Serbest elektronların yönlendirilmiş hareketi ile oluşur ve bu durumda iletkenin yapıldığı maddede herhangi bir değişiklik olmaz.
Bir elektrik akımının geçişine, maddelerinde kimyasal değişikliklerin eşlik etmediği bu tür iletkenler denir. birinci tür iletkenler. Bunlara tüm metaller, kömür ve bir dizi başka madde dahildir.
Ancak doğada, akımın geçişi sırasında kimyasal olayların meydana geldiği bu tür elektrik akımı iletkenleri de vardır. Bu iletkenlere denir ikinci türden iletkenler. Bunlar esas olarak asitler, tuzlar ve alkalilerin sudaki çeşitli çözeltilerini içerir.
Bir cam kaba su döküp içine birkaç damla sülfürik asit (veya başka bir asit veya alkali) eklerseniz ve ardından iki metal levha alıp bu levhaları kaba indirerek bunlara iletkenler bağlarsanız ve bir akım bağlarsanız kaynağı bir anahtar ve bir ampermetre vasıtasıyla iletkenlerin diğer uçlarına iletirseniz, çözeltiden gaz salınır ve devre kapanana kadar sürekli olarak devam eder. Asitlenmiş su gerçekten bir iletkendir. Ayrıca plakalar gaz kabarcıkları ile kaplanmaya başlayacaktır. Daha sonra bu baloncuklar plakalardan ayrılarak dışarı çıkacaktır.
Bir elektrik akımı çözeltiden geçtiğinde, gazın salınmasının bir sonucu olarak kimyasal değişiklikler meydana gelir.
İkinci tür iletkenlere elektrolit denir ve içinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektrolitte meydana gelen olaya elektrolit denir.
Elektrolite batırılan metal plakalara elektrot denir; akım kaynağının artı kutbuna bağlanan birine anot, eksi kutbuna bağlanan diğerine katot denir.
Sıvı bir iletkende elektrik akımının geçişine ne sebep olur? Bu tür çözeltilerde (elektrolitler), bir çözücünün (bu durumda su) etkisi altındaki asit moleküllerinin (alkaliler, tuzlar) iki bileşene ayrıştığı ve molekülün bir parçacığı pozitif, diğeri ise negatif elektrik yüküne sahiptir.
Bir molekülün elektrik yükü taşıyan taneciklerine iyon denir. Bir asit, tuz veya alkali suda çözündüğünde, çözeltide çok sayıda hem pozitif hem de negatif iyon görünür.
Şimdi çözeltiden neden bir elektrik akımı geçtiği anlaşılmalıdır, çünkü akım kaynağına bağlı elektrotlar arasında yaratılmıştır, yani birinin pozitif, diğerinin negatif yüklü olduğu ortaya çıkmıştır. Bu potansiyel farkın etkisi altında, pozitif iyonlar negatif elektroda - katoda ve negatif iyonlar - anoda doğru hareket etmeye başladı.
Böylece, iyonların kaotik hareketi, negatif iyonların bir yönde ve pozitif iyonların diğer yönde düzenli bir karşı hareketi haline geldi. Bu yük aktarma işlemi, elektrolit boyunca elektrik akımının akışını oluşturur ve elektrotlar arasında bir potansiyel farkı olduğu sürece gerçekleşir. Potansiyel farkın ortadan kalkmasıyla elektrolitten geçen akım durur, iyonların düzenli hareketi bozulur ve kaotik hareket yeniden başlar.
Örnek olarak, içine bakır elektrotlar indirilmiş bir bakır sülfat CuSO4 çözeltisinden bir elektrik akımı geçtiğinde elektroliz olgusunu düşünün.
Akım bir bakır sülfat çözeltisinden geçtiğinde elektroliz olgusu: C - elektrolitli kap, B - akım kaynağı, C - anahtar
Elektrotlara iyonların karşı hareketi de olacaktır. Pozitif iyon bakır (Cu) iyonu, negatif iyon ise asit artığı (SO4) iyonu olacaktır. Bakır iyonları, katot ile temas ettiğinde boşaltılacak (eksik elektronları kendilerine bağlayarak), yani nötr saf bakır moleküllerine dönüşecek ve en ince (moleküler) tabaka şeklinde katot üzerinde biriktirilecektir.
Anoda ulaşan negatif iyonlar da boşaltılır (fazla elektronları verir). Ancak aynı zamanda, anotun bakırı ile kimyasal bir reaksiyona girerler, bunun sonucunda asidik kalıntı SO4'e bir bakır Cu molekülü bağlanır ve geri dönen bir bakır sülfat CuS O4 molekülü oluşur. elektrolite geri dönün.
Çünkü bu kimyasal süreç uzun zaman, daha sonra elektrolitten salınan katot üzerinde bakır biriktirilir. Bu durumda, katoda giden bakır molekülleri yerine, elektrolit, ikinci elektrot olan anotun çözünmesi nedeniyle yeni bakır molekülleri alır.
Bakır elektrotlar yerine çinko elektrotlar alınırsa ve elektrolit bir çinko sülfat ZnS04 çözeltisiyse aynı işlem gerçekleşir. Çinko ayrıca anottan katota aktarılacaktır.
Böylece, metallerdeki elektrik akımı ile sıvı iletkenler arasındaki fark metallerde yalnızca serbest elektronların, yani negatif yüklerin yük taşıyıcıları olduğu, elektrolitlerde ise zıt yüklü madde parçacıkları - zıt yönlerde hareket eden iyonlar tarafından taşındığı gerçeğinde yatmaktadır. bu yüzden öyle derler elektrolitler iyonik iletkenliğe sahiptir.
Elektroliz olgusu 1837'de araştırma ve geliştirme konusunda çok sayıda deney yapan B. S. Jacobi tarafından keşfedildi. kimyasal kaynaklar akım. Jacobi, bakır sülfat çözeltisine yerleştirilen elektrotlardan birinin içinden elektrik akımı geçtiğinde bakırla kaplandığını buldu.
Bu fenomen denir galvanik kaplama, şimdi son derece büyük buluyor pratik kullanım. Bunun bir örneği, metal nesnelerin ince bir diğer metal tabakasıyla kaplanmasıdır, yani nikel kaplama, yaldız, gümüş kaplama vb.
Gazlar (hava dahil) normal koşullar altında elektriği iletmez. Örneğin birbirine paralel asılı duran çıplaklar, bir hava tabakasıyla birbirinden izole edilmiştir.
Ancak etkisi altında Yüksek sıcaklık, büyük potansiyel fark ve diğer sebepler, sıvı iletkenler gibi gazlar iyonize edilir, yani. içlerinde elektrik taşıyıcıları olarak elektrik akımının gazdan geçişine katkıda bulunan çok sayıda gaz molekülü parçacıkları görünür.
Ancak aynı zamanda, bir gazın iyonlaşması sıvı bir iletkenin iyonlaşmasından farklıdır. Bir molekül bir sıvıda iki yüklü parçaya ayrılırsa, o zaman gazlarda iyonlaşma etkisi altında elektronlar her molekülden her zaman ayrılır ve bir iyon, molekülün pozitif yüklü bir parçası şeklinde kalır.
Sıvı her zaman bir elektrik akımı iletkeni olarak kalırken, iletken olmayı bıraktığı için gazın iyonlaşmasını durdurmak yeterlidir. Sonuç olarak, bir gazın iletkenliği, dış etkenlerin etkisine bağlı olarak geçici bir olgudur.
Ancak adında bir tane daha var. ark deşarjı veya sadece bir elektrik arkı. Bir elektrik arkı olgusu, 19. yüzyılın başında ilk Rus elektrik mühendisi V. V. Petrov tarafından keşfedildi.
Çok sayıda deney yapan V. V. Petrov, bir akım kaynağına bağlı iki kömür arasında, parlak bir ışık eşliğinde havada sürekli bir elektrik boşalmasının meydana geldiğini keşfetti. V. V. Petrov yazılarında, bu durumda "karanlık barışın oldukça parlak bir şekilde aydınlatılabileceğini" yazdı. Böylece ilk kez, başka bir Rus elektrik bilimcisi Pavel Nikolaevich Yablochkov tarafından pratik olarak uygulanan elektrik ışığı elde edildi.
Çalışmaları elektrik arkının kullanımına dayanan "Yablochkov'un Mumu" o günlerde elektrik mühendisliğinde gerçek bir devrim yarattı.
Ark deşarjı, bugün bile, örneğin projektörlerde ve projektörlerde bir ışık kaynağı olarak kullanılmaktadır. Ark deşarjının yüksek sıcaklığı, için kullanılmasına izin verir. Şu anda, çok yüksek akımla çalışan ark fırınları bir dizi endüstride kullanılmaktadır: çelik, dökme demir, ferroalyajlar, bronz vb. Ve 1882'de N. N. Benardos, metali kesmek ve kaynaklamak için ilk kez bir ark deşarjı kullandı.
Gaz-ışık tüplerinde, flüoresan lambalarda, voltaj dengeleyicilerde, elektron ve iyon demetleri elde etmek için sözde Kızdırma gazı deşarjı.
Elektrotları cilalı bir yüzeye sahip iki metal top olan bir bilye aralığı kullanılarak büyük potansiyel farklarını ölçmek için bir kıvılcım deşarjı kullanılır. Toplar birbirinden ayrılır ve onlara ölçülen bir potansiyel farkı uygulanır. Daha sonra toplar, aralarında bir kıvılcım sıçrayana kadar bir araya getirilir. Bilyelerin çapını, aralarındaki mesafeyi, havanın basıncını, sıcaklığını ve nemini bilerek bilyalar arasındaki potansiyel farkı özel tablolara göre bulurlar. Bu yöntem, onbinlerce volt mertebesindeki potansiyel farkları yüzde birkaç oranında ölçmek için kullanılabilir.
GAZLARDA ELEKTRİK AKIMI
Gazların bağımsız ve kendi kendine devam etmeyen iletkenliği. AT doğal hal gazlar elektrik akımını iletmez, yani dielektriklerdir. Devre bir hava boşluğu tarafından kesiliyorsa, bu basit bir akımla kolayca doğrulanabilir.
Gazların yalıtkan özellikleri, gazların atomlarının ve moleküllerinin doğal hallerinde nötr yüksüz parçacıklar olmaları gerçeğiyle açıklanır. Bundan, bir gazı iletken hale getirmek için, şu ya da bu şekilde içine sokmak ya da içinde ücretsiz yük taşıyıcıları - yüklü parçacıklar yaratmak gerektiği açıktır. Bu durumda, iki durum mümkündür: ya bu yüklü parçacıklar bir dış faktörün etkisiyle yaratılır ya da gaza dışarıdan - kendi kendine devam etmeyen iletimle - verilir ya da gazın içinde yaratılırlar. elektrotlar arasında var olan elektrik alanın kendisi - kendi kendine iletim.
Gösterilen şekilde, devredeki galvanometre uygulanan gerilime rağmen akım göstermiyor. Bu, normal koşullar altında gazların iletkenliğinin olmadığını gösterir.
Şimdi 1-2 aralığındaki gazı içine yanan bir brülör sokarak çok yüksek bir sıcaklığa ısıtalım. Galvanometre bir akımın görünümünü gösterecektir, bu nedenle yüksek sıcaklıkta nötr gaz moleküllerinin oranı pozitif ve negatif iyonlara ayrışır. Böyle bir fenomen denir iyonizasyon gaz. 
Küçük bir üfleyiciden bir hava jeti gaz boşluğuna yönlendirilirse ve jetin yoluna, boşluğun dışına bir iyonlaştırıcı alev yerleştirilirse, galvanometre belirli bir akımı gösterecektir. 
Bu, iyonların anında yok olmadığı, gazla birlikte hareket ettiği anlamına gelir. Ancak alev ile boşluk 1-2 arasındaki mesafe arttıkça akım yavaş yavaş zayıflar ve sonra kaybolur. Bu durumda, zıt yüklü iyonlar, elektriksel çekim kuvvetinin etkisi altında birbirlerine yaklaşma eğilimindedirler ve karşılaştıklarında nötr bir molekül halinde yeniden birleşirler. Böyle bir süreç denir rekombinasyon iyonlar.
Bir gazı yüksek bir sıcaklığa ısıtmak, bir gazın moleküllerini veya atomlarını iyonize etmenin tek yolu değildir. Bir gazın nötr atomları veya molekülleri de diğer faktörlerin etkisi altında iyonlaşabilir.
İyonik iletkenliğin bir takım özellikleri vardır. Bu nedenle, genellikle pozitif ve negatif iyonlar, tek iyonize moleküller değil, negatif veya pozitif bir elektrona bağlı molekül gruplarıdır. Bu nedenle, her iyonun yükü bir veya ikiye eşit olmasına rağmen, nadiren temel yüklerin sayısından daha fazladır, kütleleri tek tek atomların ve moleküllerin kütlelerinden önemli ölçüde farklı olabilir. Burada gaz iyonları, her zaman belirli atom gruplarını temsil eden elektrolit iyonlarından önemli ölçüde farklıdır. Bu farktan dolayı, elektrolitlerin iletkenliği için çok karakteristik olan Faraday yasaları, gazların iyonik iletkenliği için geçerli değildir.
Gazların iyonik iletkenliği ile elektrolitlerin iyonik iletkenliği arasındaki ikinci, yine çok önemli fark, Ohm yasasının gazlar için gözlenmemesidir: akım-gerilim karakteristiği daha fazladır. karmaşık doğa. İletkenlerin (elektrolitler dahil) akım-gerilim özelliği eğimli bir düz çizgi şeklindedir (I ve U orantılılığı), gazlar için çeşitli şekillere sahiptir.
Özellikle, kendi kendine devam etmeyen iletkenlik durumunda, U'nun küçük değerleri için, grafik düz bir çizgi şeklindedir, yani. Ohm yasası yaklaşık olarak geçerliliğini koruyor; U arttıkça, eğri belirli bir gerilimden bükülür ve yatay bir düz çizgiye geçer. 
Bu, belirli bir voltajdan başlayarak, voltajdaki artışa rağmen akımın sabit kalması anlamına gelir. Akımın bu sabit, voltajdan bağımsız değerine denir doyma akımı.
Elde edilen sonuçların anlamını anlamak zor değil. Başlangıçta voltaj arttıkça deşarj kesitinden geçen iyon sayısı artar; I akımı artar, çünkü daha güçlü bir alandaki iyonlar daha yüksek hızda hareket eder. Ancak iyonlar ne kadar hızlı hareket ederse etsin, birim zamanda bu kısımdan geçen iyon sayısı, dış iyonlaştırıcı faktör tarafından birim zamanda deşarjda oluşan toplam iyon sayısından fazla olamaz.
Bununla birlikte, deneyler, gazdaki doyma akımına ulaştıktan sonra voltajı önemli ölçüde artırmaya devam edersek, akım-gerilim karakteristiğinin seyrinin aniden bozulduğunu göstermektedir. Yeterince yüksek bir voltajda, akım keskin bir şekilde artar. 
Mevcut sıçrama, iyon sayısının hemen keskin bir şekilde arttığını gösteriyor. Bunun nedeni kendisi Elektrik alanı: bazı iyonlara çok yüksek hızlar verir, yani. öyle büyük bir enerji ki, bu tür iyonlar nötr moleküllerle çarpıştığında, ikincisi iyonlara ayrılıyor. Toplam sayısı iyonlar artık iyonlaştırıcı faktör tarafından değil, gerekli iyonlaşmayı kendisi destekleyebilen alanın eylemi tarafından belirlenir: kendi kendine devam etmeyen iletkenlik bağımsız hale gelir. Bir gaz boşluğunun bozulması karakterine sahip olan bağımsız iletkenliğin ani başlangıcı fenomeni, bağımsız iletkenliğin başlamasının tek, ancak çok önemli şekli değildir.
Kıvılcım deşarjı. Yeterince yüksek bir alan kuvvetinde (yaklaşık 3 MV / m), elektrotlar arasında, her iki elektrotu birbirine bağlayan, parlak bir şekilde parlayan kıvrımlı bir kanal biçimine sahip bir elektrik kıvılcımı belirir. Kıvılcımın yanındaki gaz yüksek bir sıcaklığa ısıtılır ve aniden genleşir, bu da ses dalgalarına neden olur ve karakteristik bir çıtırtı duyarız.
Tarif edilen gaz deşarj şekli denir kıvılcım deşarjı veya gaz kıvılcımı. Kıvılcım boşalması meydana geldiğinde, gaz aniden dielektrik özelliklerini kaybeder ve iyi bir iletken olur. Bir gazın kıvılcım kırılmasının meydana geldiği alan kuvveti, farklı gazlar için farklı bir değere sahiptir ve durumlarına (basınç, sıcaklık) bağlıdır. Elektrotlar arasındaki mesafe ne kadar büyükse, gazın bir kıvılcım kırılmasının başlaması için aralarındaki voltaj o kadar büyük olmalıdır. Bu gerilim denir arıza gerilimi.
Arıza voltajının herhangi bir özel şekle sahip elektrotlar arasındaki mesafeye nasıl bağlı olduğunu bilerek, kıvılcımın maksimum uzunluğu boyunca bilinmeyen voltajı ölçmek mümkündür. Bu, kaba yüksek gerilimler için bir kıvılcım voltmetre cihazının temelidir. 
1 ve 2 numaralı direklere sabitlenmiş iki metal bilyeden oluşur, topun bulunduğu 2. direk bir vidayla birinciye yaklaşabilir veya ondan uzaklaşabilir. Toplar, gerilimi ölçülecek bir akım kaynağına bağlanır ve bir kıvılcım çıkana kadar bir araya getirilir. Stant üzerindeki bir ölçek kullanarak mesafeyi ölçerek, kıvılcımın uzunluğu boyunca voltajın kabaca bir tahmini verilebilir (örnek: 5 cm'lik bir bilye çapı ve 0,5 cm'lik bir mesafe ile kırılma voltajı 17,5 kV'dir, ve 5 cm - 100 kV mesafede).
Bozunmanın oluşumu şu şekilde açıklanır: Bir gazda her zaman rastgele sebeplerden kaynaklanan belirli sayıda iyon ve elektron vardır. Bununla birlikte, sayıları o kadar küçüktür ki, gaz pratik olarak elektriği iletmez. Yeterince yüksek bir alan kuvvetinde, iyon tarafından iki çarpışma arasındaki aralıkta biriken kinetik enerji, çarpışma sırasında nötr bir molekülü iyonize etmek için yeterli hale gelebilir. Sonuç olarak, yeni bir negatif elektron ve pozitif yüklü bir kalıntı, bir iyon oluşur. 
Serbest bir elektron 1, nötr bir molekülle çarpışması üzerine onu bir elektron 2'ye ve bir serbest pozitif iyona ayırır. Elektron 1 ve 2, nötr moleküllerle daha fazla çarpışma üzerine, onları tekrar elektron 3 ve 4'e ve serbest pozitif iyonlara vb. ayırır.
Bu iyonlaşma işlemi denir darbe iyonlaşması ve bir elektronun bir atomdan ayrılmasını sağlamak için harcanması gereken iş - iyonlaşma çalışması. İyonlaşma işi atomun yapısına bağlıdır ve bu nedenle farklı gazlar için farklıdır.
Darbeli iyonlaşmanın etkisi altında oluşan elektronlar ve iyonlar, gazdaki yüklerin sayısını artırır ve karşılığında bir elektrik alanının etkisi altında harekete geçerler ve yeni atomların darbeli iyonlaşmasını sağlayabilirler. Böylece süreç kendini büyütür ve gazdaki iyonlaşma hızla çok yüksek bir değere ulaşır. Bu fenomen bir çığa benzer, bu nedenle bu süreç çağrıldı. iyon çığı.
Bir iyon çığının oluşumu, kıvılcım kırılma sürecidir ve bir iyon çığının meydana geldiği minimum voltaj, kırılma voltajıdır.
Böylece bir kıvılcım kırılması durumunda, gaz iyonlaşmasının nedeni, atomların ve moleküllerin iyonlarla çarpışmalarında parçalanmasıdır (darbe iyonlaşması).
Şimşek. Güzel ve güvensiz bir doğa olayı olan şimşek, atmosferdeki bir kıvılcım deşarjıdır.
Zaten 18. yüzyılın ortalarında, yıldırımın elektrik kıvılcımına dışsal benzerliğine dikkat edildi. Gök gürültüsü bulutlarının büyük elektrik yükleri taşıdığı ve şimşeğin devasa bir kıvılcım olduğu, boyut dışında bir elektrik makinesinin topları arasındaki kıvılcımdan hiçbir farkı olmadığı öne sürülmüştür. Bu, örneğin, diğer bilimsel konuların yanı sıra atmosferik elektrikle ilgilenen Rus fizikçi ve kimyager Mikhail Vasilievich Lomonosov (1711-65) tarafından işaret edildi.
Bu, 1752-53 deneyimiyle kanıtlandı. Lomonosov ve aynı anda ve birbirinden bağımsız olarak çalışan Amerikalı bilim adamı Benjamin Franklin (1706-90).
Lomonosov, laboratuvarında bulunan ve ucu odadan çıkarılan ve yüksek bir direğe kaldırılan bir tel aracılığıyla atmosferik elektrikle yüklenen bir kapasitör olan bir "gök gürültüsü makinesi" yaptı. Bir fırtına sırasında kondansatördeki kıvılcımlar elle giderilebilir.
Franklin, bir fırtına sırasında, demir uçlu bir ip üzerinde bir uçurtma fırlattı; ipin ucuna bir kapı anahtarı bağlanmıştı. İp ıslanıp elektrik akımını ilettiğinde, Franklin anahtardan elektrik kıvılcımları çıkarabildi, Leyden kavanozlarını şarj edebildi ve bir elektrik makinesiyle yapılan diğer deneyleri yapabildi (Bu tür deneylerin son derece tehlikeli olduğu belirtilmelidir, çünkü yıldırım yılanlara çarpabilir ve aynı zamanda deneycinin vücudundan Dünya'ya büyük yükler geçecek Fizik tarihinde çok üzücü vakalar oldu: Lomonosov ile birlikte çalışan G. V. Richman, 1753'te St.Petersburg'da öldü. Petersburg'da).
Böylece gök gürültülü bulutların gerçekten de yüksek oranda elektrik yüklü olduğu gösterildi.
Bir gök gürültüsü bulutunun farklı bölümleri, farklı işaretlerin yüklerini taşır. Çoğu zaman, bulutun alt kısmı (Dünya'ya yansıyan) negatif yüklüdür ve üst kısmı pozitif yüklüdür. Bu nedenle, iki bulut zıt yüklü kısımlarla birbirine yaklaşırsa, yıldırımlar aralarına sıçrar. Ancak yıldırım deşarjı başka şekillerde de meydana gelebilir. Dünyanın üzerinden geçen bir gök gürültüsü, yüzeyinde büyük indüklenmiş yükler oluşturur ve bu nedenle bulut ve Dünya'nın yüzeyi, büyük bir kapasitörün iki plakasını oluşturur. Bulut ve Dünya arasındaki potansiyel fark, yüz milyonlarca voltla ölçülen muazzam değerlere ulaşır ve havada güçlü bir elektrik alanı oluşur. Bu alanın yoğunluğu yeterince büyük yapılırsa, bir bozulma meydana gelebilir, yani. yeryüzüne yıldırım düşmesi. Aynı zamanda yıldırım bazen insanlara çarpar ve yangınlara neden olur.
Yıldırım üzerine yapılan çok sayıda araştırmaya göre, kıvılcım yükü aşağıdaki yaklaşık sayılarla karakterize edilir: bulut ile Dünya arasındaki voltaj (U) 0,1 GV'dir (gigavolt);
yıldırımda akım gücü (I) 0,1 MA (megaamper);
yıldırım süresi (t) 1 µs (mikrosaniye);
ışık kanalının çapı 10-20 cm'dir.
Şimşekten sonra meydana gelen gök gürültüsü, bir laboratuvar kıvılcımı sıçradığında ortaya çıkan çıtırtı ile aynı kökene sahiptir. Yani yıldırım kanalının içindeki hava kuvvetli bir şekilde ısınır ve genişler, bu nedenle ses dalgaları ortaya çıkar. Bulutlardan, dağlardan vb. yansıyan bu dalgalar genellikle uzun bir yankı - gök gürültüsü oluşturur.
Korona deşarjı. Bir iyon çığının oluşması her zaman bir kıvılcıma yol açmaz, ancak farklı türde bir deşarja da neden olabilir - bir korona deşarjı.
Bir milimetrenin birkaç onda biri çapında bir metal teli (ab) iki yüksek yalıtkan desteğe gerip birkaç bin voltluk bir voltaj veren bir jeneratörün negatif kutbuna bağlayalım. Jeneratörün ikinci kutbunu Dünya'ya çıkaracağız. Plakaları tel ve odanın duvarları olan ve elbette Dünya ile iletişim kuran bir tür kapasitör elde edersiniz. 
Bu kapasitördeki alan çok düzensizdir ve ince bir telin yakınındaki yoğunluğu çok yüksektir. Voltajı kademeli olarak artırarak ve teli karanlıkta gözlemleyerek, bilinen bir voltajda, telin yanında teli her taraftan kaplayan zayıf bir parıltının (taç) göründüğü fark edilebilir; bir tıslama sesi ve hafif bir çıtırtı eşlik eder. Tel ve kaynak arasına hassas bir galvanometre bağlanırsa, o zaman bir parıltı görünümü ile galvanometre, jeneratörden teller boyunca tele ve ondan odanın havasından duvarlara akan gözle görülür bir akım gösterir. tel ile duvar arasında, darbe iyonlaşması nedeniyle odada oluşan iyonlar tarafından aktarılır. Böylece, havanın parlaması ve bir akımın ortaya çıkması, bir elektrik alanının etkisi altında havanın güçlü bir şekilde iyonlaştığını gösterir. Korona deşarjı sadece telin yakınında değil, aynı zamanda ucun yakınında ve genel olarak yakınında çok güçlü bir homojen olmayan alanın oluştuğu herhangi bir elektrotun yakınında meydana gelebilir.
Korona deşarjı uygulaması. Elektrikli gaz temizleme (elektrikli filtreler). Bir elektrikli makineye bağlı keskin metal elektrotlar içine sokulursa, dumanla dolu bir kap aniden tamamen şeffaf hale gelir ve tüm katı ve sıvı parçacıklar elektrotlar üzerinde biriktirilir. Deneyimin açıklaması şu şekildedir: korona ateşlenir yanmaz tüpün içindeki hava güçlü bir şekilde iyonlaşır. Gaz iyonları toz parçacıklarına yapışır ve onları yükler. Tüpün içinde güçlü bir elektrik alanı etkidiğinden, yüklü toz parçacıkları alanın etkisi altında elektrotlara doğru hareket eder ve burada yerleşirler.
temel parçacık sayaçları. Geiger-Muller temel parçacık sayacı, folyo ile kaplı bir pencere ile donatılmış küçük bir metal silindir ve silindirin ekseni boyunca gerilmiş ve ondan izole edilmiş ince bir metal telden oluşur. Sayaç, voltajı birkaç bin volta eşit olan bir akım kaynağı içeren bir devreye bağlanır. Voltaj, sayaç içinde bir korona deşarjının ortaya çıkması için gerekli olarak seçilir. 
Hızlı hareket eden bir elektron sayaca girdiğinde, ikincisi sayacın içindeki gaz moleküllerini iyonize ederek koronayı tutuşturmak için gereken voltajın bir miktar düşmesine neden olur. Sayaçta bir deşarj meydana gelir ve devrede kısa süreli zayıf bir akım belirir. Algılamak için devreye çok büyük bir direnç (birkaç megaohm) verilir ve buna paralel olarak hassas bir elektrometre bağlanır. Hızlı bir elektron sayacın içine her çarptığında, elektrometrenin levhaları eğilecektir.
Bu tür sayaçlar, yalnızca hızlı elektronları değil, genel olarak çarpışmalar yoluyla iyonlaşma üretebilen yüklü, hızlı hareket eden parçacıkları kaydetmeyi mümkün kılar. Modern sayaçlar, kendilerine çarpan tek bir parçacığı bile kolayca algılayabilir ve bu nedenle, temel yüklü parçacıkların doğada gerçekten var olduğunu tam bir kesinlikle ve çok büyük bir netlikle doğrulamayı mümkün kılar.
paratoner. Tüm dünyanın atmosferinde aynı anda yaklaşık 1800 gök gürültülü fırtınanın meydana geldiği tahmin edilmektedir ve bu da saniyede ortalama yaklaşık 100 şimşek verir. Ve herhangi bir kişinin yıldırım çarpması olasılığı önemsiz olsa da, yine de yıldırım çok fazla zarara neden olur. Şu anda büyük elektrik hatlarındaki tüm kazaların yaklaşık yarısının yıldırımdan kaynaklandığını belirtmek yeterlidir. Bu nedenle yıldırımdan korunma önemli bir görevdir.
Lomonosov ve Franklin sadece yıldırımın elektriksel doğasını açıklamakla kalmadı, aynı zamanda yıldırım çarpmasına karşı koruma sağlayan bir paratonerin nasıl yapılacağına da dikkat çekti. Paratoner, üst ucu korunan binanın en yüksek noktasının üzerinde keskinleştirilmiş ve güçlendirilmiş uzun bir teldir. Telin alt ucu metal bir saca bağlanır ve sac toprak suyu seviyesinde toprağa gömülür. Fırtına sırasında, Dünya üzerinde büyük indüklenmiş yükler ve Dünya yüzeyinin yakınında büyük bir elektrik alanı belirir. Keskin iletkenlerin yakınında yoğunluğu çok yüksektir ve bu nedenle paratonerin ucunda bir korona deşarjı tutuşur. Sonuç olarak indüklenen yükler bina üzerinde birikemez ve yıldırım oluşmaz. Yıldırımın hala meydana geldiği durumlarda (ve bu tür durumlar çok nadirdir), yıldırım çubuğuna çarpar ve yükler binaya zarar vermeden Dünya'ya gider.
Bazı durumlarda, paratonerden gelen korona deşarjı o kadar güçlüdür ki uçta açıkça görülebilen bir parıltı belirir. Böyle bir parıltı bazen diğer sivri uçlu nesnelerin yanında, örneğin gemi direklerinin uçlarında, keskin ağaç tepelerinde vb. Bu fenomen birkaç yüzyıl önce fark edildi ve gerçek özünü anlamayan denizcilerin batıl inançlarına neden oldu.
Elektrik arkı. 1802'de Rus fizikçi V.V. Petrov (1761-1834), büyük bir elektrik pilinin kutuplarına iki parça elektrik bağladığınızda bunu buldu. odun kömürü ve kömürleri temas ettirerek hafifçe birbirinden ayırın, ardından kömürlerin uçları arasında parlak bir alev oluşacak ve kömürlerin uçları beyaz parlayarak göz kamaştırıcı bir ışık yayacak.
Bir elektrik arkı üretmek için en basit cihaz, kömür almamanın daha iyi olduğu iki elektrottan oluşur, ancak bir grafit, kurum ve bağlayıcı karışımına basılarak elde edilen özel olarak yapılmış çubuklar. Bir aydınlatma ağı, güvenlik için bir reostanın dahil edildiği bir akım kaynağı olarak hizmet edebilir.
Arkı sıkıştırılmış bir gazda (20 atm) sabit bir akımda yanmaya zorlayarak, pozitif elektrodun ucunun sıcaklığını 5900°C'ye, yani 5900°C'ye getirmek mümkün oldu. güneşin yüzey sıcaklığına kadar. İyi bir elektrik iletkenliğine sahip olan ve içinden bir elektrik yükünün geçtiği bir gaz ve buhar sütunu daha da yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Arkın elektrik alanı tarafından tahrik edilen bu gazların ve buharların elektronlar ve iyonlar tarafından enerjik bombardımanı, kolondaki gazların sıcaklığını 6000-7000°C'ye getirir. Gazın bu kadar güçlü bir şekilde iyonlaşması ancak arkın katodunun, deşarj alanındaki gazı darbeleriyle iyonize eden çok sayıda elektron yayması nedeniyle mümkündür. Katottan güçlü elektron emisyonu, ark katodunun kendisinin çok yüksek bir sıcaklığa (2200 ila 3500°C) ısıtılmasıyla sağlanır. Arkı tutuşturmak için kömürler temas ettirildiğinde, kömürlerin içinden geçen akımın Joule ısısının tamamına yakını çok yüksek bir dirence sahip olan temas noktasında açığa çıkar. Bu nedenle kömürlerin uçları çok sıcaktır ve bu, birbirlerinden ayrıldıklarında aralarında bir arkın çıkması için yeterlidir. Gelecekte, arkın katodu, arktan geçen akımın kendisi tarafından ısıtılmış bir durumda tutulur. ana rol bu, katodun üzerine düşen pozitif iyonlar tarafından bombardıman edilmesiyle oynanır.
Arkın akım-gerilim karakteristiği tamamen kendine özgü bir karaktere sahiptir. Bir ark deşarjında, akım arttıkça ark terminallerindeki voltaj azalır, yani ark, düşen bir akım-gerilim özelliğine sahiptir.
Bir ark deşarjının uygulanması. Aydınlatma. Yüksek sıcaklık nedeniyle, ark elektrotları göz kamaştırıcı bir ışık yayar (gazın emisyonu küçük olduğu için ark sütununun parlaması daha zayıftır) ve bu nedenle elektrik arkı en iyi ışık kaynaklarından biridir. Kandela başına sadece yaklaşık 3 watt tüketir ve en iyi akkor lambalardan çok daha ekonomiktir. Elektrik arkı ilk olarak 1875 yılında Rus mühendis-mucit P.N. Yablochkin (1847-1894) ve “Rus Işığı” veya “Kuzey Işığı” olarak adlandırıldı. Kaynak. Metal parçaları kaynaklamak için bir elektrik arkı kullanılır. Kaynak yapılacak parçalar pozitif elektrot görevi görür; akım kaynağının negatif kutbuna bağlı kömürle onlara dokunulduğunda, gövdeler ile kömür arasında metali eriten bir ark elde edilir. cıva arkı. Kuvars lamba olarak adlandırılan bir kuvars tüpte yanan bir cıva arkı büyük ilgi çekicidir. Bu lambada, ark deşarjı havada değil, lambaya az miktarda cıva verilen ve havanın dışarı pompalandığı bir cıva buharı atmosferinde meydana gelir. Cıva arkının ışığı, güçlü kimyasal ve fizyolojik etkileri olan ultraviyole ışınları açısından son derece zengindir. Bu radyasyonu kullanabilmek için lamba, UV radyasyonunu güçlü bir şekilde emen camdan değil, erimiş kuvarstan yapılmıştır. Cıvalı lambalar, çeşitli hastalıkların tedavisinde yaygın olarak kullanıldığı gibi, bilimsel araştırma güçlü bir ultraviyole radyasyon kaynağı olarak.
Bilgi kaynağı olarak kullanılır İlköğretim ders kitabı altında fizik
Akademisyen G.S. Landsberg (cilt 2). Moskova, Nauka yayınevi, 1985.
MARKIDONOV TIMUR, Irkutsk tarafından yapılmıştır.
Doğada mutlak dielektrikler yoktur. Parçacıkların - elektrik yükünün taşıyıcıları - yani akımın düzenli hareketine herhangi bir ortamda neden olabilir, ancak bu gerektirir Özel durumlar. Burada elektriksel olayların gazlarda nasıl ilerlediğini ve bir gazın çok iyi bir dielektrikten çok iyi bir iletkene nasıl dönüştürülebileceğini ele alacağız. Ortaya çıktığı koşullarla ve ayrıca gazlardaki elektrik akımının hangi özelliklerle karakterize edildiğiyle ilgileneceğiz.
Gazların elektriksel özellikleri
Bir dielektrik, elektrik yükünün serbest taşıyıcıları olan parçacıkların konsantrasyonunun önemli bir değere ulaşmadığı ve bunun sonucunda iletkenliğin önemsiz olduğu bir maddedir (ortam). Tüm gazlar iyi dielektriklerdir. Yalıtım özellikleri her yerde kullanılır. Örneğin, herhangi bir devre kesicide, devrenin açılması, kontaklar aralarında bir hava boşluğu oluşacak şekilde konuma getirildiğinde gerçekleşir. Elektrik hatlarındaki teller de bir hava tabakasıyla birbirinden izole edilmiştir.
Herhangi bir gazın yapısal birimi bir moleküldür. Bu oluşmaktadır atom çekirdeği ve elektronik bulutlar, yani bir koleksiyon elektrik ücretleri uzayda bir şekilde dağıtılmış. Bir gaz molekülü, yapısının özelliklerinden dolayı olabilir veya harici bir elektrik alanının etkisi altında polarize olabilir. Bir gazı oluşturan moleküllerin büyük çoğunluğu, içlerindeki yükler birbirini yok ettiği için normal koşullar altında elektriksel olarak nötrdür.
Gaza bir elektrik alanı uygulanırsa, moleküller, alanın etkisini telafi eden bir uzamsal konumu işgal ederek bir dipol yönelimi alacaktır. Coulomb kuvvetlerinin etkisi altında gazda bulunan yüklü parçacıklar hareket etmeye başlayacaktır: pozitif iyonlar - katot yönünde, negatif iyonlar ve elektronlar - anoda doğru. Bununla birlikte, alan yetersiz potansiyele sahipse, tek bir yönlendirilmiş yük akışı meydana gelmez ve ayrı akımlardan söz edilebilir, o kadar zayıftır ki ihmal edilmelidir. Gaz bir dielektrik gibi davranır.
Bu nedenle, gazlarda bir elektrik akımının oluşması için, yüksek konsantrasyonda serbest yük taşıyıcıları ve bir alanın varlığı gereklidir.
iyonlaşma
Bir gazdaki serbest yüklerin sayısının çığ gibi artması işlemine iyonlaşma denir. Buna göre, içinde önemli miktarda yüklü parçacık bulunan bir gaza iyonize denir. Bu tür gazlarda bir elektrik akımı oluşur.
İyonlaşma süreci, moleküllerin nötrlüğünün ihlali ile ilişkilidir. Bir elektronun ayrılması sonucunda pozitif iyonlar ortaya çıkar, bir elektronun bir moleküle bağlanması negatif bir iyon oluşumuna yol açar. Ayrıca, iyonize bir gazda çok sayıda serbest elektron vardır. Pozitif iyonlar ve özellikle elektronlar, gazlardaki elektrik akımı için ana yük taşıyıcılarıdır.
İyonlaşma, bir parçacığa belirli bir miktarda enerji verildiğinde meydana gelir. Böylece, bu enerjiyi alan bir molekülün bileşimindeki bir dış elektron molekülü terk edebilir. Yüklü parçacıkların nötr olanlarla karşılıklı çarpışması, yeni elektronların dışarı çıkmasına neden olur ve süreç çığ benzeri bir karakter kazanır. Parçacıkların kinetik enerjisi de artar, bu da iyonlaşmayı büyük ölçüde destekler.
Gazlardaki elektrik akımının uyarılması için harcanan enerji nereden geliyor? Gazların iyonlaşması, türlerini adlandırmanın alışılmış olduğu çeşitli enerji kaynaklarına sahiptir.
- Bir elektrik alanı ile iyonlaşma. Bu durumda, alanın potansiyel enerjisi parçacıkların kinetik enerjisine dönüştürülür.
- Termal iyonlaşma. Sıcaklıktaki bir artış da oluşumuna yol açar Büyük bir sayıücretsiz ücretler.
- fotoiyonizasyon. Bu sürecin özü, elektronlara, yeterince yüksek bir frekansa (ultraviyole, x-ışını, gama kuantumu) sahiplerse, elektromanyetik radyasyon kuantumları - fotonlar tarafından enerji sağlanmasıdır.
- Darbeli iyonlaşma, çarpışan parçacıkların kinetik enerjisinin elektron ayrılma enerjisine dönüştürülmesinin sonucudur. Termal iyonlaşma ile birlikte gazlarda elektrik akımının uyarılmasında ana faktör olarak hizmet eder.
Her gaz, belirli bir eşik değeri ile karakterize edilir - bir elektronun bir molekülden ayrılarak potansiyel bir engeli aşması için gerekli olan iyonlaşma enerjisi. İlk elektron için bu değer birkaç volt ile iki on volt arasında değişir; sonraki elektronu molekülden ayırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç vardır ve bu böyle devam eder.
Gazda iyonlaşma ile aynı anda ters işlemin meydana geldiği dikkate alınmalıdır - rekombinasyon, yani Coulomb çekim kuvvetlerinin etkisi altında nötr moleküllerin restorasyonu.
Gaz deşarjı ve çeşitleri
Bu nedenle, gazlardaki elektrik akımı, yüklü parçacıkların kendilerine uygulanan bir elektrik alanının etkisi altındaki düzenli hareketinden kaynaklanır. Bu tür yüklerin varlığı, çeşitli iyonizasyon faktörlerinden dolayı mümkündür.
Bu nedenle, termal iyonizasyon gerektirir önemli sıcaklıklar, ancak bazı kimyasal işlemlerden kaynaklanan açık alev iyonlaşmayı teşvik eder. Bir alev varlığında nispeten düşük bir sıcaklıkta bile, gazlarda bir elektrik akımının görünümü kaydedilir ve gaz iletkenliği ile yapılan deneyler bunu doğrulamayı kolaylaştırır. Yüklü bir kapasitörün plakaları arasına bir brülör veya mum alevi yerleştirmek gerekir. Kondansatördeki hava boşluğu nedeniyle daha önce açık olan devre kapanacaktır. Devreye bağlı bir galvanometre akımın varlığını gösterecektir.
Elektrik gazlarda ise gaz boşalması denir. Boşalmanın stabilitesini korumak için iyonlaştırıcının etkisinin sabit olması gerektiği unutulmamalıdır, çünkü sürekli rekombinasyon nedeniyle gaz elektriksel olarak iletken özelliklerini kaybeder. Gazlardaki bazı elektrik akımı taşıyıcıları - iyonlar - elektrotlar üzerinde nötralize edilir, diğerleri - elektronlar - anoda girerek alan kaynağının "artısına" gönderilir. İyonlaşma faktörü çalışmayı durdurursa, gaz hemen tekrar bir dielektrik haline gelir ve akım durur. Harici bir iyonlaştırıcının etkisine bağlı olan böyle bir akıma, kendi kendine devam etmeyen bir deşarj denir.
Elektrik akımının gazlardan geçişinin özellikleri, akım gücünün gerilime - akım-gerilim özelliği - özel bir bağımlılığı ile tanımlanır.
Akım-voltaj bağımlılığı grafiğinde bir gaz deşarjının gelişimini ele alalım. Gerilim belirli bir U 1 değerine yükseldiğinde, akım bununla orantılı olarak artar, yani Ohm yasası yerine getirilir. Gazdaki kinetik enerji ve dolayısıyla yüklerin hızı artar ve bu süreç rekombinasyonun ilerisindedir. U 1'den U 2'ye kadar olan voltaj değerlerinde bu ilişki bozulur; U2'ye ulaşıldığında, tüm yük taşıyıcılar, yeniden birleşmeye zaman bulamadan elektrotlara ulaşır. Tüm serbest yükler söz konusudur ve voltajda daha fazla bir artış, akımda bir artışa yol açmaz. Yüklerin hareketinin bu doğasına doyma akımı denir. Bu nedenle, gazlardaki elektrik akımının, iyonize bir gazın çeşitli güçlerdeki elektrik alanlarındaki davranışının özelliklerinden de kaynaklandığını söyleyebiliriz.
Elektrotlar arasındaki potansiyel fark belirli bir U3 değerine ulaştığında, voltaj elektrik alanının gazın çığ benzeri bir iyonlaşmasına neden olması için yeterli hale gelir. Serbest elektronların kinetik enerjisi, moleküllerin çarpma iyonlaşması için zaten yeterlidir. Aynı zamanda, çoğu gazdaki hızları yaklaşık 2000 km / s ve daha yüksektir (yaklaşık v=600 U i , burada Ui iyonlaşma potansiyelidir). Bu anda, bir iç iyonlaşma kaynağı nedeniyle bir gaz arızası meydana gelir ve akımda önemli bir artış meydana gelir. Bu nedenle, böyle bir deşarj bağımsız olarak adlandırılır.
Bu durumda harici bir iyonlaştırıcının varlığı artık gazlarda elektrik akımının korunmasında rol oynamaz. kendi kendine deşarj farklı koşullar ve de çeşitli özellikler elektrik alanın kaynağı belirli özelliklere sahip olabilir. Kızdırma, kıvılcım, ark ve korona gibi kendi kendine deşarj türleri vardır. Bu türlerin her biri için kısaca elektrik akımının gazlarda nasıl davrandığına bakacağız.
100 (hatta daha az) ile 1000 volt arasındaki bir potansiyel farkı, kendi kendine deşarjı başlatmak için yeterlidir. Bu nedenle, düşük akım gücü (10 -5 A ila 1 A) ile karakterize edilen bir akkor deşarj, birkaç milimetreden fazla olmayan basınçlarda meydana gelir. cıva sütunu.
Seyreltilmiş gaz ve soğuk elektrotlara sahip bir tüpte, ortaya çıkan kızdırma deşarjı, elektrotlar arasında ince bir ışıklı kordon gibi görünür. Gazı tüpten dışarı pompalamaya devam edersek, filaman yıkanır ve milimetrenin onda biri cıva basınçlarında, kızdırma tüpü neredeyse tamamen doldurur. Katodun yakınında - sözde karanlık katot alanında ışıma yoktur. Geri kalanı pozitif sütun olarak adlandırılır. Bu durumda, deşarjın varlığını sağlayan ana süreçler, tam olarak karanlık katot boşluğunda ve ona bitişik bölgede lokalize edilir. Burada, yüklü gaz parçacıkları hızlandırılarak katottan elektronları dışarı atar.
Kızdırma deşarjında, iyonlaşmanın nedeni katottan elektron emisyonudur. Katot tarafından yayılan elektronlar, gaz moleküllerinin çarpma iyonizasyonunu üretir, ortaya çıkan pozitif iyonlar, katottan ikincil emisyona neden olur, vb. Pozitif sütunun parlaması, esas olarak uyarılmış gaz molekülleri tarafından fotonların geri tepmesinden kaynaklanır ve farklı gazlar, belirli bir rengin parlamasıyla karakterize edilir. Pozitif sütun, yalnızca elektrik devresinin bir bölümü olarak bir akkor deşarj oluşumunda yer alır. Elektrotları birbirine yaklaştırırsanız, pozitif sütunun kaybolmasını sağlayabilirsiniz, ancak deşarj durmaz. Bununla birlikte, elektrotlar arasındaki mesafenin daha da azaltılması ile akkor deşarj mevcut olamaz.
Gazlardaki bu tür elektrik akımı için bazı işlemlerin fiziğinin henüz tam olarak aydınlatılamadığı belirtilmelidir. Örneğin, deşarjda yer alan katod yüzeyindeki alanı genişletmek için akımda bir artışa neden olan kuvvetlerin doğası belirsizliğini koruyor.
kıvılcım deşarjı
Kıvılcım dökümü darbeli bir karaktere sahiptir. Elektrik alan kaynağının gücünün sabit bir deşarjı sürdürmek için yeterli olmadığı durumlarda, normal atmosferik basınçlara yakın basınçlarda meydana gelir. Bu durumda alan şiddeti yüksektir ve 3 MV/m'ye ulaşabilir. Bu fenomen, gazdaki elektrik akımının boşalmasında keskin bir artışla karakterize edilir, aynı zamanda voltaj çok hızlı düşer ve boşalma durur. Daha sonra potansiyel fark tekrar artar ve tüm süreç tekrarlanır.
Bu tür bir deşarj ile büyümesi elektrotlar arasındaki herhangi bir noktadan başlayabilen kısa süreli kıvılcım kanalları oluşur. Bunun nedeni, darbe iyonlaşmasının rastgele olduğu yerlerde meydana gelmesidir. şu an iyonların en büyük konsantrasyonu. Kıvılcım kanalının yakınında, gaz hızla ısınır ve termal genleşmeye uğrayarak akustik dalgalara neden olur. Bu nedenle, kıvılcım deşarjına, ısı salınımı ve parlak bir parıltının yanı sıra çatırtı eşlik eder. Kıvılcım kanalında çığ iyonlaşma süreçleri oluşur yüksek basınçlar ve 10 bin derece ve üzeri sıcaklıklara kadar.
Doğal bir kıvılcım boşalmasının en çarpıcı örneği şimşektir. Ana yıldırım kıvılcım kanalının çapı birkaç santimetreden 4 m'ye kadar değişebilmekte ve kanal uzunluğu 10 km'ye ulaşabilmektedir. Akımın büyüklüğü 500 bin ampere ulaşır ve bir gök gürültüsü ile Dünya yüzeyi arasındaki potansiyel fark bir milyar volta ulaşır.
321 km uzunluğundaki en uzun yıldırım 2007 yılında ABD'nin Oklahoma kentinde görüldü. Sürenin rekor sahibi, 2012 yılında Fransız Alpleri'nde kaydedilen şimşekti - 7,7 saniyeden fazla sürdü. Yıldırım çarptığında hava, Güneş'in görünür yüzeyinin sıcaklığından 6 kat daha yüksek olan 30 bin dereceye kadar ısınabilir.
Elektrik alan kaynağının gücünün yeterince büyük olduğu durumlarda, kıvılcım boşalması bir ark boşalmasına dönüşür.
Bu tür kendi kendine devam eden deşarj, yüksek akım yoğunluğu ve düşük (parlak deşarjdan daha az) voltaj ile karakterize edilir. Elektrotların yakınlığı nedeniyle arıza mesafesi küçüktür. Deşarj, katot yüzeyinden bir elektronun yayılmasıyla başlar (metal atomları için iyonlaşma potansiyeli, gaz moleküllerine kıyasla küçüktür). Elektrotlar arasındaki bir arıza sırasında, gazın elektrik akımını ilettiği koşullar yaratılır ve devreyi kapatan bir kıvılcım deşarjı meydana gelir. Gerilim kaynağının gücü yeterince büyükse, kıvılcım deşarjları kararlı bir elektrik arkına dönüşür.
Bir ark deşarjı sırasında iyonlaşma neredeyse %100'e ulaşır, akım gücü çok yüksektir ve 10 ile 100 amper arasında değişebilir. -de atmosferik basınç ark 5-6 bin dereceye kadar ısıtabilir ve katot - 3 bin dereceye kadar, bu da yoğun termal ısıya yol açar elektronik emisyon yüzeyinden. Anotun elektronlarla bombardımanı kısmi yıkıma yol açar: üzerinde bir girinti oluşur - yaklaşık 4000 ° C sıcaklığa sahip bir krater. Basınçtaki bir artış, sıcaklıkta daha da büyük bir artışa neden olur.
Elektrotları seyreltirken, ark deşarjı belirli bir mesafeye kadar sabit kalır, bu da elektrikli ekipmanın neden olduğu temasların aşınması ve yanması nedeniyle zararlı olduğu kısımlarında bununla başa çıkmayı mümkün kılar. Bunlar, yüksek voltaj ve otomatik anahtarlar, kontaktörler ve diğerleri gibi cihazlardır. Kontaklar açıldığında oluşan ark ile mücadele etmenin yöntemlerinden biri de ark uzatma prensibine dayalı ark olukları kullanmaktır. Diğer birçok yöntem de kullanılır: kontakları şöntleme, yüksek iyonlaşma potansiyeline sahip malzemeler kullanma vb.
Bir korona deşarjının gelişimi, yüzeyin büyük bir eğriliğine sahip elektrotların yakınındaki keskin homojen olmayan alanlarda normal atmosferik basınçta meydana gelir. Bunlar kuleler, direkler, teller, karmaşık bir şekle sahip çeşitli elektrikli ekipman elemanları ve hatta insan saçı olabilir. Böyle bir elektrota korona elektrot denir. İyonlaşma süreçleri ve buna bağlı olarak gazın parlaması sadece onun yanında gerçekleşir.
Korona, iyonlarla bombardıman edildiğinde hem katotta (negatif korona) hem de fotoiyonizasyon sonucu anotta (pozitif) oluşabilir. Termal emisyonun bir sonucu olarak iyonlaşma sürecinin elektrottan uzağa yönlendirildiği negatif korona, eşit bir parlaklık ile karakterize edilir. Pozitif koronada, kıvılcım kanallarına dönüşebilen kırık bir konfigürasyonun parlak çizgileri olan flamalar gözlemlenebilir.
Korona deşarjına bir örnek doğal şartlar yüksek direklerin, ağaç tepelerinin vb. uçlarında yükselenlerdir. Atmosferdeki yüksek elektrik alan kuvvetinde, genellikle bir fırtınadan önce veya bir kar fırtınası sırasında oluşurlar. Ek olarak, bir volkanik kül bulutunun içine düşen uçağın derisine sabitlendiler.
Elektrik hatlarının tellerindeki korona deşarjı, önemli elektrik kayıplarına yol açar. Yüksek voltajda, bir korona deşarjı bir arka dönüşebilir. Çeşitli şekillerde, örneğin iletkenlerin eğrilik yarıçapını artırarak savaşılır.
Gazlarda ve plazmada elektrik akımı
Tamamen veya kısmen iyonize bir gaz, plazma olarak adlandırılır ve maddenin dördüncü hali olarak kabul edilir. Genel olarak, plazma elektriksel olarak nötrdür, çünkü onu oluşturan parçacıkların toplam yükü sıfırdır. Bu, onu örneğin elektron ışınları gibi diğer yüklü parçacık sistemlerinden ayırır.
Doğal koşullar altında, plazma, kural olarak, gaz atomlarının yüksek hızlarda çarpışması nedeniyle yüksek sıcaklıklarda oluşur. Evrendeki baryonik maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir. Bunlar yıldızlar, yıldızlararası maddenin bir parçası, galaksiler arası gaz. Dünyanın iyonosferi de seyreltilmiş, zayıf iyonize bir plazmadır.
iyonlaşma derecesi önemli özellik plazma - iletken özellikler buna bağlıdır. İyonlaşma derecesi, iyonize atom sayısının birim hacimdeki toplam atom sayısına oranı olarak tanımlanır. Plazma ne kadar iyonize olursa, elektrik iletkenliği o kadar yüksek olur. Ayrıca yüksek hareket kabiliyetine sahiptir.
Dolayısıyla deşarj kanalında elektriği ileten gazların plazmadan başka bir şey olmadığını görüyoruz. Bu nedenle, ışıma ve korona deşarjları soğuk plazma örnekleridir; bir şimşek kıvılcımı kanalı veya bir elektrik arkı, sıcak, neredeyse tamamen iyonize bir plazmanın örnekleridir.
Metallerde, sıvılarda ve gazlarda elektrik akımı - farklılıklar ve benzerlikler
Diğer ortamlardaki akımın özellikleriyle karşılaştırmalı olarak gaz deşarjını karakterize eden özellikleri ele alalım.
Metallerde akım, kimyasal değişiklikler gerektirmeyen serbest elektronların yönlendirilmiş hareketidir. Bu tür iletkenlere birinci türden iletkenler denir; bunlar, metallere ve alaşımlara ek olarak kömürü, bazı tuzları ve oksitleri içerir. Elektronik iletkenlik ile ayırt edilirler.
İkinci tür iletkenler elektrolitlerdir, yani sıvıdır. sulu çözeltiler alkaliler, asitler ve tuzlar. Akım geçişi, elektrolit - elektrolizdeki kimyasal bir değişiklikle ilişkilidir. Suda çözünmüş bir maddenin iyonları, potansiyel bir farkın etkisi altında zıt yönlerde hareket eder: pozitif katyonlar - katoda, negatif anyonlar - anoda. Prosese gaz çıkışı veya katot üzerinde metal bir tabakanın birikmesi eşlik eder. İkinci türden iletkenler, iyonik iletkenlik ile karakterize edilir.
Gazların iletkenliğine gelince, birincisi geçicidir ve ikincisi, her biri ile benzerlik ve farklılık belirtileri taşır. Bu nedenle, hem elektrolitlerdeki hem de gazlardaki elektrik akımı, zıt yüklü parçacıkların zıt elektrotlara doğru yönlendirilmiş bir sürüklenmesidir. Bununla birlikte, elektrolitler tamamen iyonik iletkenlik ile karakterize edilirken, bir gaz deşarjında elektronik ve iyonik tipler iletim, başrol elektronlara aittir. Sıvı ve gazlardaki elektrik akımı arasındaki diğer bir fark iyonlaşmanın doğasıdır. Bir elektrolitte, çözünmüş bir bileşiğin molekülleri suda ayrışır, ancak bir gazda moleküller parçalanmaz, sadece elektron kaybeder. Bu nedenle, metallerdeki akım gibi gaz deşarjı da kimyasal değişikliklerle ilişkili değildir.
Sıvı ve gazlardaki akım da aynı değildir. Elektrolitlerin iletkenliği bir bütün olarak Ohm yasasına uyar, ancak gaz deşarjı sırasında gözlenmez. Gazların volt-amper özelliği, plazmanın özellikleriyle ilişkili çok daha karmaşık bir karaktere sahiptir.
Gazlarda ve vakumda elektrik akımının genel ve ayırt edici özelliklerinden de söz edilmelidir. Vakum neredeyse mükemmel bir yalıtkandır. "Neredeyse" - çünkü vakumda, serbest yük taşıyıcılarının olmamasına (daha doğrusu, son derece düşük bir konsantrasyona) rağmen, bir akım da mümkündür. Ancak potansiyel taşıyıcılar gazda zaten mevcuttur, sadece iyonize edilmeleri gerekir. Yük taşıyıcılar maddeden vakuma getirilir. Kural olarak, bu, örneğin katot ısıtıldığında (termiyonik emisyon) elektron emisyonu sürecinde meydana gelir. Ama aynı zamanda çeşitli tipler gaz deşarjları, emisyon, gördüğümüz gibi, oynuyor önemli rol.
Teknolojide gaz deşarjlarının kullanımı
Belirli deşarjların zararlı etkileri yukarıda kısaca tartışılmıştır. Şimdi endüstride ve günlük hayatta getirdikleri faydalara dikkat edelim.
Kızdırma deşarjı, elektrik mühendisliğinde (voltaj stabilizatörleri), kaplama teknolojisinde (katot korozyonu olgusuna dayanan katot püskürtme yöntemi) kullanılır. Elektronikte iyon ve elektron ışınları üretmek için kullanılır. Kızdırma deşarjları için iyi bilinen bir uygulama alanı, flüoresan ve sözde ekonomik lambalar ve dekoratif neon ve argon deşarj tüpleridir. Ek olarak, ışıma deşarjı spektroskopide ve spektroskopide kullanılır.
Kıvılcım deşarjı, sigortalarda, elektro-aşındırıcı hassas metal işleme yöntemlerinde (kıvılcımla kesme, delme vb.) kullanılır. Ancak en çok içten yanmalı motorların bujilerinde ve Ev aletleri(gaz sobaları).
İlk olarak 1876'da aydınlatma teknolojisinde (Yablochkov'un mumu - "Rus ışığı") kullanılan ark deşarjı, örneğin projektörlerde ve güçlü spot ışıklarında hala bir ışık kaynağı olarak hizmet ediyor. Elektrik mühendisliğinde ark, cıvalı doğrultucularda kullanılır. Ayrıca elektrikli kaynak, metal kesme, çelik ve alaşım ergitme için endüstriyel elektrikli fırınlarda kullanılır.
Korona deşarjı, iyon gazı saflaştırması için elektrostatik çökelticilerde, temel parçacık sayaçlarında, paratonerlerde, klima sistemlerinde uygulama bulur. Korona deşarjı aynı zamanda fotokopi makinelerinde ve lazer yazıcılarda da çalışır, burada ışığa duyarlı tamburu doldurur ve boşaltır ve tamburdaki tozu kağıda aktarır.
Bu nedenle, her türden gaz deşarjı yaygın olarak kullanılmaktadır. Gazlardaki elektrik akımı, teknolojinin birçok alanında başarılı ve etkin bir şekilde kullanılmaktadır.
Bu kısa bir özettir.
Tam sürüm üzerinde çalışmalar devam ediyor
Ders2 1
Gazlardaki akım
1. Genel Hükümler
Tanım: Gazlarda elektrik akımının geçişi olgusuna denir. gaz deşarjı.
Gazların davranışı büyük ölçüde sıcaklık ve basınç gibi parametrelerine bağlıdır ve bu parametreler oldukça kolay değişir. Bu nedenle, elektrik akımının gazlardaki akışı, metallerdekinden veya vakumdakinden daha karmaşıktır.
Gazlar Ohm kanununa uymaz.
2. İyonizasyon ve rekombinasyon
gaz normal koşullar, neredeyse nötr moleküllerden oluşur, bu nedenle son derece zayıf bir elektrik akımı iletkenidir. Ancak dış etkiler altında atomdan bir elektron çıkabilir ve pozitif yüklü bir iyon ortaya çıkar. Ek olarak, bir elektron nötr bir atoma katılabilir ve negatif yüklü bir iyon oluşturabilir. Böylece iyonize bir gaz elde etmek mümkündür, yani; plazma.
İle dış etkilerısıtma, enerjik fotonlarla ışınlama, diğer parçacıklar tarafından bombardıman ve güçlü alanlar, yani element emisyonu için gerekli olan aynı koşullar.
Bir atomdaki bir elektron potansiyel kuyusundadır ve oradan kaçmak için atoma iyonlaşma enerjisi adı verilen ek enerji vermek gerekir.
|
Madde |
İyonlaşma enerjisi, eV |
|
hidrojen atomu |
13,59 |
|
hidrojen molekülü |
15,43 |
|
Helyum |
24,58 |
|
oksijen atomu |
13,614 |
|
oksijen molekülü |
12,06 |
İyonlaşma fenomeni ile birlikte rekombinasyon fenomeni de gözlemlenir, yani. nötr bir atom oluşturmak için bir elektron ve bir pozitif iyonun birleşimi. Bu işlem iyonlaşma enerjisine eşit enerjinin açığa çıkması ile gerçekleşir. Bu enerji radyasyon veya ısıtma için kullanılabilir. Gazın yerel olarak ısıtılması, basınçta yerel bir değişikliğe yol açar. Hangi sırayla yol açar ses dalgaları. Böylece gaz deşarjına ışık, termal ve gürültü etkileri eşlik eder.
3. Gaz deşarjının CVC'si.
Üzerinde Ilk aşamalar harici bir iyonlaştırıcının etkisi gereklidir.
BAW bölümünde, akım harici bir iyonlaştırıcının etkisi altında bulunur ve tüm iyonize parçacıklar mevcut nesle katıldığında hızla doygunluğa ulaşır. Harici iyonlaştırıcıyı çıkarırsanız akım durur.
Bu tip deşarja kendi kendini idame ettirmeyen gaz deşarjı denir. Gazdaki voltajı artırmaya çalıştığınızda, bir elektron çığı belirir ve akım, ateşleme voltajı (BC) olarak adlandırılan pratik olarak sabit bir voltajda artar.
Bu andan itibaren deşarj bağımsız hale gelir ve harici bir iyonlaştırıcıya gerek kalmaz. İyon sayısı o kadar artabilir ki elektrotlar arası boşluğun direnci azalır ve buna bağlı olarak voltaj (SD) düşer.
Daha sonra elektrotlar arası boşlukta akım geçiş bölgesi daralmaya başlar ve direnç artar ve sonuç olarak voltaj (DE) artar.
Voltajı artırmaya çalıştığınızda, gaz tamamen iyonlaşır. Direnç ve voltaj sıfıra düşer ve akım kat kat artar. Bir ark deşarjı ortaya çıkıyor (EF).
CVC, gazın Ohm yasasına hiç uymadığını gösterir.
4. Gazdaki işlemler
yapabilen süreçler elektron çığlarının oluşumuna yol açar görüntü üzerinde.
Bunlar Townsend'in nitel teorisinin unsurlarıdır.
5. Kızdırma deşarjı.
-de düşük basınçlar ve küçük voltajlar, bu deşarj gözlemlenebilir.
K - 1 (karanlık Aston alanı).
1 - 2 (parlak katot filmi).
2 – 3 (koyu Crookes alanı).
3 - 4 (ilk katot parlaması).
4 – 5 (karanlık Faraday alanı)
5 - 6 (pozitif anot sütunu).
6 – 7 (anodik karanlık alan).
7 - A (anot parlaması).
Anot hareketli hale getirilirse, pozitif kolonun uzunluğu pratik olarak K-5 bölgesinin boyutunu değiştirmeden ayarlanabilir.
Karanlık bölgelerde parçacıklar hızlanır ve enerji biriktirilir, aydınlık bölgelerde ise iyonlaşma ve rekombinasyon işlemleri gerçekleşir.
USE kodlayıcısının konuları: gazlarda serbest elektrik yüklerinin taşıyıcıları.
Normal koşullar altında, gazlar elektriksel olarak nötr atomlardan veya moleküllerden oluşur; Gazlarda neredeyse hiç serbest yük yoktur. Bu nedenle gazlar dielektrikler- Elektrik akımı içlerinden geçmez.
"Neredeyse hiç" dedik çünkü aslında gazlarda ve özellikle havada her zaman belirli miktarda serbest yüklü parçacık vardır. Yer kabuğunu oluşturan radyoaktif maddelerden gelen radyasyonun, güneşten gelen ultraviyole ve x-ışınlarının yanı sıra kozmik ışınların - uzaydan dünya atmosferine giren yüksek enerjili parçacık akışlarının iyonlaştırıcı etkisinin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar. . Daha sonra bu gerçeğe geri döneceğiz ve önemini tartışacağız, ancak şimdilik yalnızca normal koşullar altında gazların "doğal" serbest yük miktarının neden olduğu iletkenliğinin ihmal edilebilir olduğunu ve göz ardı edilebileceğini not edeceğiz.
Anahtarların elektrik devrelerindeki hareketi, hava boşluğunun yalıtım özelliklerine dayanır ( Şek. 1). Örneğin, bir elektrik anahtarındaki küçük bir hava boşluğu, ışığın açılması için yeterlidir. elektrik devresi senin odanda
Pirinç. 1 anahtar
Bununla birlikte, gaz aralığında bir elektrik akımının ortaya çıkacağı koşulları yaratmak mümkündür. Aşağıdaki deneyimi ele alalım.
Hava kondansatörünün plakalarını dolduruyoruz ve bunları hassas bir galvanometreye bağlıyoruz (Şekil 2, sol). Oda sıcaklığında ve çok nemli olmayan havada, galvanometre gözle görülür bir akım göstermeyecektir: söylediğimiz gibi hava boşluğumuz bir elektrik iletkeni değildir.
Pirinç. 2. Havadaki akımın oluşumu
Şimdi kapasitörün plakaları arasındaki boşluğa bir brülör veya mum alevi getirelim (Şek. 2, sağda). Akım görünür! Neden? Niye?
Bir gazda ücretsiz ücretler
Kondansatörün plakaları arasında bir elektrik akımı oluşması, havada alevin etkisi altında göründüğü anlamına gelir. ücretsiz ücretler. Tam olarak ne?
Deneyimler, gazlardaki elektrik akımının yüklü parçacıkların düzenli bir hareketi olduğunu göstermektedir. üç tip. BT elektronlar, pozitif iyonlar ve negatif iyonlar.
Bu yüklerin bir gazda nasıl görünebileceğini görelim.
Gaz sıcaklığı arttıkça, parçacıklarının (moleküller veya atomlar) termal titreşimleri daha yoğun hale gelir. Parçacıkların birbirine çarpması öyle bir kuvvete ulaşır ki, iyonizasyon- nötr parçacıkların elektronlara ve pozitif iyonlara bozunması (Şekil 3).
Pirinç. 3. İyonlaşma
iyonlaşma derecesi bozunan gaz partiküllerinin sayısının toplam başlangıç partikül sayısına oranıdır. Örneğin, iyonlaşma derecesi ise, bu, orijinal gaz parçacıklarının pozitif iyonlara ve elektronlara bozunduğu anlamına gelir.
Gaz iyonlaşma derecesi sıcaklığa bağlıdır ve artmasıyla keskin bir şekilde artar. Hidrojen için, örneğin, iyonlaşma derecesinin altındaki bir sıcaklıkta ve iyonlaşma derecesinin üzerindeki bir sıcaklıkta yakındır (yani, hidrojen neredeyse tamamen iyonlaşır (kısmen veya tamamen iyonize gaz denir) plazma)).
Yüksek sıcaklığa ek olarak, gaz iyonlaşmasına neden olan başka faktörler de vardır.
Onlardan daha önce bahsetmiştik: bunlar radyoaktif radyasyon, ultraviyole, X-ışını ve gama ışınları, kozmik parçacıklardır. Bir gazın iyonlaşmasına neden olan herhangi bir faktöre denir. iyonlaştırıcı.
Böylece iyonlaşma kendi kendine değil, bir iyonlaştırıcının etkisi altında gerçekleşir.
Aynı zamanda ters işlem rekombinasyon, yani, bir elektronun ve bir pozitif iyonun nötr bir parçacıkta yeniden birleşmesi (Şekil 4).
Pirinç. 4. Rekombinasyon
Rekombinasyonun nedeni basittir: Zıt yüklü elektronların ve iyonların Coulomb çekimidir. Elektrik kuvvetlerinin etkisi altında birbirlerine doğru koşarak buluşurlar ve nötr bir atom (veya gazın türüne bağlı olarak molekül) oluşturma fırsatı elde ederler.
İyonlaştırıcı etkisinin sabit bir yoğunluğunda, dinamik bir denge kurulur: birim zamanda bozunan ortalama parçacık sayısı, ortalama yeniden birleşen parçacık sayısına eşittir (başka bir deyişle, iyonlaşma hızı, rekombinasyon hızına eşittir). iyonlaştırıcı etki güçlenir (örneğin, sıcaklık artar), daha sonra dinamik denge iyonlaşma yönüne kayar ve gazdaki yüklü parçacıkların konsantrasyonu artar. Aksine, iyonlaştırıcıyı kapatırsanız, rekombinasyon hakim olmaya başlayacak ve ücretsiz yükler yavaş yavaş tamamen ortadan kalkacaktır.
Yani iyonlaşma sonucu gazda pozitif iyonlar ve elektronlar ortaya çıkar. Üçüncü tür yükler nereden geliyor - negatif iyonlar? Çok basit: Bir elektron nötr bir atoma uçabilir ve ona katılabilir! Bu süreç Şekil l'de gösterilmiştir. 5.
Pirinç. 5. Negatif iyon görünümü
Bu şekilde oluşan negatif iyonlar, pozitif iyonlar ve elektronlarla birlikte akımın oluşumuna katılacaktır.
Kendinden deşarj olmayan
Harici bir elektrik alanı yoksa, serbest yükler kaotik bir etki yaratır. termal hareket nötr gaz parçacıkları ile birlikte. Ancak bir elektrik alanı uygulandığında, yüklü parçacıkların düzenli hareketi başlar - gazdaki elektrik akımı.
Pirinç. 6. Kendi kendine devam etmeyen deşarj
Şek. Şekil 6'da bir iyonlaştırıcının etkisi altında gaz boşluğunda ortaya çıkan üç tür yüklü parçacık görüyoruz: pozitif iyonlar, negatif iyonlar ve elektronlar. Bir gazdaki elektrik akımı, yüklü parçacıkların yaklaşmakta olan hareketinin bir sonucu olarak oluşur: pozitif iyonlar - negatif elektrota (katot), elektronlar ve negatif iyonlar - pozitif elektrota (anot).
Pozitif anot üzerine düşen elektronlar devre boyunca akım kaynağının "artısına" gönderilir. Negatif iyonlar anoda fazladan bir elektron verir ve nötr parçacıklar haline geldikten sonra gaza geri döner; anoda verilen elektron da kaynağın “artısına” koşar. Katoda gelen pozitif iyonlar oradan elektron alırlar; katotta ortaya çıkan elektron kıtlığı, kaynağın "eksisinden" oraya teslim edilmeleriyle hemen telafi edilir. Bu işlemlerin bir sonucu olarak, dış devrede düzenli bir elektron hareketi meydana gelir. Bu, galvanometre tarafından kaydedilen elektrik akımıdır.
Şekil l'de açıklanan süreç 6 denir kendi kendine devam etmeyen deşarj gazda. Neden bağımlı? Bu nedenle, onu korumak için iyonlaştırıcının sürekli çalışması gereklidir. İyonlaştırıcıyı çıkaralım - ve gaz boşluğunda serbest yüklerin görünmesini sağlayan mekanizma kaybolacağından akım duracaktır. Anot ve katot arasındaki boşluk yine bir yalıtkan olacaktır.
Gaz deşarjının volt-amper karakteristiği
Akım gücünün gaz boşluğundan anot ve katot arasındaki gerilime bağımlılığı (sözde gaz deşarjının akım-gerilim karakteristiği) Şek. 7.
Pirinç. 7. Gaz deşarjının volt-amper karakteristiği
Sıfır voltajda, akım gücü elbette sıfıra eşittir: yüklü parçacıklar yalnızca termal hareket gerçekleştirir, elektrotlar arasında düzenli bir hareket yoktur.
Küçük bir voltajla, akım gücü de küçüktür. Gerçek şu ki, tüm yüklü parçacıklar elektrotlara ulaşmaya mahkum değildir: hareket sürecindeki bazı pozitif iyonlar ve elektronlar birbirlerini bulur ve yeniden birleşir.
Voltaj arttıkça, serbest yükler daha fazla ve daha fazla hız geliştirir ve pozitif bir iyon ile bir elektronun buluşup yeniden birleşme şansı o kadar azalır. Bu nedenle, yüklü parçacıkların artan bir kısmı elektrotlara ulaşır ve akım şiddeti artar (bölüm ).
Belirli bir voltaj değerinde (nokta), şarj hızı o kadar yüksek olur ki, rekombinasyonun meydana gelmesi için hiç zaman kalmaz. Şu andan itibaren tüm iyonlaştırıcının etkisi altında oluşan yüklü parçacıklar elektrotlara ulaşır ve akım doygunluğa ulaşır- Yani, akım gücü artan voltajla değişmeyi bırakır. Bu belli bir noktaya kadar devam edecek.
kendi kendine deşarj
Noktayı geçtikten sonra, artan voltajla akım gücü keskin bir şekilde artar - başlar bağımsız deşarj. Şimdi ne olduğunu anlayacağız.
Yüklü gaz parçacıkları çarpışmadan çarpışmaya hareket eder; çarpışmalar arasındaki aralıklarda, kinetik enerjilerini artıran bir elektrik alanı tarafından hızlandırılırlar. Ve şimdi, voltaj yeterince büyüdüğünde (aynı nokta), elektronlar serbest yollarında öyle enerjilere ulaşırlar ki, nötr atomlarla çarpıştıklarında onları iyonlaştırırlar! (Momentum ve enerjinin korunumu yasalarını kullanarak, atomları maksimum iyonize etme yeteneğine sahip olanların bir elektrik alanı tarafından hızlandırılan elektronlar (iyonlar değil) olduğu gösterilebilir.)
Sözde elektron çarpması iyonlaşması. İyonize atomlardan kopan elektronlar da elektrik alanı tarafından hızlandırılır ve yeni atomlara çarparak onları şimdi iyonlaştırır ve yeni elektronlar üretir. Ortaya çıkan elektron çığının bir sonucu olarak, iyonize atomların sayısı hızla artar ve bunun sonucunda akım gücü de hızla artar.
Ücretsiz şarjların sayısı o kadar artar ki, harici bir iyonlaştırıcıya olan ihtiyaç ortadan kalkar. Basitçe kaldırılabilir. Serbest yüklü parçacıklar artık bunun bir sonucu olarak ortaya çıkıyor. dahili gazda meydana gelen süreçler - bu nedenle deşarj bağımsız olarak adlandırılır.
Gaz aralığı yüksek voltaj altındaysa, kendi kendine deşarj için iyonlaştırıcıya gerek yoktur. Gazda sadece bir serbest elektron bulmak yeterlidir ve yukarıda açıklanan elektron çığı başlayacaktır. Ve her zaman en az bir serbest elektron olacaktır!
Bir gazda, normal koşullar altında bile, yer kabuğunun iyonlaştırıcı radyoaktif radyasyonu, Güneş'ten gelen yüksek frekanslı radyasyon ve kozmik ışınlar nedeniyle belirli bir "doğal" miktarda serbest yük bulunduğunu bir kez daha hatırlayalım. Düşük voltajlarda, bu serbest yüklerin neden olduğu gazın iletkenliğinin önemsiz olduğunu gördük, ancak şimdi - yüksek voltajda - bağımsız bir deşarja yol açan yeni parçacıklardan oluşan bir çığa yol açacaklar. dedikleri gibi olacak Yıkmak gaz boşluğu.
Kuru havayı parçalamak için gereken alan kuvveti yaklaşık olarak kV/cm'dir. Yani aralarında bir santimetre hava bulunan elektrotlar arasında bir kıvılcımın sıçrayabilmesi için bunlara bir kilovoltluk gerilim uygulanması gerekiyor. Birkaç kilometrelik havayı geçmek için hangi voltajın gerekli olduğunu hayal edin! Ancak bir fırtına sırasında meydana gelen tam olarak bu tür arızalardır - bunlar sizin tarafınızdan iyi bilinen şimşeklerdir.