dostáva k elektródam a intenzita prúdu sa zvyšuje (časť ).
Pri určitej hodnote napätia (bod ) sa rýchlosť nabíjania zvýši tak, že rekombinácia nestihne vôbec nastať. Odteraz Všetky nabité častice vytvorené pôsobením ionizátora sa dostanú k elektródam a prúd dosiahne saturáciu- Totiž, sila prúdu sa prestáva meniť so zvyšujúcim sa napätím. Toto bude pokračovať až do určitého bodu.
samovybíjanie
Po prejdení bodu sa sila prúdu prudko zvyšuje so zvyšujúcim sa napätím - začína nezávislý výboj. Teraz zistíme, čo to je.
Nabité častice plynu sa pohybujú od zrážky ku zrážke; v intervaloch medzi zrážkami sú urýchľované elektrickým poľom, čím sa zvyšuje ich kinetická energia. A teraz, keď je napätie dostatočne veľké (v tom istom bode), elektróny počas svojej voľnej dráhy dosahujú také energie, že keď sa zrazia s neutrálnymi atómami, ionizujú ich! (Pomocou zákonov zachovania hybnosti a energie možno ukázať, že sú to elektróny (a nie ióny) urýchlené elektrickým poľom, ktoré majú maximálnu schopnosť ionizovať atómy.)
Takzvaný ionizácia nárazom elektrónov. Elektróny vyradené z ionizovaných atómov sú tiež urýchľované elektrickým poľom a narážajú na nové atómy, pričom ich teraz ionizujú a generujú nové elektróny. V dôsledku vznikajúcej elektrónovej lavíny rýchlo narastá počet ionizovaných atómov, v dôsledku čoho rapídne stúpa aj sila prúdu.
Počet voľných nábojov je taký veľký, že odpadá potreba externého ionizátora. Dá sa jednoducho odstrániť. Voľné nabité častice sa teraz vytvárajú ako výsledok interné procesy vyskytujúce sa v plyne - preto sa výboj nazýva nezávislý.
Ak je plynová medzera pod vysokým napätím, potom nie je potrebný ionizátor na samovybíjanie. V plyne stačí nájsť len jeden voľný elektrón a spustí sa vyššie opísaná elektrónová lavína. A vždy bude aspoň jeden voľný elektrón!
Pripomeňme si ešte raz, že v plyne je aj za normálnych podmienok určité „prirodzené“ množstvo voľných nábojov, v dôsledku ionizujúceho rádioaktívneho žiarenia zemskej kôry, vysokofrekvenčného žiarenia Slnka a kozmického žiarenia. Videli sme, že pri nízkych napätiach je vodivosť plynu spôsobená týmito voľnými nábojmi zanedbateľná, ale teraz - pri vysokom napätí - spôsobia vznik lavíny nových častíc, čo vedie k nezávislému výboju. Stane sa, ako sa hovorí zlomiť plynová medzera.
Intenzita poľa potrebná na rozklad suchého vzduchu je približne kV/cm. Inými slovami, aby medzi elektródami oddelenými centimetrom vzduchu preskočila iskra, treba na ne priviesť kilovoltové napätie. Predstavte si, aké napätie je potrebné na prerazenie niekoľkých kilometrov vzduchu! Ale práve takéto poruchy sa vyskytujú počas búrky - tie sú vám dobre známe.