વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ પૂરો પાડે છે. વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ: વ્યાખ્યા, લક્ષણો અને રસપ્રદ તથ્યો

વીજળીસામાન્ય સ્થિતિમાં ગેસમાં અશક્ય છે. એટલે કે, વાતાવરણીય ભેજ, દબાણ અને તાપમાનમાં ગેસમાં કોઈ ચાર્જ કેરિયર્સ નથી. ગેસનો આ ગુણધર્મ, ખાસ કરીને હવાનો ઉપયોગ ઓવરહેડ ટ્રાન્સમિશન લાઇન અને રિલે સ્વીચોમાં ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેશન પ્રદાન કરવા માટે થાય છે.

પરંતુ અમુક શરતો હેઠળ, વાયુઓમાં વર્તમાન જોઇ શકાય છે. ચાલો એક પ્રયોગ કરીએ. તેના માટે અમને એર કેપેસિટર ઇલેક્ટ્રોમીટર અને કનેક્ટિંગ વાયરની જરૂર છે. પ્રથમ, ચાલો ઇલેક્ટ્રોમીટરને કેપેસિટર સાથે જોડીએ. પછી અમે કેપેસિટર પ્લેટોને ચાર્જ આપીએ છીએ. ઇલેક્ટ્રોમીટર આ જ ચાર્જની હાજરી બતાવશે. એર કેપેસિટર થોડા સમય માટે ચાર્જ રાખશે. એટલે કે, તેની પ્લેટો વચ્ચે કોઈ પ્રવાહ હશે નહીં. આ સૂચવે છે કે કેપેસિટરની પ્લેટો વચ્ચેની હવામાં ડાઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો છે.

આકૃતિ 1 - ઇલેક્ટ્રોમીટર સાથે જોડાયેલ ચાર્જ્ડ કેપેસિટર

આગળ, પ્લેટો વચ્ચેના ગેપમાં મીણબત્તીની જ્યોત લાવો. આ કિસ્સામાં, આપણે જોઈશું કે ઇલેક્ટ્રોમીટર કેપેસિટર પ્લેટો પરના ચાર્જમાં ઘટાડો બતાવશે. એટલે કે, પ્લેટો વચ્ચેના ગેપમાં પ્રવાહ વહે છે. આવું કેમ થઈ રહ્યું છે?

આકૃતિ 2 - ચાર્જ કરેલ કેપેસિટરની પ્લેટો વચ્ચેના ગેપમાં મીણબત્તી દાખલ કરવી

સામાન્ય સ્થિતિમાં, ગેસના અણુઓ ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ હોય છે. અને તેઓ વર્તમાન પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ નથી. પરંતુ જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, ગેસનું કહેવાતા આયનીકરણ થાય છે, અને તે વાહક બની જાય છે. વાયુમાં હકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો દેખાય છે.

ગેસ અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા માટે, કુલોમ્બ દળો સામે કામ કરવું આવશ્યક છે. આ માટે ઊર્જાની જરૂર છે. વધતા તાપમાન સાથે અણુ આ ઊર્જા મેળવે છે. થર્મલ ગતિની ગતિ ઊર્જા વાયુના તાપમાનના સીધા પ્રમાણમાં હોવાથી. પછી, તેના વધારા સાથે, પરમાણુઓ અને અણુઓ પર્યાપ્ત ઊર્જા મેળવે છે જેથી અથડામણ પર ઇલેક્ટ્રોન અણુઓમાંથી ફાટી જાય. આવા અણુ ધન આયન બની જાય છે. અલગ ઇલેક્ટ્રોન પોતાને બીજા અણુ સાથે જોડી શકે છે અને તે નકારાત્મક આયન બની જશે.

પરિણામે, સકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો, તેમજ ઇલેક્ટ્રોન, પ્લેટો વચ્ચેના અંતરમાં દેખાય છે. તે બધા કેપેસિટર પ્લેટો પરના શુલ્ક દ્વારા બનાવેલ ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે. ધન આયનો કેથોડ તરફ જાય છે. નકારાત્મક આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન એનોડ તરફ વલણ ધરાવે છે. આમ, હવાના અંતરમાં વર્તમાન પ્રદાન કરવામાં આવે છે.

વોલ્ટેજ પર વર્તમાનની અવલંબન તમામ ક્ષેત્રોમાં ઓહ્મના નિયમનું પાલન કરતી નથી. પ્રથમ વિભાગમાં, આ સાચું છે: વધતા વોલ્ટેજ સાથે, આયનોની સંખ્યા વધે છે અને પરિણામે, વર્તમાન. આગળ, બીજા વિભાગમાં, સંતૃપ્તિ થાય છે, એટલે કે, વધતા વોલ્ટેજ સાથે, વર્તમાનમાં વધારો થતો નથી. કારણ કે આયનોની સાંદ્રતા મહત્તમ છે અને નવા ક્યાંય બહાર દેખાતા નથી.

આકૃતિ 3 - હવાના અંતરની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

ત્રીજા વિભાગમાં, વધતા વોલ્ટેજ સાથે ફરીથી વર્તમાનમાં વધારો જોવા મળે છે. આ વિભાગને સ્વ-ડિસ્ચાર્જ કહેવામાં આવે છે. એટલે કે, ગેસમાં વર્તમાન જાળવવા માટે તૃતીય-પક્ષ આયનાઇઝર્સની જરૂર નથી. આ એ હકીકતને કારણે થાય છે કે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પરના ઇલેક્ટ્રોન અન્ય ઇલેક્ટ્રોનને તેમના પોતાના પર અણુઓમાંથી બહાર કાઢવા માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે. આ ઇલેક્ટ્રોન, બદલામાં, અન્યને પછાડે છે, અને તેથી વધુ. પ્રક્રિયા હિમપ્રપાતની જેમ આગળ વધી રહી છે. અને ગેસમાં મુખ્ય વાહકતા ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે.

IN સામાન્ય પરિસ્થિતિઓવાયુઓ ડાઇલેક્ટ્રિક છે, કારણ કે તટસ્થ અણુઓ અને પરમાણુઓથી બનેલા હોય છે અને તેમાં પૂરતા મુક્ત ચાર્જ નથી હોતા.વાયુઓ માત્ર ત્યારે જ વાહક બને છે જ્યારે તે કોઈ રીતે આયનીકરણ થાય છે. વાયુઓના આયનીકરણની પ્રક્રિયામાં કોઈ કારણસર અણુમાંથી એક અથવા વધુ ઈલેક્ટ્રોન દૂર કરવામાં આવે છે. પરિણામે, તટસ્થ અણુને બદલે, હકારાત્મક આયનઅને ઇલેક્ટ્રોન.

આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનમાં પરમાણુઓનું વિભાજન કહેવાય છે ગેસ આયનીકરણ.

પરિણામી કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન અન્ય તટસ્થ અણુઓ દ્વારા કેપ્ચર કરી શકાય છે, અને પછી નકારાત્મક ચાર્જ આયનો.

આમ, આયનાઈઝ્ડ ગેસમાં ત્રણ પ્રકારના ચાર્જ કેરિયર્સ હોય છે: ઈલેક્ટ્રોન, ધન આયનો અને ઋણ.

અણુમાંથી ઈલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે ચોક્કસ માત્રામાં ઉર્જાનો ખર્ચ કરવો પડે છે - આયનીકરણ ઊર્જા ડબલ્યુ i આયનીકરણ ઊર્જા ગેસની રાસાયણિક પ્રકૃતિ અને અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા સ્થિતિ પર આધારિત છે. આમ, નાઇટ્રોજન અણુમાંથી પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા માટે, 14.5 eV, બીજા ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા - 29.5 eV અને ત્રીજાને દૂર કરવા માટે - 47.4 eV જરૂરી છે.

ગેસ આયનીકરણનું કારણ બને તેવા પરિબળો કહેવામાં આવે છે ionizers.

આયનીકરણના ત્રણ પ્રકાર છે: થર્મલ આયનીકરણ, ફોટોયોનાઇઝેશન અને ઇમ્પેક્ટ આયનાઇઝેશન.

થર્મલ આયનીકરણજો અથડાતા કણોની સંબંધિત ગતિની ગતિ ઊર્જા અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની બંધનકર્તા ઊર્જા કરતાં વધી જાય તો ઊંચા તાપમાને અણુઓ અથવા ગેસના અણુઓની અથડામણના પરિણામે થાય છે.

ફોટોયોનાઇઝેશનઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન (અલ્ટ્રાવાયોલેટ, એક્સ-રે અથવા γ-કિરણોત્સર્ગ) ના પ્રભાવ હેઠળ થાય છે, જ્યારે અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને અલગ કરવા માટે જરૂરી ઊર્જા રેડિયેશન ક્વોન્ટમ દ્વારા ટ્રાન્સફર થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન અસર આયનીકરણ(અથવા અસર આયનીકરણ) ઉચ્ચ ગતિ ઊર્જા સાથે ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન સાથે અણુઓ અથવા પરમાણુઓની અથડામણના પરિણામે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આયનોની રચના છે.

ગેસ આયનીકરણની પ્રક્રિયા હંમેશા તેમના વિદ્યુત આકર્ષણને કારણે વિપરિત ચાર્જ આયનોમાંથી તટસ્થ પરમાણુઓના ઘટાડાની વિરુદ્ધ પ્રક્રિયા સાથે હોય છે. આ ઘટના કહેવામાં આવે છે પુનઃસંયોજન. પુનઃસંયોજન દરમિયાન, ઊર્જા આયનીકરણ પર ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા જેટલી જ મુક્ત થાય છે. આના કારણે, ઉદાહરણ તરીકે, ગેસ ગ્લો થઈ શકે છે.

જો આયનાઇઝરની ક્રિયા યથાવત હોય, તો આયનાઇઝ્ડ ગેસમાં ગતિશીલ સંતુલન સ્થાપિત થાય છે, જેમાં એકમ સમય દીઠ સમાન સંખ્યામાં પરમાણુઓ પુનઃસ્થાપિત થાય છે કારણ કે તેઓ આયનોમાં વિઘટન થાય છે. આ કિસ્સામાં, આયનાઇઝ્ડ ગેસમાં ચાર્જ થયેલા કણોની સાંદ્રતા યથાવત રહે છે. જો ionizer ની ક્રિયા બંધ થઈ જાય, તો પછી પુનઃસંયોજન આયનીકરણ પર પ્રભુત્વ મેળવવાનું શરૂ કરશે અને આયનોની સંખ્યા ઝડપથી ઘટીને લગભગ શૂન્ય થઈ જશે. પરિણામે, ગેસમાં ચાર્જ થયેલા કણોની હાજરી એ અસ્થાયી ઘટના છે (જ્યારે ionizer કાર્યરત હોય છે).

બાહ્ય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં, ચાર્જ કરેલા કણો અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે.

ગેસ સ્રાવ

જ્યારે આયોનાઇઝ્ડ ગેસ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ ફ્રી ચાર્જ પર કાર્ય કરવાનું શરૂ કરે છે, અને તેઓ વોલ્ટેજ રેખાઓની સમાંતર તરફ વળે છે: ઇલેક્ટ્રોન અને એનોડ પર નકારાત્મક આયનો, કેથોડમાં હકારાત્મક આયનો (ફિગ. 1). ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર, આયનો તટસ્થ અણુઓમાં ફેરવાય છે, ઇલેક્ટ્રોન આપે છે અથવા સ્વીકારે છે, ત્યાં સર્કિટ પૂર્ણ કરે છે. ગેસમાં વિદ્યુત પ્રવાહ ઊભો થાય છે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ- આ આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનની નિર્દેશિત હિલચાલ છે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ કહેવાય છે ગેસ સ્રાવ.

ગેસના કુલ પ્રવાહમાં ચાર્જ થયેલા કણોના બે પ્રવાહો હોય છે: કેથોડ તરફ જતો પ્રવાહ અને એનોડ તરફ નિર્દેશિત પ્રવાહ.

વાયુઓ ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતાને જોડે છે, ધાતુઓની જેમ, આયનીય વાહકતા સાથે, વાહકતા સમાન જલીય ઉકેલોઅથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઓગળે છે.

આમ, વાયુઓની વાહકતા હોય છે આયન-ઇલેક્ટ્રોનિક પાત્ર.

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, વાયુઓ વીજળીનું સંચાલન કરતા નથી કારણ કે તેમના પરમાણુઓ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, શુષ્ક હવા એક સારી ઇન્સ્યુલેટર છે, કારણ કે આપણે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સમાં સૌથી સરળ પ્રયોગોની મદદથી ચકાસી શકીએ છીએ. જો કે, હવા અને અન્ય વાયુઓ વિદ્યુત પ્રવાહના વાહક બની જાય છે જો તેમાં આયનો એક અથવા બીજી રીતે બનાવવામાં આવે છે.

ચોખા. 100. જો આયનોઈઝ્ડ હોય તો હવા વિદ્યુત પ્રવાહનું વાહક બને છે

જ્યોત દ્વારા આયનીકરણ દરમિયાન હવાની વાહકતા દર્શાવતો સૌથી સરળ પ્રયોગ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 100: પ્લેટો પરનો ચાર્જ, જે લાંબા સમય સુધી ચાલુ રહે છે, જ્યારે પ્લેટો વચ્ચેની જગ્યામાં લિટ મેચ દાખલ કરવામાં આવે ત્યારે ઝડપથી અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

ગેસ સ્રાવ.ગેસ દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરવાની પ્રક્રિયાને સામાન્ય રીતે ગેસ ડિસ્ચાર્જ (અથવા ગેસમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જ) કહેવામાં આવે છે. ગેસ ડિસ્ચાર્જને બે પ્રકારમાં વહેંચવામાં આવે છે: સ્વ-ટકાઉ અને બિન-સ્વ-ટકાઉ.

બિન-સ્વતંત્ર સ્રાવ.જો ગેસને જાળવવા માટે બાહ્ય સ્ત્રોતની જરૂર હોય તો ગેસમાં ડિસ્ચાર્જને બિન-સ્વ-નિર્ભર કહેવામાં આવે છે.

આયનીકરણ ગેસમાં આયનો ઊંચા તાપમાન, એક્સ-રે અને પ્રભાવ હેઠળ ઊભી થઈ શકે છે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ, રેડિયોએક્ટિવિટી, કોસ્મિક કિરણો, વગેરે. આ બધા કિસ્સાઓમાં, એક અથવા વધુ ઇલેક્ટ્રોન અણુ અથવા પરમાણુના ઇલેક્ટ્રોન શેલમાંથી મુક્ત થાય છે. પરિણામે, ગેસમાં હકારાત્મક આયનો અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે. પ્રકાશિત ઇલેક્ટ્રોન તટસ્થ અણુઓ અથવા અણુઓ સાથે જોડી શકે છે, તેમને નકારાત્મક આયનોમાં ફેરવી શકે છે.

આયનીકરણ અને પુનઃસંયોજન.આયનીકરણ પ્રક્રિયાઓ સાથે, રિવર્સ રિકોમ્બિનેશન પ્રક્રિયાઓ પણ ગેસમાં થાય છે: એકબીજા સાથે જોડાણ કરીને, હકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો અથવા હકારાત્મક આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન તટસ્થ અણુઓ અથવા અણુઓ બનાવે છે.

આયનીકરણ અને પુનઃસંયોજન પ્રક્રિયાઓના સતત સ્ત્રોતને કારણે સમય જતાં આયનની સાંદ્રતામાં ફેરફાર નીચે પ્રમાણે વર્ણવી શકાય છે. ચાલો ધારીએ કે આયનીકરણ સ્ત્રોત હકારાત્મક આયનો બનાવે છે અને એકમ સમય દીઠ ગેસના એકમ વોલ્યુમ દીઠ સમાન સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન બનાવે છે. જો ગેસમાં કોઈ વિદ્યુત પ્રવાહ ન હોય અને પ્રસરણને કારણે વિચારણા હેઠળના જથ્થામાંથી આયનોના પ્રસ્થાનની અવગણના કરી શકાય, તો આયન સાંદ્રતા ઘટાડવા માટેની એકમાત્ર પદ્ધતિ પુનઃસંયોજન હશે.

પુનઃસંયોજન ત્યારે થાય છે જ્યારે હકારાત્મક આયન ઇલેક્ટ્રોનને મળે છે. આવી બેઠકોની સંખ્યા આયનોની સંખ્યા અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા બંને માટે પ્રમાણસર છે, એટલે કે . તેથી, એકમ સમય દીઠ એકમ વોલ્યુમ દીઠ આયનોની સંખ્યામાં ઘટાડો ફોર્મમાં લખી શકાય છે, જ્યાં a એ સ્થિર મૂલ્ય છે જેને પુનઃસંયોજન ગુણાંક કહેવાય છે.

જો રજૂ કરાયેલ ધારણાઓ માન્ય હોય, તો ગેસમાં આયનો માટે સંતુલન સમીકરણ ફોર્મમાં લખવામાં આવશે.

અમે આ નક્કી નહીં કરીએ વિભેદક સમીકરણવી સામાન્ય દૃશ્ય, પરંતુ ચાલો કેટલાક રસપ્રદ ખાસ કિસ્સાઓ જોઈએ.

સૌ પ્રથમ, અમે નોંધીએ છીએ કે થોડા સમય પછી આયનીકરણ અને પુનઃસંયોજનની પ્રક્રિયાઓ એકબીજાને વળતર આપવી જોઈએ અને ગેસમાં સતત એકાગ્રતા સ્થાપિત થશે; તે જોઈ શકાય છે કે જ્યારે

આયનીકરણ સ્ત્રોત જેટલો વધુ શક્તિશાળી અને પુનઃસંયોજન ગુણાંક a જેટલો ઓછો હશે, તેટલી સ્થિર આયન સાંદ્રતા વધારે છે.

ionizer બંધ કર્યા પછી, આયન સાંદ્રતામાં ઘટાડો સમીકરણ (1) દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે, જેમાં તમારે પ્રારંભિક સાંદ્રતા મૂલ્ય તરીકે લેવાની જરૂર છે.

એકીકરણ પછી ફોર્મમાં આ સમીકરણ ફરીથી લખવાથી આપણને મળે છે

આ કાર્યનો ગ્રાફ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 101. તે હાઇપરબોલાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જેનાં લક્ષણો સમય અક્ષ અને ઊભી રેખા છે. અલબત્ત, ભૌતિક અર્થમૂલ્યોને અનુરૂપ હાયપરબોલાનો માત્ર એક ભાગ છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં વારંવાર આવતી ઘાતાંકીય સડોની પ્રક્રિયાઓની સરખામણીમાં સમય જતાં એકાગ્રતામાં ઘટાડાનો ધીમો સ્વભાવ નોંધો, જે કોઈપણ જથ્થાના ઘટાડાનો દર હોય ત્યારે અનુભવાય છે. આ જથ્થાના તાત્કાલિક મૂલ્યની પ્રથમ શક્તિના પ્રમાણસર.

ચોખા. 101. આયનીકરણ સ્ત્રોત બંધ કર્યા પછી ગેસમાં આયનોની સાંદ્રતામાં ઘટાડો

બિન-સ્વ-વાહકતા.જો ગેસ બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં હોય તો આયનાઇઝર કામ કરવાનું બંધ કરી દે તે પછી આયન સાંદ્રતામાં ઘટાડો થવાની પ્રક્રિયા નોંધપાત્ર રીતે ઝડપી બને છે. ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોને ઇલેક્ટ્રોડ પર ખેંચીને, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર આયનાઇઝરની ગેરહાજરીમાં ગેસની વિદ્યુત વાહકતાને શૂન્ય સુધી ઘટાડી શકે છે.

બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્ત્રાવના નિયમોને સમજવા માટે, ચાલો આપણે સરળતા માટે એ કેસને ધ્યાનમાં લઈએ જ્યારે બાહ્ય સ્ત્રોત દ્વારા આયનાઇઝ્ડ ગેસમાં પ્રવાહ એકબીજાની સમાંતર બે ફ્લેટ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે વહે છે. આ કિસ્સામાં, આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન તેમની વચ્ચેના અંતર માટે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ વોલ્ટેજના ગુણોત્તર સમાન, તીવ્રતા E ના સમાન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં હોય છે.

ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની ગતિશીલતા.સતત લાગુ વોલ્ટેજ સાથે, સર્કિટમાં ચોક્કસ સ્થિર વર્તમાન તાકાત 1 સ્થાપિત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે આયનાઇઝ્ડ ગેસમાં ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો સતત ગતિએ આગળ વધે છે. આ હકીકતને સમજાવવા માટે, આપણે ધારવું જોઈએ કે સતત પ્રવેગક બળ ઉપરાંત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રગતિશીલ આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિકારક દળોને આધીન છે જે વધતી ઝડપ સાથે વધે છે. આ દળો તટસ્થ અણુઓ અને ગેસ પરમાણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની અથડામણની સરેરાશ અસરનું વર્ણન કરે છે. પ્રતિકાર શક્તિઓ માટે આભાર

સરેરાશ સેટ કરવામાં આવે છે સતત ગતિઇલેક્ટ્રોન અને આયનો, વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત E માટે પ્રમાણસર:

પ્રમાણસરતા ગુણાંકને ઇલેક્ટ્રોન અને આયન ગતિશીલતા કહેવામાં આવે છે. આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનની ગતિશીલતા છે વિવિધ અર્થોઅને ગેસના પ્રકાર, તેની ઘનતા, તાપમાન વગેરે પર આધાર રાખે છે.

વિદ્યુત પ્રવાહની ઘનતા, એટલે કે, એકમ વિસ્તાર દ્વારા એકમ સમય દીઠ ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો દ્વારા સ્થાનાંતરિત ચાર્જ, ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની સાંદ્રતા, તેમના ચાર્જ અને સ્થિર ગતિની ગતિ દ્વારા વ્યક્ત થાય છે.

અર્ધ-તટસ્થતા.સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, આયોનાઇઝ્ડ ગેસ સંપૂર્ણ રીતે ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ હોય છે, અથવા, જેમ તેઓ કહે છે, અર્ધ-તટસ્થ હોય છે, કારણ કે પ્રમાણમાં ઓછી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો ધરાવતા નાના વોલ્યુમોમાં, વિદ્યુત તટસ્થતાની સ્થિતિનું ઉલ્લંઘન થઈ શકે છે. આનો અર્થ એ છે કે સંબંધ સંતુષ્ટ છે

બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ દરમિયાન વર્તમાન ઘનતા.ગેસમાં બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ દરમિયાન વર્તમાન વાહકોની સાંદ્રતામાં ફેરફાર માટેનો કાયદો મેળવવા માટે, બાહ્ય સ્ત્રોત અને પુનઃસંયોજન દ્વારા આયનીકરણની પ્રક્રિયાઓ સાથે, તે પણ ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે. ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોનું ઇલેક્ટ્રોડમાં ભાગવું. વોલ્યુમમાંથી ઇલેક્ટ્રોડ વિસ્તાર દીઠ એકમ સમય દીઠ કણોની સંખ્યા બરાબર છે. અમે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના ગેસના જથ્થા દ્વારા આ સંખ્યાને વિભાજીત કરીને આવા કણોની સાંદ્રતામાં ઘટાડો દર મેળવીએ છીએ. તેથી, વર્તમાનની હાજરીમાં (1) ને બદલે સંતુલન સમીકરણ ફોર્મમાં લખવામાં આવશે

શાસન સ્થાપિત કરવા માટે, જ્યારે (8) થી આપણે મેળવીએ છીએ

સમીકરણ (9) અમને લાગુ કરેલ વોલ્ટેજ (અથવા ક્ષેત્રની શક્તિ E પર) પર બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ દરમિયાન સ્થિર-સ્થિતિ વર્તમાન ઘનતાની અવલંબન શોધવાની મંજૂરી આપે છે.

બે મર્યાદિત કેસ તરત જ દૃશ્યમાન છે.

ઓહ્મનો કાયદો.નીચા વોલ્ટેજ પર, જ્યારે સમીકરણ (9) માં જમણી બાજુના બીજા પદને અવગણી શકાય છે, જેના પછી આપણે સૂત્રો (7) મેળવીએ છીએ અને આપણી પાસે છે

વર્તમાન ઘનતા લાગુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈના પ્રમાણસર છે. આમ, નબળા ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જ માટે, ઓહ્મનો કાયદો સંતુષ્ટ છે.

સંતૃપ્તિ વર્તમાન.સમીકરણ (9) માં ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની ઓછી સાંદ્રતા પર, પ્રથમ (જમણી બાજુએ શરતોની દ્રષ્ટિએ ચતુર્ભુજ) અવગણવામાં આવી શકે છે. આ અંદાજમાં, વર્તમાન ઘનતા વેક્ટરને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ સાથે નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, અને તેનું મોડ્યુલસ

લાગુ વોલ્ટેજ પર આધાર રાખતો નથી. આ પરિણામ મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રો માટે માન્ય છે. આ કિસ્સામાં આપણે સંતૃપ્તિ વર્તમાન વિશે વાત કરીએ છીએ.

સમીકરણ (9) નો આશરો લીધા વિના બંને માનવામાં આવતા મર્યાદિત કેસોનો અભ્યાસ કરી શકાય છે. જો કે, આ રીતે, વધતા વોલ્ટેજ સાથે, ઓહ્મના નિયમમાંથી વોલ્ટેજ પર વર્તમાનની બિનરેખીય અવલંબન તરફ સંક્રમણ કેવી રીતે થાય છે તે શોધી કાઢવું ​​અશક્ય છે.

પ્રથમ મર્યાદિત કિસ્સામાં, જ્યારે વર્તમાન ખૂબ જ નાનો હોય છે, ત્યારે ડિસ્ચાર્જ પ્રદેશમાંથી ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોને દૂર કરવાની મુખ્ય પદ્ધતિ પુનઃસંયોજન છે. તેથી, સ્થિર એકાગ્રતા માટે, અમે અભિવ્યક્તિ (2) નો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ, જે (7) ને ધ્યાનમાં લેતા, તરત જ સૂત્ર (10) આપે છે. બીજા મર્યાદિત કિસ્સામાં, તેનાથી વિપરીત, પુનઃસંયોજનને અવગણવામાં આવે છે. મજબૂત વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં, જો તેમની સાંદ્રતા પૂરતી ઓછી હોય તો, એક ઇલેક્ટ્રોડથી બીજા ઇલેક્ટ્રોડમાં ઉડાન દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોને નોંધપાત્ર રીતે ફરીથી સંયોજિત થવાનો સમય નથી. પછી બાહ્ય સ્ત્રોત દ્વારા પેદા થતા તમામ ઈલેક્ટ્રોન અને આયનો ઈલેક્ટ્રોડ્સ સુધી પહોંચે છે અને કુલ વર્તમાન ઘનતા બરાબર છે તે આયનીકરણ ચેમ્બરની લંબાઈના પ્રમાણસર છે, કારણ કે સંપૂર્ણ સંખ્યા ionizer દ્વારા ઉત્પાદિત ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો I ના પ્રમાણસર છે.

ગેસ ડિસ્ચાર્જનો પ્રાયોગિક અભ્યાસ.બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જના સિદ્ધાંતના તારણો પ્રયોગો દ્વારા પુષ્ટિ મળે છે. ગેસમાં ડિસ્ચાર્જનો અભ્યાસ કરવા માટે, બે મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે ગ્લાસ ટ્યુબનો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે. આવા ઇન્સ્ટોલેશનનું ઇલેક્ટ્રિકલ ડાયાગ્રામ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 102. ગતિશીલતા

ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો ગેસના દબાણ (દબાણના વિપરિત પ્રમાણસર) પર ખૂબ આધાર રાખે છે, તેથી ઓછા દબાણ પર પ્રયોગો હાથ ધરવા તે અનુકૂળ છે.

ફિગ માં. આકૃતિ 103 ટ્યુબના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ થતા વોલ્ટેજ પર ટ્યુબમાં વર્તમાન તાકાત I ની અવલંબન દર્શાવે છે. ટ્યુબમાં આયનીકરણ બનાવી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, એક્સ-રે અથવા અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણો દ્વારા અથવા નબળા કિરણોત્સર્ગી દવાનો ઉપયોગ કરીને. આયનોનો બાહ્ય સ્ત્રોત યથાવત રહે તે માત્ર આવશ્યક છે. OA વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાનો રેખીય વિભાગ ઓહ્મના કાયદાની લાગુ પડવાની શ્રેણીને અનુરૂપ છે.

ચોખા. 102. ગેસ ડિસ્ચાર્જના અભ્યાસ માટે ઇન્સ્ટોલેશન ડાયાગ્રામ

ચોખા. 103. ગેસ ડિસ્ચાર્જની પ્રાયોગિક વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાઓ

વિભાગમાં, વર્તમાન તાકાત વોલ્ટેજ પર બિનરેખીય રીતે આધાર રાખે છે. બિંદુ B થી શરૂ કરીને, વર્તમાન સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચે છે અને ચોક્કસ વિસ્તાર પર સ્થિર રહે છે. આ બધું સૈદ્ધાંતિક અનુમાનોને અનુરૂપ છે.

સ્વતંત્ર સ્રાવ.જો કે, બિંદુ C પર વિદ્યુતપ્રવાહ ફરીથી વધવા માંડે છે, પહેલા ધીમે ધીમે અને પછી ખૂબ જ તીવ્ર. આનો અર્થ એ છે કે ગેસમાં આયનોનો નવો, આંતરિક સ્ત્રોત દેખાયો છે. જો આપણે હવે બાહ્ય સ્ત્રોતને દૂર કરીએ, તો ગેસમાં સ્રાવ બંધ થતો નથી, એટલે કે, સ્રાવ બિન-સ્વ-નિર્ભરમાંથી સ્વ-નિર્ભર થઈ જાય છે. સ્વ-ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, નવા ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની રચના ગેસમાં જ આંતરિક પ્રક્રિયાઓના પરિણામે થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન અસર આયનીકરણ.બિન-સ્વ-નિર્ભર સ્રાવમાંથી સ્વ-ટકાઉ સ્રાવમાં સંક્રમણ દરમિયાન વર્તમાનમાં વધારો હિમપ્રપાતની જેમ થાય છે અને તેને ગેસનું વિદ્યુત ભંગાણ કહેવામાં આવે છે. જે વોલ્ટેજ પર બ્રેકડાઉન થાય છે તેને ઇગ્નીશન વોલ્ટેજ કહેવાય છે. તે ગેસના પ્રકાર અને ગેસના દબાણના ઉત્પાદન અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના અંતર પર આધારિત છે.

વધતા લાગુ વોલ્ટેજ સાથે વર્તમાન શક્તિમાં હિમપ્રપાત જેવી વૃદ્ધિ માટે જવાબદાર ગેસની પ્રક્રિયાઓ તટસ્થ અણુઓ અથવા ગેસના પરમાણુઓના આયનીકરણ સાથે સંકળાયેલી છે જે વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા પૂરતા પ્રમાણમાં પ્રવેગિત મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કરવામાં આવે છે.

ઉચ્ચ ઊર્જા. તટસ્થ અણુ અથવા પરમાણુ સાથેની આગલી અથડામણ પહેલાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત E અને ઇલેક્ટ્રોનનો અર્થ મુક્ત માર્ગ X માટે પ્રમાણસર છે:

જો આ ઉર્જા તટસ્થ અણુ અથવા પરમાણુને આયનીકરણ કરવા માટે પૂરતી હોય, એટલે કે આયનીકરણના કાર્ય કરતાં વધી જાય

પછી જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન અણુ અથવા પરમાણુ સાથે અથડાય છે, ત્યારે તે આયનીકરણ થાય છે. પરિણામે, એક ઇલેક્ટ્રોનને બદલે, બે દેખાય છે. તેઓ, બદલામાં, ઇલેક્ટ્રીક ક્ષેત્ર દ્વારા વેગ આપે છે અને તેમના માર્ગમાં આવતા અણુઓ અથવા પરમાણુઓને આયનાઇઝ કરે છે, વગેરે. પ્રક્રિયા હિમપ્રપાતની જેમ વિકસે છે અને તેને ઇલેક્ટ્રોન હિમપ્રપાત કહેવામાં આવે છે. વર્ણવેલ આયનીકરણ પદ્ધતિને ઇલેક્ટ્રોન અસર આયનીકરણ કહેવામાં આવે છે.

તટસ્થ ગેસ અણુઓનું આયનીકરણ મુખ્યત્વે હકારાત્મક આયનોને બદલે ઇલેક્ટ્રોનની અસરને કારણે થાય છે તે પ્રાયોગિક પુરાવા જે. ટાઉનસેન્ડ દ્વારા આપવામાં આવ્યા હતા. તેણે નળાકાર કેપેસિટરના રૂપમાં એક આયનીકરણ ચેમ્બર લીધો, જેનો આંતરિક ઇલેક્ટ્રોડ સિલિન્ડરની ધરી સાથે વિસ્તરેલો પાતળો મેટલ થ્રેડ હતો. આવા ચેમ્બરમાં, પ્રવેગક વિદ્યુત ક્ષેત્ર અત્યંત અસંગત હોય છે, અને આયનીકરણમાં મુખ્ય ભૂમિકા કણો દ્વારા ભજવવામાં આવે છે જે ફિલામેન્ટની નજીકના સૌથી મજબૂત ક્ષેત્રના ક્ષેત્રમાં આવે છે. અનુભવ દર્શાવે છે કે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના સમાન વોલ્ટેજ પર, જ્યારે બાહ્ય સિલિન્ડરને બદલે ફિલામેન્ટ પર હકારાત્મક સંભવિત લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહ વધારે હોય છે. તે આ કિસ્સામાં છે કે વર્તમાન બનાવતા તમામ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન સૌથી મજબૂત ક્ષેત્રના ક્ષેત્રમાંથી આવશ્યકપણે પસાર થાય છે.

કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન.સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ ત્યારે જ સ્થિર હોઈ શકે છે જો ગેસમાં નવા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન સતત દેખાય, કારણ કે હિમપ્રપાતમાં ઉદ્ભવતા તમામ ઇલેક્ટ્રોન એનોડ સુધી પહોંચે છે અને રમતમાંથી દૂર થઈ જાય છે. નવા ઈલેક્ટ્રોન કેથોડમાંથી પોઝિટિવ આયનો દ્વારા બહાર ફેંકાઈ જાય છે, જે કેથોડ તરફ આગળ વધતી વખતે ઈલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા પણ ઝડપી બને છે અને આ માટે પૂરતી ઊર્જા મેળવે છે.

કેથોડ માત્ર આયનો દ્વારા બોમ્બમારાના પરિણામે જ નહીં, પણ જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે સ્વતંત્ર રીતે પણ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન કરી શકે છે. સખત તાપમાન. આ પ્રક્રિયાને થર્મિઓનિક ઉત્સર્જન કહેવામાં આવે છે, અને તેને ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના બાષ્પીભવનના એક પ્રકાર તરીકે ગણી શકાય. સામાન્ય રીતે તે તાપમાન પર થાય છે જ્યારે કેથોડ સામગ્રીનું બાષ્પીભવન હજી પણ નાનું હોય છે. સ્વ-નિર્ભર ગેસ ડિસ્ચાર્જના કિસ્સામાં, કેથોડ સામાન્ય રીતે ગરમ થતું નથી

ફિલામેન્ટ, જેમ કે વેક્યૂમ ટ્યુબમાં, પરંતુ જ્યારે તે હકારાત્મક આયનો સાથે બોમ્બમારો કરવામાં આવે ત્યારે ગરમીના પ્રકાશનને કારણે. તેથી, જ્યારે આયનોની ઉર્જા ઇલેક્ટ્રોનને પછાડવા માટે અપૂરતી હોય ત્યારે પણ કેથોડ ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન કરે છે.

ગેસમાં સ્વ-નિર્ભર સ્રાવ માત્ર વધતા વોલ્ટેજ અને બાહ્ય આયનીકરણ સ્ત્રોતને દૂર કરીને બિન-સ્વ-નિર્ભરમાંથી સંક્રમણના પરિણામે જ નહીં, પણ થ્રેશોલ્ડ ઇગ્નીશન વોલ્ટેજ કરતાં વધુ વોલ્ટેજના સીધા ઉપયોગ સાથે પણ થાય છે. . થિયરી બતાવે છે કે સ્રાવને સળગાવવા માટે, આયનોની ખૂબ ઓછી માત્રા પૂરતી છે, જે હંમેશા તટસ્થ ગેસમાં હાજર હોય છે, જો માત્ર કુદરતી કિરણોત્સર્ગી પૃષ્ઠભૂમિને કારણે હોય.

ગેસના ગુણધર્મો અને દબાણના આધારે, ઇલેક્ટ્રોડ્સનું રૂપરેખાંકન અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ વોલ્ટેજ, વિવિધ પ્રકારના સ્વ-ડિસ્ચાર્જ શક્ય છે.

ગ્લો ડિસ્ચાર્જ.મુ નીચા દબાણો(પારાના મિલીમીટરનો દસમો અને સોમો ભાગ) ટ્યુબમાં ગ્લો ડિસ્ચાર્જ જોવા મળે છે. ગ્લો ડિસ્ચાર્જને સળગાવવા માટે, કેટલાક સો અથવા તો દસ વોલ્ટનો વોલ્ટેજ પૂરતો છે. ગ્લો ડિસ્ચાર્જમાં ચાર લાક્ષણિક પ્રદેશોને ઓળખી શકાય છે. આ કેથોડ ડાર્ક સ્પેસ, ગ્લો (અથવા નકારાત્મક) ગ્લો, ફેરાડે ડાર્ક સ્પેસ અને ગ્લોઈંગ પોઝીટીવ કોલમ છે, જે એનોડ અને કેથોડ વચ્ચેની મોટાભાગની જગ્યા રોકે છે.

પ્રથમ ત્રણ પ્રદેશો કેથોડની નજીક સ્થિત છે. આ તે છે જ્યાં તે થાય છે તીવ્ર ઘટાડોકેથોડ ડાર્ક સ્પેસ અને સ્મોલ્ડરિંગ ગ્લોની સીમા પર સકારાત્મક આયનોની ઊંચી સાંદ્રતા સાથે સંકળાયેલ સંભવિત. કેથોડ ડાર્ક સ્પેસના પ્રદેશમાં ત્વરિત ઇલેક્ટ્રોન સ્મોલ્ડરિંગ ગ્લોના પ્રદેશમાં તીવ્ર અસર આયનીકરણ પેદા કરે છે. તટસ્થ અણુઓ અથવા પરમાણુઓમાં આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનના પુનઃસંયોજનને કારણે ગ્લો થાય છે. પોઝિટિવ ડિસ્ચાર્જ કૉલમ સંભવિતમાં થોડો ઘટાડો અને ઉત્તેજિત અણુઓ અથવા ગેસના પરમાણુઓ જમીનની સ્થિતિમાં પરત આવવાને કારણે ગ્લો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

કોરોના ડિસ્ચાર્જ.ગેસમાં પ્રમાણમાં ઊંચા દબાણે (વાતાવરણીય દબાણના ક્રમ પર), કંડક્ટરના પોઇન્ટેડ વિભાગોની નજીક, જ્યાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ખૂબ જ અસંગત હોય છે, ત્યાં સ્રાવ જોવા મળે છે, જેનો તેજસ્વી વિસ્તાર કોરોના જેવો દેખાય છે. કોરોના ડિસ્ચાર્જ કેટલીકવાર ઝાડની ટોચ, શિપ માસ્ટ વગેરે પર કુદરતી રીતે થાય છે (“સેન્ટ એલ્મોઝ ફાયર”). હાઈ વોલ્ટેજ ટેક્નોલોજીમાં કોરોના ડિસ્ચાર્જને ધ્યાનમાં લેવું પડે છે, જ્યારે આ ડિસ્ચાર્જ હાઈ-વોલ્ટેજ પાવર લાઈનના વાયરની આસપાસ થાય છે અને વીજળીનું નુકસાન થાય છે. ઉપયોગી વ્યવહારુ ઉપયોગનક્કર અને પ્રવાહી કણોની અશુદ્ધિઓમાંથી ઔદ્યોગિક વાયુઓને શુદ્ધ કરવા માટે ઇલેક્ટ્રીક પ્રિસિપિટેટર્સમાં કોરોના ડિસ્ચાર્જ જોવા મળે છે.

જેમ જેમ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેનો વોલ્ટેજ વધે છે તેમ, કોરોના ડિસ્ચાર્જ સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જમાં ફેરવાય છે અને વચ્ચેના અંતરના સંપૂર્ણ ભંગાણ સાથે

ઇલેક્ટ્રોડ્સ તે તેજસ્વી ઝિગઝેગ બ્રાન્ચિંગ ચેનલોના સમૂહ જેવું લાગે છે, જે તરત જ ડિસ્ચાર્જ ગેપને વેધન કરે છે અને એક બીજાને વિચિત્ર રીતે બદલી નાખે છે. એક સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ મોટી માત્રામાં ગરમી, તેજસ્વી વાદળી-સફેદ ગ્લો અને મજબૂત ક્રેકલિંગ સાથે છે. તે ઇલેક્ટ્રોફોર મશીનના દડાઓ વચ્ચે અવલોકન કરી શકાય છે. વિશાળ સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જનું ઉદાહરણ કુદરતી વીજળી છે, જ્યાં વર્તમાન તાકાત 5-105 A સુધી પહોંચે છે, અને સંભવિત તફાવત 109 V સુધી પહોંચે છે.

કારણ કે સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ વાતાવરણીય (અને ઉચ્ચ) દબાણ પર થાય છે, ઇગ્નીશન વોલ્ટેજ ખૂબ વધારે છે: 1 સે.મી.ના ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના અંતર સાથે સૂકી હવામાં તે લગભગ 30 kV છે.

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક.સ્વતંત્ર ગેસ ડિસ્ચાર્જનો ચોક્કસ વ્યવહારિક રીતે મહત્વપૂર્ણ પ્રકાર એ ઇલેક્ટ્રિક આર્ક છે. જ્યારે બે કાર્બન અથવા મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ તેમના સંપર્કના બિંદુએ સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ઉચ્ચ સંપર્ક પ્રતિકારને કારણે મોટી માત્રામાં ગરમી છોડવામાં આવે છે. પરિણામે, થર્મિઓનિક ઉત્સર્જન શરૂ થાય છે અને જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ અલગ થઈ જાય છે, ત્યારે તેમની વચ્ચે અત્યંત આયનોઈઝ્ડ, અત્યંત વાહક વાયુની તેજસ્વી ઝળહળતી ચાપ દેખાય છે. નાની ચાપમાં પણ વર્તમાન શક્તિ ઘણા એમ્પીયર સુધી પહોંચે છે, અને મોટા ચાપમાં - લગભગ 50 V ના વોલ્ટેજ પર કેટલાક સો એમ્પીયર. ઇલેક્ટ્રિક આર્કનો ઉપયોગ ટેક્નોલોજીમાં શક્તિશાળી પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે, ઇલેક્ટ્રિક ભઠ્ઠીઓમાં અને ઇલેક્ટ્રિક વેલ્ડીંગ માટે થાય છે. . લગભગ 0.5 V ના વોલ્ટેજ સાથેનું નબળું રિટાર્ડિંગ ક્ષેત્ર. આ ક્ષેત્ર ધીમા ઇલેક્ટ્રોનને એનોડ સુધી પહોંચતા અટકાવે છે. કેથોડ Kમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જિત થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ દ્વારા ગરમ થાય છે.

ફિગ માં. આકૃતિ 105 આ પ્રયોગોમાં મેળવેલા પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર એનોડ સર્કિટમાં વર્તમાનની અવલંબન દર્શાવે છે. આ અવલંબન 4.9 V ના ગુણાંકમાં વોલ્ટેજ પર મેક્સિમા સાથે નોન-મોનોટોનિક અક્ષર ધરાવે છે.

અણુ ઊર્જા સ્તરોની વિવેકબુદ્ધિ.વોલ્ટેજ પર વિદ્યુતપ્રવાહની આ અવલંબન માત્ર પારાના અણુઓમાં અલગ સ્થિર અવસ્થાઓની હાજરી દ્વારા સમજાવી શકાય છે. જો અણુમાં અલગ સ્થિર અવસ્થાઓ ન હોય, એટલે કે, તેની આંતરિક ઊર્જા કોઈપણ મૂલ્યો લઈ શકતી હોય, તો અણુની આંતરિક ઊર્જામાં વધારા સાથે, કોઈપણ ઈલેક્ટ્રોન ઊર્જા પર સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ થઈ શકે છે. જો ત્યાં અલગ અવસ્થાઓ હોય, તો પછી અણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણ માત્ર સ્થિતિસ્થાપક હોઈ શકે છે, જ્યાં સુધી ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા અણુને જમીનની અવસ્થામાંથી સૌથી નીચી ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરવા માટે અપૂરતી હોય.

સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા વ્યવહારીક રીતે બદલાતી નથી, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનનો સમૂહ પારાના અણુના સમૂહ કરતા ઘણો ઓછો હોય છે. આ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, એનોડ સુધી પહોંચતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા વધતા વોલ્ટેજ સાથે એકવિધ રીતે વધે છે. જ્યારે પ્રવેગક વોલ્ટેજ 4.9 V સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન-અણુ અથડામણ અસ્થિર બની જાય છે. અણુઓની આંતરિક ઊર્જા એકાએક વધે છે, અને અથડામણના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોન તેની લગભગ તમામ ગતિ ઊર્જા ગુમાવે છે.

રિટાર્ડિંગ ફીલ્ડ પણ ધીમા ઈલેક્ટ્રોનને એનોડમાં જવા દેતું નથી અને વર્તમાન તાકાત ઝડપથી ઘટી જાય છે. તે અદૃશ્ય થઈ જતું નથી કારણ કે કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન અસ્થિર અથડામણનો અનુભવ કર્યા વિના ગ્રીડ સુધી પહોંચે છે. બીજો અને અનુગામી વર્તમાન મેક્સિમા મેળવવામાં આવે છે કારણ કે 4.9 V ના ગુણાંકવાળા વોલ્ટેજ પર, ગ્રીડ તરફ જતા ઇલેક્ટ્રોન પારાના અણુઓ સાથે અનેક અસ્થિર અથડામણનો અનુભવ કરી શકે છે.

તેથી, 4.9 V ના સંભવિત તફાવતમાંથી પસાર થયા પછી જ ઈલેક્ટ્રોન અસ્થિર અથડામણ માટે જરૂરી ઊર્જા મેળવે છે. આનો અર્થ એ થાય છે કે પારાના અણુઓની આંતરિક ઊર્જા eV કરતાં ઓછી માત્રામાં બદલાઈ શકતી નથી, જે ઊર્જા વર્ણપટની વિવેકપૂર્ણતાને સાબિત કરે છે. અણુ આ નિષ્કર્ષની માન્યતા એ હકીકત દ્વારા પણ પુષ્ટિ મળે છે કે 4.9 V ના વોલ્ટેજ પર ડિસ્ચાર્જ ચમકવા લાગે છે: સ્વયંસ્ફુરિત સાથે ઉત્તેજિત અણુઓ

ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ ઉત્સર્જનમાં સંક્રમણો દૃશ્યમાન પ્રકાશ, જેની આવર્તન ફોર્મ્યુલા દ્વારા ગણતરી કરેલ સાથે એકરુપ છે

ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝના શાસ્ત્રીય પ્રયોગોમાં, માત્ર ઉત્તેજના વીજસ્થિતિમાન જ નહીં, પરંતુ સંખ્યાબંધ અણુઓની આયનીકરણ સંભવિતતા પણ ઇલેક્ટ્રોન અસર પદ્ધતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવી હતી.

ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટીક્સમાં એક પ્રયોગનું ઉદાહરણ આપો કે જેના પરથી આપણે તારણ કાઢી શકીએ કે શુષ્ક હવા સારી ઇન્સ્યુલેટર છે.

ટેક્નોલોજીમાં હવાના અવાહક ગુણધર્મો ક્યાં વપરાય છે?

બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જ શું છે? તે કઈ પરિસ્થિતિઓમાં થાય છે?

સમજાવો કે પુનઃસંયોજનને કારણે સાંદ્રતામાં ઘટાડો થવાનો દર ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની સાંદ્રતાના વર્ગના પ્રમાણમાં શા માટે છે. શા માટે આ સાંદ્રતાને સમાન ગણી શકાય?

સૂત્ર (3) દ્વારા દર્શાવવામાં આવેલા ઘટતા એકાગ્રતાના નિયમનો અર્થ શા માટે નથી, લાક્ષણિકતા સમયની વિભાવના રજૂ કરવા માટે, જેનો વ્યાપકપણે ક્ષતિગ્રસ્ત પ્રક્રિયાઓ માટે ઉપયોગ થાય છે, જો કે બંને કિસ્સાઓમાં પ્રક્રિયાઓ ચાલુ રહે છે, સામાન્ય રીતે કહીએ તો, અનંત લાંબો સમય?

તમારા મતે, ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો માટે સૂત્રો (4) માં ગતિશીલતાની વ્યાખ્યામાં વિરોધી ચિહ્નો શા માટે પસંદ કરવામાં આવે છે?

બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જમાં વર્તમાન શક્તિ લાગુ વોલ્ટેજ પર કેવી રીતે નિર્ભર છે? વધતા વોલ્ટેજ સાથે ઓહ્મના નિયમમાંથી સંતૃપ્તિ પ્રવાહમાં સંક્રમણ શા માટે થાય છે?

ગેસમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો બંને દ્વારા કરવામાં આવે છે. જો કે, દરેક વિદ્યુતધ્રુવ માત્ર એક ચિહ્નનો ચાર્જ મેળવે છે. શ્રેણી સર્કિટના તમામ ભાગોમાં વર્તમાન તાકાત સમાન છે તે હકીકત સાથે આ કેવી રીતે સુસંગત છે?

અથડામણને કારણે સ્રાવમાં ગેસના આયનીકરણમાં ઇલેક્ટ્રોન, અને હકારાત્મક આયનો શા માટે સૌથી મોટી ભૂમિકા ભજવે છે?

વર્ણન કરો લાક્ષણિક લક્ષણો વિવિધ પ્રકારોસ્વતંત્ર ગેસ સ્રાવ.

ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝના પ્રયોગોના પરિણામો શા માટે અણુ ઊર્જા સ્તરોની વિવેકબુદ્ધિ દર્શાવે છે?

વધતા પ્રવેગક વોલ્ટેજ સાથે ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝના પ્રયોગોમાં ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબમાં થતી ભૌતિક પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરો.

પ્રકૃતિમાં કોઈ સંપૂર્ણ ડાઇલેક્ટ્રિક નથી. કણોની આદેશિત હિલચાલ - ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના વાહકો - એટલે કે, વર્તમાન, કોઈપણ વાતાવરણમાં થઈ શકે છે, પરંતુ આ માટે ખાસ શરતોની જરૂર છે. આપણે અહીં જોઈશું કે વાયુઓમાં વિદ્યુતની ઘટના કેવી રીતે થાય છે અને કેવી રીતે વાયુ ખૂબ સારા ડાઇલેક્ટ્રિકમાંથી ખૂબ જ સારા વાહકમાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે. અમને તે પરિસ્થિતિઓમાં રસ હશે જેમાં વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ થાય છે, તેમજ તે કઈ લાક્ષણિકતાઓમાં દર્શાવવામાં આવે છે.

વાયુઓના વિદ્યુત ગુણધર્મો

ડાઇલેક્ટ્રિક એ એક પદાર્થ (માધ્યમ) છે જેમાં કણોની સાંદ્રતા - ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના મુક્ત વાહક - કોઈ નોંધપાત્ર મૂલ્ય સુધી પહોંચતું નથી, પરિણામે વાહકતા નહિવત્ છે. બધા વાયુઓ સારા ડાઇલેક્ટ્રિક છે. તેમની અવાહક ગુણધર્મો દરેક જગ્યાએ વપરાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોઈપણ સ્વીચમાં, સર્કિટ ખુલે છે જ્યારે સંપર્કોને એવી સ્થિતિમાં લાવવામાં આવે છે કે તેમની વચ્ચે હવાનું અંતર બને છે. પાવર લાઇનમાં વાયર પણ હવાના સ્તર દ્વારા એકબીજાથી ઇન્સ્યુલેટેડ હોય છે.

કોઈપણ ગેસનું માળખાકીય એકમ પરમાણુ છે. તે પરમાણુ મધ્યવર્તી કેન્દ્ર અને ઇલેક્ટ્રોન વાદળોનો સમાવેશ કરે છે, એટલે કે, તે અવકાશમાં અમુક રીતે વિતરિત વિદ્યુત શુલ્કનો સંગ્રહ છે. તેની રચનાની વિશિષ્ટતાને લીધે, બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ ગેસ પરમાણુનું ધ્રુવીકરણ થઈ શકે છે. મોટા ભાગના પરમાણુઓ કે જે ગેસ બનાવે છે તે સામાન્ય સ્થિતિમાં વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે, કારણ કે તેમાં રહેલા ચાર્જ એકબીજાને રદ કરે છે.

જો ગેસ પર વિદ્યુત ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, તો અણુઓ દ્વિધ્રુવ અભિગમ અપનાવશે, એક અવકાશી સ્થાન ધરાવે છે જે ક્ષેત્રની અસરને વળતર આપે છે. કુલોમ્બ દળોના પ્રભાવ હેઠળ, ગેસમાં હાજર ચાર્જ થયેલા કણો ખસેડવાનું શરૂ કરશે: હકારાત્મક આયનો - કેથોડ તરફ, નકારાત્મક આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન - એનોડ તરફ. જો કે, જો ક્ષેત્રમાં અપૂરતી ક્ષમતા હોય, તો ચાર્જનો એક જ નિર્દેશિત પ્રવાહ ઉભો થતો નથી, અને તેના બદલે વ્યક્તિ વ્યક્તિગત પ્રવાહો વિશે વાત કરી શકે છે, એટલા નબળા કે તેની અવગણના કરવી જોઈએ. ગેસ ડાઇલેક્ટ્રિકની જેમ વર્તે છે.

આમ, વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટના માટે, ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સની ઊંચી સાંદ્રતા અને ક્ષેત્રની હાજરી જરૂરી છે.

આયનીકરણ

ગેસમાં ફ્રી ચાર્જની સંખ્યામાં હિમપ્રપાત જેવી વૃદ્ધિની પ્રક્રિયાને આયનીકરણ કહેવામાં આવે છે. તદનુસાર, ગેસ કે જેમાં ચાર્જ થયેલા કણોની નોંધપાત્ર માત્રા હાજર હોય તેને આયનાઇઝ્ડ કહેવામાં આવે છે. તે આવા વાયુઓમાં છે કે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવવામાં આવે છે.

આયનીકરણ પ્રક્રિયા પરમાણુઓની તટસ્થતાના ઉલ્લંઘન સાથે સંકળાયેલી છે. ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવાના પરિણામે, સકારાત્મક આયનો દેખાય છે; પરમાણુમાં ઇલેક્ટ્રોનનો ઉમેરો નકારાત્મક આયનની રચના તરફ દોરી જાય છે. વધુમાં, આયનાઇઝ્ડ ગેસમાં ઘણા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ધન આયનો અને ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોન વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ દરમિયાન મુખ્ય ચાર્જ કેરિયર છે.

આયનીકરણ ત્યારે થાય છે જ્યારે કણને ચોક્કસ માત્રામાં ઊર્જા આપવામાં આવે છે. આમ, પરમાણુમાં બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન, આ ઊર્જા પ્રાપ્ત કર્યા પછી, પરમાણુ છોડી શકે છે. તટસ્થ સાથે ચાર્જ થયેલા કણોની પરસ્પર અથડામણ નવા ઈલેક્ટ્રોનને પછાડી દેવા તરફ દોરી જાય છે, અને પ્રક્રિયા હિમપ્રપાત જેવું પાત્ર લે છે. કણોની ગતિ ઊર્જા પણ વધે છે, જે આયનીકરણને મોટા પ્રમાણમાં પ્રોત્સાહન આપે છે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહને ઉત્તેજિત કરવા માટે ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા ક્યાંથી આવે છે? વાયુઓનું આયનીકરણ ઘણા ઉર્જા સ્ત્રોતો ધરાવે છે, જે મુજબ તેના પ્રકારોને સામાન્ય રીતે નામ આપવામાં આવે છે.

1. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા આયનીકરણ. આ કિસ્સામાં, ક્ષેત્રની સંભવિત ઊર્જા કણોની ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.
2. થર્મલ આયનીકરણ. તાપમાનમાં વધારો પણ મોટી સંખ્યામાં મફત શુલ્કની રચના તરફ દોરી જાય છે.
3. ફોટોયોનાઇઝેશન. સાર આ પ્રક્રિયાતે છે કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના ક્વોન્ટા દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનને ઊર્જા આપવામાં આવે છે - ફોટોન, જો તેમની પાસે પૂરતી ઊંચી આવર્તન હોય (અલ્ટ્રાવાયોલેટ, એક્સ-રે, ગામા ક્વોન્ટા).
4. અથડાતા કણોની ગતિ ઊર્જાના ઇલેક્ટ્રોન વિભાજનની ઊર્જામાં રૂપાંતરથી અસર આયનીકરણ થાય છે. થર્મલ આયનીકરણની સાથે, તે વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહના ઉત્તેજનામાં મુખ્ય પરિબળ તરીકે સેવા આપે છે.

દરેક ગેસ ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે - સંભવિત અવરોધને દૂર કરીને, પરમાણુથી દૂર થવા માટે ઇલેક્ટ્રોન માટે જરૂરી આયનીકરણ ઊર્જા. પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોન માટે આ મૂલ્ય કેટલાક વોલ્ટથી બે દસ વોલ્ટ સુધીની છે; પરમાણુમાંથી આગળના ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે, વધુ ઊર્જાની જરૂર છે, વગેરે.

તે ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ કે વાયુમાં આયનીકરણ સાથે, વિપરીત પ્રક્રિયા થાય છે - પુનઃસંયોજન, એટલે કે, કુલોમ્બ આકર્ષક દળોના પ્રભાવ હેઠળ તટસ્થ અણુઓની પુનઃસ્થાપના.

ગેસ ડિસ્ચાર્જ અને તેના પ્રકારો

તેથી, વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ તેમના પર લાગુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ ચાર્જ કરેલા કણોની ક્રમબદ્ધ હિલચાલને કારણે થાય છે. આવા શુલ્કની હાજરી, બદલામાં, વિવિધ આયનીકરણ પરિબળોને કારણે શક્ય છે.

આમ, થર્મલ આયનીકરણ માટે નોંધપાત્ર તાપમાનની જરૂર છે, પરંતુ કેટલાક કારણે ખુલ્લી જ્યોત રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓઆયનીકરણને પ્રોત્સાહન આપે છે. જ્યોતની હાજરીમાં પ્રમાણમાં નીચા તાપમાને પણ, વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહનો દેખાવ નોંધવામાં આવે છે, અને ગેસ વાહકતા સાથે પ્રયોગ આને ચકાસવાનું સરળ બનાવે છે. ચાર્જ કરેલ કેપેસિટરની પ્લેટો વચ્ચે બર્નર અથવા મીણબત્તીની જ્યોત મૂકવી જરૂરી છે. કેપેસિટરમાં એર ગેપને કારણે જે સર્કિટ અગાઉ ખુલ્લી હતી તે બંધ થઈ જશે. સર્કિટ સાથે જોડાયેલ ગેલ્વેનોમીટર વર્તમાનની હાજરી સૂચવે છે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહને ગેસ ડિસ્ચાર્જ કહેવામાં આવે છે. તે ધ્યાનમાં રાખવું આવશ્યક છે કે ડિસ્ચાર્જ સ્થિરતા જાળવવા માટે, આયનાઇઝરની ક્રિયા સતત હોવી જોઈએ, કારણ કે સતત પુનઃસંયોજનને લીધે ગેસ તેના વિદ્યુત વાહક ગુણધર્મો ગુમાવે છે. વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહના કેટલાક વાહકો - આયનો - ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર તટસ્થ થાય છે, અન્ય - ઇલેક્ટ્રોન - જ્યારે તેઓ એનોડ સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તેઓ ક્ષેત્રના સ્ત્રોતના "પ્લસ" તરફ નિર્દેશિત થાય છે. જો આયનાઇઝિંગ પરિબળ કાર્ય કરવાનું બંધ કરે છે, તો ગેસ તરત જ ફરીથી ડાઇલેક્ટ્રિક બની જશે અને પ્રવાહ બંધ થઈ જશે. બાહ્ય આયનાઇઝરની ક્રિયા પર આધારિત આવા પ્રવાહને બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ કહેવામાં આવે છે.

વાયુઓ દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરવાની વિશિષ્ટતાઓ વોલ્ટેજ પર વર્તમાનની વિશિષ્ટ અવલંબન દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે - વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા.

ચાલો વર્તમાન-વોલ્ટેજ અવલંબનના ગ્રાફ પર ગેસ ડિસ્ચાર્જના વિકાસને ધ્યાનમાં લઈએ. જ્યારે વોલ્ટેજ ચોક્કસ મૂલ્ય U 1 સુધી વધે છે, ત્યારે વર્તમાન તેના પ્રમાણમાં વધે છે, એટલે કે, ઓહ્મનો નિયમ સંતુષ્ટ થાય છે. ગતિ ઊર્જા વધે છે, અને તેથી ગેસમાં ચાર્જની ઝડપ વધે છે, અને આ પ્રક્રિયા પુનઃસંયોજન કરતાં આગળ વધે છે. યુ 1 થી યુ 2 સુધીના વોલ્ટેજ મૂલ્યો પર, આ સંબંધનું ઉલ્લંઘન થાય છે; જ્યારે U2 પહોંચી જાય છે, ત્યારે બધા ચાર્જ કેરિયર્સ ફરીથી સંયોજિત કરવા માટે સમય વિના ઇલેક્ટ્રોડ્સ સુધી પહોંચે છે. બધા મફત શુલ્કનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને વોલ્ટેજમાં વધુ વધારો વર્તમાનમાં વધારો તરફ દોરી જતો નથી. ચાર્જની આ પ્રકારની હિલચાલને સંતૃપ્તિ વર્તમાન કહેવામાં આવે છે. આમ, આપણે કહી શકીએ કે વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ પણ વિવિધ શક્તિઓના વિદ્યુત ક્ષેત્રોમાં આયનાઈઝ્ડ ગેસના વર્તનની વિચિત્રતાને કારણે છે.

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં સંભવિત તફાવત ચોક્કસ મૂલ્ય U 3 સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ગેસના હિમપ્રપાત જેવા આયનીકરણ માટે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર માટે વોલ્ટેજ પર્યાપ્ત બને છે. મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા પરમાણુઓના પ્રભાવ આયનીકરણ માટે પહેલેથી જ પૂરતી છે. મોટા ભાગના વાયુઓમાં તેમની ઝડપ લગભગ 2000 કિમી/સેકંડ અને વધુ છે (તે અંદાજિત સૂત્ર v=600 Ui નો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે, જ્યાં Ui એ આયનીકરણ સંભવિત છે). આ ક્ષણે, ગેસ ભંગાણ થાય છે અને આંતરિક આયનીકરણ સ્ત્રોતને કારણે વર્તમાનમાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે. તેથી, આવા સ્રાવને સ્વતંત્ર કહેવામાં આવે છે.

આ કિસ્સામાં બાહ્ય ionizer ની હાજરી હવે વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ જાળવવામાં ભૂમિકા ભજવશે નહીં. માં સ્વતંત્ર સ્રાવ વિવિધ શરતોઅને વિદ્યુત ક્ષેત્રના સ્ત્રોતની વિવિધ લાક્ષણિકતાઓ સાથે, તેમાં કેટલીક વિશેષતાઓ હોઈ શકે છે. ગ્લો, સ્પાર્ક, આર્ક અને કોરોના જેવા સ્વ-ડિસ્ચાર્જના પ્રકારો છે. અમે આ દરેક પ્રકારો માટે સંક્ષિપ્તમાં, વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ કેવી રીતે વર્તે છે તે જોઈશું.

100 (અથવા તેનાથી પણ ઓછા) થી 1000 વોલ્ટનો સંભવિત તફાવત સ્વ-ડિસ્ચાર્જ શરૂ કરવા માટે પૂરતો છે. તેથી, ગ્લો ડિસ્ચાર્જ, જે નીચા વર્તમાન મૂલ્ય (10 -5 A થી 1 A સુધી) દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, પારાના થોડા મિલીમીટરથી વધુના દબાણ પર થાય છે.

દુર્લભ ગેસ અને ઠંડા ઇલેક્ટ્રોડ સાથેની ટ્યુબમાં, ગ્લો ડિસ્ચાર્જ જે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે પાતળી ચમકતી દોરી જેવો દેખાય છે. જો તમે ટ્યુબમાંથી ગેસ પંપ કરવાનું ચાલુ રાખશો, તો દોરી ધોવાઇ જશે, અને મિલીમીટરના દસમા ભાગના દબાણ પર, ગ્લો લગભગ સંપૂર્ણ રીતે ટ્યુબને ભરે છે. કેથોડની નજીક કોઈ ગ્લો નથી - કહેવાતા ડાર્ક કેથોડ જગ્યામાં. બાકીનાને હકારાત્મક કૉલમ કહેવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, સ્રાવના અસ્તિત્વને સુનિશ્ચિત કરતી મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ શ્યામ કેથોડ જગ્યામાં અને તેની નજીકના વિસ્તારમાં ચોક્કસપણે સ્થાનીકૃત છે. અહીં, ચાર્જ્ડ ગેસ કણો ઝડપી થાય છે, કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને પછાડે છે.

ગ્લો ડિસ્ચાર્જમાં, આયનીકરણનું કારણ કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન છે. કેથોડ દ્વારા ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોન ગેસના પરમાણુઓનું અસર આયનીકરણ ઉત્પન્ન કરે છે, પરિણામી હકારાત્મક આયનો કેથોડમાંથી ગૌણ ઉત્સર્જનનું કારણ બને છે, વગેરે. સકારાત્મક સ્તંભની ગ્લો મુખ્યત્વે ઉત્તેજિત ગેસના અણુઓ દ્વારા ફોટોન છોડવાને કારણે છે, અને વિવિધ વાયુઓ ચોક્કસ રંગની ગ્લો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સકારાત્મક સ્તંભ માત્ર ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટના વિભાગ તરીકે ગ્લો ડિસ્ચાર્જની રચનામાં ભાગ લે છે. જો તમે ઇલેક્ટ્રોડ્સને નજીક લાવો છો, તો તમે સકારાત્મક સ્તંભને અદૃશ્ય કરી શકો છો, પરંતુ સ્રાવ બંધ થશે નહીં. જો કે, ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના અંતરમાં વધુ ઘટાડા સાથે, ગ્લો ડિસ્ચાર્જ અસ્તિત્વમાં નથી.

એ નોંધવું જોઇએ કે વાયુઓમાં આ પ્રકારના વિદ્યુત પ્રવાહ માટે, કેટલીક પ્રક્રિયાઓનું ભૌતિકશાસ્ત્ર હજુ સુધી સંપૂર્ણ રીતે સ્પષ્ટ થયું નથી. ઉદાહરણ તરીકે, કેથોડ સપાટી પરના પ્રદેશના વિસ્તરણનું કારણ બને છે તે દળોની પ્રકૃતિ કે જે વર્તમાનમાં વધારો થતાં સ્રાવમાં ભાગ લે છે તે અસ્પષ્ટ રહે છે.

સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ

સ્પાર્ક બ્રેકડાઉન સ્પંદિત પ્રકૃતિ ધરાવે છે. તે સામાન્ય વાતાવરણીય દબાણની નજીકના દબાણ પર થાય છે, એવા કિસ્સાઓમાં જ્યાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના સ્ત્રોતની શક્તિ સ્થિર સ્રાવ જાળવવા માટે અપૂરતી હોય છે. ક્ષેત્રની શક્તિ વધારે છે અને 3 MV/m સુધી પહોંચી શકે છે. આ ઘટનાને ગેસમાં ડિસ્ચાર્જ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહમાં તીવ્ર વધારો દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, તે જ સમયે વોલ્ટેજ ખૂબ જ ઝડપથી ઘટી જાય છે અને સ્રાવ બંધ થાય છે. પછી સંભવિત તફાવત ફરીથી વધે છે, અને સમગ્ર પ્રક્રિયા પુનરાવર્તિત થાય છે.

આ પ્રકારના સ્રાવ સાથે, ટૂંકા ગાળાની સ્પાર્ક ચેનલો રચાય છે, જેનો વિકાસ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના કોઈપણ બિંદુથી શરૂ થઈ શકે છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે અસર આયનીકરણ એવા સ્થળોએ રેન્ડમ રીતે થાય છે જ્યાં આ ક્ષણધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે સૌથી મોટી સંખ્યાઆયનો સ્પાર્ક ચેનલની નજીક, ગેસ ઝડપથી ગરમ થાય છે અને થર્મલ વિસ્તરણનો અનુભવ કરે છે, જેના કારણે એકોસ્ટિક તરંગો. તેથી, સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જની સાથે કર્કશ અવાજ, તેમજ ગરમી અને તેજસ્વી ગ્લોનું પ્રકાશન થાય છે. હિમપ્રપાત આયનીકરણ પ્રક્રિયાઓ સ્પાર્ક ચેનલમાં ઉત્પન્ન થાય છે ઉચ્ચ દબાણઅને તાપમાન 10 હજાર ડિગ્રી અને તેથી વધુ.

કુદરતી સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જનું સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણ વીજળી છે. મુખ્ય લાઈટનિંગ સ્પાર્ક ચેનલનો વ્યાસ થોડા સેન્ટિમીટરથી 4 મીટર સુધીનો હોઈ શકે છે, અને ચેનલની લંબાઈ 10 કિમી સુધી પહોંચી શકે છે. વર્તમાન શક્તિ 500 હજાર એમ્પીયર સુધી પહોંચે છે, અને વીજળીના વાદળ અને પૃથ્વીની સપાટી વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત એક અબજ વોલ્ટ સુધી પહોંચે છે.

2007માં ઓક્લાહોમા, યુએસએમાં સૌથી લાંબી 321 કિમી લાંબી લાઈટનિંગ સ્ટ્રાઈક જોવા મળી હતી. સૌથી લાંબી અવધિનો રેકોર્ડ ધારક 2012 માં ફ્રેન્ચ આલ્પ્સમાં વીજળીનો રેકોર્ડ હતો - તે 7.7 સેકંડથી વધુ ચાલ્યો હતો. જ્યારે વીજળી ત્રાટકે છે, ત્યારે હવા 30 હજાર ડિગ્રી સુધી ગરમ થઈ શકે છે, જે સૂર્યની દૃશ્યમાન સપાટીના તાપમાન કરતાં 6 ગણી વધારે છે.

એવા કિસ્સાઓમાં કે જ્યાં વિદ્યુત ક્ષેત્રના સ્ત્રોતની શક્તિ પૂરતી ઊંચી હોય છે, સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ આર્ક ડિસ્ચાર્જમાં વિકસે છે.

આ પ્રકારનું સ્વ-ડિસ્ચાર્જ ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા અને નીચા (ગ્લો ડિસ્ચાર્જ કરતાં ઓછું) વોલ્ટેજ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સની નિકટતાને કારણે બ્રેકડાઉનનું અંતર ઓછું છે. ડિસ્ચાર્જ કેથોડ સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોનના ઉત્સર્જન દ્વારા શરૂ થાય છે (ધાતુના અણુઓ માટે ગેસના પરમાણુઓની તુલનામાં આયનીકરણની સંભાવના ઓછી છે). બ્રેકડાઉન દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે પરિસ્થિતિઓ બનાવવામાં આવે છે જેના હેઠળ ગેસ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે, અને સર્કિટ બંધ કરીને સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ થાય છે. જો વોલ્ટેજ સ્ત્રોતની શક્તિ પૂરતી ઊંચી હોય, તો સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ સ્થિર ઇલેક્ટ્રિક આર્કમાં ફેરવાય છે.

આર્ક ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન આયનીકરણ લગભગ 100% સુધી પહોંચે છે, વર્તમાન ખૂબ જ વધારે છે અને તે 10 થી 100 એમ્પીયર સુધીની હોઈ શકે છે. મુ વાતાવરણ નુ દબાણઆર્ક 5-6 હજાર ડિગ્રી સુધી ગરમ થઈ શકે છે, અને કેથોડ - 3 હજાર ડિગ્રી સુધી, જે તેની સપાટીથી તીવ્ર થર્મિઓનિક ઉત્સર્જન તરફ દોરી જાય છે. ઇલેક્ટ્રોન સાથે એનોડનો બોમ્બાર્ડમેન્ટ આંશિક વિનાશ તરફ દોરી જાય છે: તેના પર ડિપ્રેશન રચાય છે - લગભગ 4000 °C તાપમાન સાથેનું ખાડો. દબાણમાં વધારો તાપમાનમાં પણ વધુ વધારો કરે છે.

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ અલગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આર્ક ડિસ્ચાર્જ ચોક્કસ અંતર સુધી સ્થિર રહે છે, જે વિદ્યુત ઉપકરણોના તે વિસ્તારોમાં તેનો સામનો કરવાનું શક્ય બનાવે છે જ્યાં તે સંપર્કોના કાટ અને બર્નઆઉટને કારણે નુકસાનકારક છે. આ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને સર્કિટ બ્રેકર્સ, કોન્ટેક્ટર્સ અને અન્ય જેવા ઉપકરણો છે. જ્યારે સંપર્કો ખુલે છે ત્યારે ચાપનો સામનો કરવાની પદ્ધતિઓમાંની એક ચાપ વિસ્તરણના સિદ્ધાંત પર આધારિત આર્ક સપ્રેશન ચેમ્બરનો ઉપયોગ છે. અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓનો પણ ઉપયોગ થાય છે: સંપર્કોને બાયપાસ કરીને, ઉચ્ચ આયનીકરણ સંભવિતતા ધરાવતી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને, વગેરે.

કોરોના ડિસ્ચાર્જનો વિકાસ સામાન્ય વાતાવરણીય દબાણ પર મોટા સપાટીની વક્રતા સાથે ઇલેક્ટ્રોડની નજીકના તીવ્ર અસંગત ક્ષેત્રોમાં થાય છે. આ સ્પાયર્સ, માસ્ટ, વાયર, વિદ્યુત ઉપકરણોના વિવિધ તત્વો હોઈ શકે છે જેમાં હોય છે જટિલ આકાર, અને માનવ વાળ પણ. આવા ઇલેક્ટ્રોડને કોરોના ઇલેક્ટ્રોડ કહેવામાં આવે છે. આયનીકરણ પ્રક્રિયાઓ અને, તે મુજબ, ગેસ ગ્લો તેની નજીક જ થાય છે.

કેથોડ (નકારાત્મક કોરોના) પર જ્યારે આયનોથી બોમ્બમારો કરવામાં આવે ત્યારે અને ફોટોયોનાઇઝેશનના પરિણામે એનોડ (પોઝિટિવ કોરોના) બંને પર કોરોના બની શકે છે. નકારાત્મક કોરોના, જેમાં થર્મલ ઉત્સર્જનના પરિણામે આયનીકરણ પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રોડથી દૂર નિર્દેશિત થાય છે, તે સમાન ગ્લો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સકારાત્મક કોરોનામાં, સ્ટ્રીમર્સ અવલોકન કરી શકાય છે - તૂટેલી ગોઠવણીની તેજસ્વી રેખાઓ જે સ્પાર્ક ચેનલોમાં ફેરવી શકે છે.

માં કોરોના ડિસ્ચાર્જનું ઉદાહરણ કુદરતી પરિસ્થિતિઓઊંચા માસ્ટ્સ, ટ્રીટોપ્સ, વગેરેની ટીપ્સ પર થાય છે. તેઓ વાતાવરણમાં ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ પર રચાય છે, ઘણીવાર વાવાઝોડા પહેલા અથવા બરફવર્ષા દરમિયાન. વધુમાં, તેઓ જ્વાળામુખીની રાખના વાદળમાં ફસાયેલા વિમાનની ચામડી પર રેકોર્ડ કરવામાં આવ્યા હતા.

પાવર લાઇનના વાયરો પર કોરોના ડિસ્ચાર્જ થવાથી વીજળીનું નોંધપાત્ર નુકસાન થાય છે. ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પર, કોરોના ડિસ્ચાર્જ આર્ક ડિસ્ચાર્જમાં ફેરવાઈ શકે છે. તેઓ તેની સાથે લડી રહ્યા છે અલગ રસ્તાઓ, ઉદાહરણ તરીકે, વાહકની વક્રતાની ત્રિજ્યા વધારીને.

વાયુઓ અને પ્લાઝ્મામાં વિદ્યુત પ્રવાહ

સંપૂર્ણ અથવા આંશિક રીતે આયોનાઇઝ્ડ ગેસને પ્લાઝ્મા કહેવામાં આવે છે અને તેને પદાર્થની ચોથી અવસ્થા માનવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે, પ્લાઝ્મા ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ છે, કારણ કે તેના ઘટક કણોનો કુલ ચાર્જ શૂન્ય છે. આ તેને ઇલેક્ટ્રોન બીમ જેવી અન્ય ચાર્જ થયેલ કણ સિસ્ટમોથી અલગ પાડે છે.

કુદરતી પરિસ્થિતિઓમાં, પ્લાઝ્મા રચાય છે, એક નિયમ તરીકે, ઉચ્ચ તાપમાને ગેસ પરમાણુઓની અથડામણને કારણે ઊંચી ઝડપે. બ્રહ્માંડમાં બેરિયોનિક દ્રવ્યની જબરજસ્ત બહુમતી પ્લાઝ્માની સ્થિતિમાં છે. આ તારાઓ છે, ઇન્ટરસ્ટેલર મેટરનો એક ભાગ, ઇન્ટરગેલેક્ટિક ગેસ. પૃથ્વીનું આયનોસ્ફિયર પણ દુર્લભ, નબળું આયનીકરણ પ્લાઝ્મા છે.

આયનીકરણની ડિગ્રી એ પ્લાઝ્માની એક મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતા છે - તેના વાહક ગુણધર્મો તેના પર નિર્ભર છે. આયનોઇઝેશનની ડિગ્રીને એકમ વોલ્યુમ દીઠ અણુઓની કુલ સંખ્યા અને આયનાઇઝ્ડ અણુઓની સંખ્યાના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. પ્લાઝ્મા જેટલું વધુ આયનોઈઝ્ડ છે, તેની વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે. વધુમાં, તે ઉચ્ચ ગતિશીલતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

તેથી, આપણે જોઈએ છીએ કે ડિસ્ચાર્જ ચેનલની અંદર વિદ્યુત પ્રવાહનું સંચાલન કરતા વાયુઓ પ્લાઝમા સિવાય બીજું કંઈ નથી. આમ, ગ્લો અને કોરોના ડિસ્ચાર્જ કોલ્ડ પ્લાઝ્માનાં ઉદાહરણો છે; લાઈટનિંગ સ્પાર્ક ચેનલ અથવા ઈલેક્ટ્રિક આર્ક એ ગરમ, લગભગ સંપૂર્ણપણે આયનાઈઝ્ડ પ્લાઝ્માના ઉદાહરણો છે.

ધાતુઓ, પ્રવાહી અને વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ - તફાવતો અને સમાનતા

ચાલો અન્ય માધ્યમોમાં વર્તમાનના ગુણધર્મોની તુલનામાં ગેસ ડિસ્ચાર્જની લાક્ષણિકતા દર્શાવતી વિશેષતાઓને ધ્યાનમાં લઈએ.

ધાતુઓમાં, વર્તમાન એ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની નિર્દેશિત હિલચાલ છે, જે રાસાયણિક ફેરફારોને લાગુ પાડતી નથી. આ પ્રકારના વાહકને પ્રથમ પ્રકારના વાહક કહેવામાં આવે છે; તેમાં ધાતુઓ અને એલોય ઉપરાંત કોલસો, કેટલાક ક્ષાર અને ઓક્સાઇડનો સમાવેશ થાય છે. તેઓ ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા દ્વારા અલગ પડે છે.

બીજા પ્રકારના વાહક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ છે, એટલે કે આલ્કલી, એસિડ અને ક્ષારના પ્રવાહી જલીય દ્રાવણ. વર્તમાન પસાર થવું એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ - ઇલેક્ટ્રોલિસિસમાં રાસાયણિક પરિવર્તન સાથે સંકળાયેલું છે. પાણીમાં ઓગળેલા પદાર્થના આયન, સંભવિત તફાવતના પ્રભાવ હેઠળ, વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે: હકારાત્મક કેશન - કેથોડ તરફ, નકારાત્મક આયન - એનોડ તરફ. પ્રક્રિયા ગેસના પ્રકાશન અથવા કેથોડ પર ધાતુના સ્તરના જુબાની સાથે છે. બીજા પ્રકારનાં વાહક આયનીય વાહકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

વાયુઓની વાહકતા માટે, તે, પ્રથમ, અસ્થાયી છે, અને બીજું, તે દરેક સાથે સમાનતા અને તફાવતના ચિહ્નો ધરાવે છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને વાયુઓ બંનેમાં વિદ્યુત પ્રવાહ એ વિરોધી ઇલેક્ટ્રોડ્સ તરફ નિર્દેશિત વિપરીત ચાર્જ કણોનો પ્રવાહ છે. જો કે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સંપૂર્ણપણે આયનીય વાહકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, ગેસ સ્રાવમાં, ઇલેક્ટ્રોનિક અને આયનીય પ્રકારની વાહકતાના સંયોજન સાથે, અગ્રણી ભૂમિકા ઇલેક્ટ્રોનની છે. પ્રવાહી અને વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ વચ્ચેનો બીજો તફાવત આયનીકરણની પ્રકૃતિ છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં, ઓગળેલા સંયોજનના અણુઓ પાણીમાં વિસર્જન કરે છે, પરંતુ ગેસમાં, પરમાણુઓ તૂટી પડતા નથી, પરંતુ માત્ર ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે. તેથી, ગેસ ડિસ્ચાર્જ, ધાતુઓમાં વર્તમાનની જેમ, રાસાયણિક ફેરફારો સાથે સંકળાયેલ નથી.

પ્રવાહી અને વાયુઓમાં વર્તમાન પણ અલગ છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વાહકતા સામાન્ય રીતે ઓહ્મના નિયમનું પાલન કરે છે, પરંતુ ગેસ ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન તે જોવા મળતું નથી. વાયુઓની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા વધુ જટિલ છે, જે પ્લાઝ્માના ગુણધર્મો સાથે સંકળાયેલ છે.

તે સામાન્ય અને ઉલ્લેખ વર્થ છે વિશિષ્ટ લક્ષણોવાયુઓમાં અને શૂન્યાવકાશમાં વિદ્યુત પ્રવાહ. વેક્યુમ એ લગભગ સંપૂર્ણ ડાઇલેક્ટ્રિક છે. "લગભગ" - કારણ કે શૂન્યાવકાશમાં, મફત ચાર્જ કેરિયર્સની ગેરહાજરી (વધુ ચોક્કસ રીતે, અત્યંત ઓછી સાંદ્રતા) હોવા છતાં, વર્તમાન પણ શક્ય છે. પરંતુ સંભવિત વાહકો પહેલેથી જ ગેસમાં હાજર છે; તેમને ફક્ત આયનોઇઝ્ડ કરવાની જરૂર છે. ચાર્જ કેરિયર્સને પદાર્થમાંથી વેક્યૂમમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. એક નિયમ તરીકે, આ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે જ્યારે કેથોડ ગરમ થાય છે (થર્મિઓનિક ઉત્સર્જન). પરંતુ વિવિધ પ્રકારના ગેસ ડિસ્ચાર્જમાં, ઉત્સર્જન, જેમ આપણે જોયું તેમ, ભૂમિકા ભજવે છે મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા.

ટેકનોલોજીમાં ગેસ ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ

વિશે હાનિકારક અસરોઅમુક કેટેગરીઓ ઉપર સંક્ષિપ્તમાં ચર્ચા કરવામાં આવી છે. હવે ચાલો ધ્યાન આપીએ કે તેઓ ઉદ્યોગમાં અને રોજિંદા જીવનમાં જે લાભો લાવે છે.

ગ્લો ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ (વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર્સ) અને કોટિંગ તકનીકમાં થાય છે (કેથોડ કાટની ઘટના પર આધારિત કેથોડ સ્પુટરિંગ પદ્ધતિ). ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં તેનો ઉપયોગ આયન અને ઇલેક્ટ્રોન બીમ બનાવવા માટે થાય છે. ગ્લો ડિસ્ચાર્જના ઉપયોગના વ્યાપકપણે જાણીતા વિસ્તારો ફ્લોરોસન્ટ અને કહેવાતા ઉર્જા-કાર્યક્ષમ લેમ્પ અને સુશોભિત નિયોન અને આર્ગોન ગેસ ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબ છે. વધુમાં, ગ્લો ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં થાય છે.

સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ ફ્યુઝમાં અને ચોક્કસ મેટલ પ્રોસેસિંગ (સ્પાર્ક કટીંગ, ડ્રિલિંગ અને તેથી વધુ) માટે ઇલેક્ટ્રિકલ ડિસ્ચાર્જ પદ્ધતિઓમાં થાય છે. પરંતુ તે આંતરિક કમ્બશન એન્જિન અને ઘરગથ્થુ ઉપકરણો (ગેસ સ્ટોવ) માટે સ્પાર્ક પ્લગમાં તેના ઉપયોગ માટે જાણીતું છે.

આર્ક ડિસ્ચાર્જ, પ્રથમ વખત 1876 માં લાઇટિંગ ટેક્નોલોજીમાં ઉપયોગમાં લેવાયો હતો (યાબ્લોચકોવ મીણબત્તી - "રશિયન લાઇટ"), હજુ પણ પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે સેવા આપે છે - ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોજેક્શન ઉપકરણો અને શક્તિશાળી સર્ચલાઇટ્સમાં. વિદ્યુત ઇજનેરીમાં, આર્કનો ઉપયોગ પારો રેક્ટિફાયર્સમાં થાય છે. વધુમાં, તેનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રીક વેલ્ડીંગ, મેટલ કટીંગ અને ઔદ્યોગિક ઈલેક્ટ્રીક ભઠ્ઠીઓમાં સ્ટીલ અને એલોયને ગંધવા માટે થાય છે.

કોરોના ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ ઈલેક્ટ્રિક પ્રિસિપિટેટર્સમાં ગેસના આયન શુદ્ધિકરણ માટે મીટરમાં થાય છે પ્રાથમિક કણો, વીજળીના સળિયામાં, એર કન્ડીશનીંગ સિસ્ટમ્સમાં. કોરોના ડિસ્ચાર્જ ફોટોકોપિયર અને લેસર પ્રિન્ટરમાં પણ કામ કરે છે, જ્યાં તે ફોટોસેન્સિટિવ ડ્રમને ચાર્જ કરે છે અને ડિસ્ચાર્જ કરે છે અને પાવડરને ડ્રમમાંથી પેપરમાં ટ્રાન્સફર કરે છે.

આમ, તમામ પ્રકારના ગેસ ડિસ્ચાર્જ સૌથી વધુ શોધે છે વિશાળ એપ્લિકેશન. વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહનો ટેકનોલોજીના ઘણા ક્ષેત્રોમાં સફળતાપૂર્વક અને અસરકારક રીતે ઉપયોગ થાય છે.

ભૌતિકશાસ્ત્ર પર અમૂર્ત

વિષય પર:

"વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ."

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ.

1. વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જ.

બધા વાયુઓ અંદર કુદરતી સ્થિતિઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરશો નહીં. નીચેના અનુભવ પરથી જોઈ શકાય છે:

ચાલો તેની સાથે જોડાયેલ ફ્લેટ કેપેસિટરની ડિસ્ક સાથે ઇલેક્ટ્રોમીટર લઈએ અને તેને ચાર્જ કરીએ. ઓરડાના તાપમાને, જો હવા પૂરતી શુષ્ક હોય, તો કેપેસિટર નોંધપાત્ર રીતે ડિસ્ચાર્જ થતું નથી - ઇલેક્ટ્રોમીટર સોયની સ્થિતિ બદલાતી નથી. ઇલેક્ટ્રોમીટર સોયના ડિફ્લેક્શનના કોણમાં ઘટાડો જોવા માટે, તમારે જરૂર છે ઘણા સમય. આ દર્શાવે છે કે ડિસ્ક વચ્ચે હવામાં વિદ્યુત પ્રવાહ ખૂબ નાનો છે. આ અનુભવ દર્શાવે છે કે હવા વિદ્યુત પ્રવાહનું નબળું વાહક છે.

ચાલો પ્રયોગને સંશોધિત કરીએ: આલ્કોહોલ લેમ્પની જ્યોત સાથે ડિસ્ક વચ્ચેની હવાને ગરમ કરો. પછી ઇલેક્ટ્રોમીટર સોયના વિચલનનો કોણ ઝડપથી ઘટે છે, એટલે કે. કેપેસિટર ડિસ્ક વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત ઘટે છે - કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે. પરિણામે, ડિસ્ક વચ્ચે ગરમ હવા વાહક બની છે, અને તેમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ સ્થાપિત થાય છે.

વાયુઓના ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે તેમની પાસે કોઈ મફત વિદ્યુત શુલ્ક નથી: તેમની કુદરતી સ્થિતિમાં વાયુઓના અણુઓ અને પરમાણુઓ તટસ્થ છે.

2. વાયુઓનું આયનીકરણ.

ઉપર વર્ણવેલ અનુભવ દર્શાવે છે કે ઉચ્ચ તાપમાનના પ્રભાવ હેઠળ ચાર્જ થયેલા કણો વાયુઓમાં દેખાય છે. તેઓ ગેસના અણુઓમાંથી એક અથવા વધુ ઇલેક્ટ્રોનની ટુકડીને કારણે ઉદ્ભવે છે, જેના પરિણામે તટસ્થ અણુને બદલે સકારાત્મક આયન અને ઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે. કેટલાક પરિણામી ઇલેક્ટ્રોન અન્ય તટસ્થ અણુઓ દ્વારા કબજે કરી શકાય છે, અને પછી વધુ નકારાત્મક આયનો દેખાશે. ઇલેક્ટ્રોન અને ધન આયનોમાં ગેસના અણુઓના વિભાજનને કહેવામાં આવે છે વાયુઓનું આયનીકરણ.

ગેસને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવું એ નથી એકમાત્ર રસ્તોગેસના અણુઓ અથવા અણુઓનું આયનીકરણ. ગેસ આયનીકરણ વિવિધ બાહ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પ્રભાવ હેઠળ થઈ શકે છે: ગેસની મજબૂત ગરમી, એક્સ-રે, a-, b- અને g-કિરણો કિરણોત્સર્ગી સડો, કોસ્મિક કિરણો, ઝડપી ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રોન અથવા આયનો દ્વારા ગેસના અણુઓ પર તોપમારો. ગેસ આયનીકરણનું કારણ બને તેવા પરિબળો કહેવામાં આવે છે ionizersઆયનીકરણ પ્રક્રિયાની માત્રાત્મક લાક્ષણિકતા છે આયનીકરણની તીવ્રતા,એકમ સમય દીઠ ગેસના એકમ જથ્થામાં ઉદ્ભવતા વિપરીત ચિહ્નના ચાર્જ થયેલા કણોની જોડીની સંખ્યા દ્વારા માપવામાં આવે છે.

અણુના આયનીકરણ માટે ચોક્કસ ઉર્જા - આયનીકરણ ઉર્જાનો ખર્ચ જરૂરી છે. અણુ (અથવા પરમાણુ) આયનીકરણ કરવા માટે, બહાર નીકળેલા ઇલેક્ટ્રોન અને અણુ (અથવા પરમાણુ) ના બાકીના કણો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળો સામે કામ કરવું જરૂરી છે. આ કાર્યને આયનીકરણ કાર્ય A i કહેવામાં આવે છે. આયનીકરણ કાર્યની માત્રા ગેસની રાસાયણિક પ્રકૃતિ અને અણુ અથવા પરમાણુમાં બહાર નીકળેલા ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા સ્થિતિ પર આધારિત છે.

ionizer કામ કરવાનું બંધ કરી દે તે પછી, સમય જતાં ગેસમાં આયનોની સંખ્યા ઘટતી જાય છે અને છેવટે આયનો એકસાથે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. આયનોની અદ્રશ્યતા એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન થર્મલ ગતિમાં ભાગ લે છે અને તેથી એકબીજા સાથે અથડાય છે. જ્યારે સકારાત્મક આયન અને ઇલેક્ટ્રોન અથડાય છે, ત્યારે તેઓ તટસ્થ અણુમાં ફરીથી જોડાઈ શકે છે. તેવી જ રીતે, જ્યારે સકારાત્મક અને નકારાત્મક આયન અથડાય છે, ત્યારે નકારાત્મક આયન તેના વધારાના ઇલેક્ટ્રોનને સકારાત્મક આયનને આપી શકે છે અને બંને આયન તટસ્થ અણુ બની જશે. આયનોના પરસ્પર નિષ્ક્રિયકરણની આ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે આયનોનું પુનઃસંયોજન.જ્યારે સકારાત્મક આયન અને ઇલેક્ટ્રોન અથવા બે આયનો પુનઃસંયોજિત થાય છે, ત્યારે ચોક્કસ ઉર્જા મુક્ત થાય છે, જે આયનીકરણ પર ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા જેટલી હોય છે. આંશિક રીતે તે પ્રકાશના સ્વરૂપમાં ઉત્સર્જિત થાય છે, અને તેથી આયનોનું પુનઃસંયોજન ગ્લો (પુનઃસંયોજન ગ્લો) સાથે છે.

વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જની ઘટનામાં, ઇલેક્ટ્રોનની અસર દ્વારા અણુઓનું આયનીકરણ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. આ પ્રક્રિયા એ હકીકતમાં સમાવિષ્ટ છે કે તટસ્થ અણુ સાથે અથડામણ પર, પર્યાપ્ત ગતિ ઊર્જા સાથેનું ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રોન, તેમાંથી એક અથવા વધુ અણુ ઇલેક્ટ્રોનને પછાડે છે, જેના પરિણામે તટસ્થ અણુ હકારાત્મક આયનમાં ફેરવાય છે, અને નવા ઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે. ગેસમાં (આ પછી ચર્ચા કરવામાં આવશે).

નીચે આપેલ કોષ્ટક કેટલાક અણુઓની આયનીકરણ ઊર્જા આપે છે.

3. વાયુઓની વિદ્યુત વાહકતાની પદ્ધતિ.

વાયુઓની વાહકતાની પદ્ધતિ ઉકેલોની વાહકતા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના પીગળવાની પદ્ધતિ જેવી જ છે. બાહ્ય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં, તટસ્થ અણુઓની જેમ ચાર્જ થયેલા કણો અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે. જો આયનો અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન પોતાને બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં શોધે છે, તો તેઓ એક દિશામાં આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે અને વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવે છે.

આમ, ગેસમાંનો વિદ્યુત પ્રવાહ કેથોડ તરફ સકારાત્મક આયનોની નિર્દેશિત હિલચાલ અને એનોડ તરફ નકારાત્મક આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ગેસના કુલ પ્રવાહમાં ચાર્જ થયેલા કણોના બે પ્રવાહો હોય છે: એનોડ તરફ જતો પ્રવાહ અને કેથોડ તરફ નિર્દેશિત પ્રવાહ.

ચાર્જ થયેલા કણોનું નિષ્ક્રિયકરણ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર થાય છે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના ઉકેલો અને પીગળીને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થાય છે. જો કે, વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર કોઈ પદાર્થોનું પ્રકાશન થતું નથી, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સોલ્યુશન્સમાં થાય છે. ગેસ આયનો, ઇલેક્ટ્રોડ્સની નજીક આવે છે, તેમને તેમના ચાર્જ આપે છે, તટસ્થ પરમાણુઓમાં ફેરવાય છે અને ગેસમાં પાછા ફેલાય છે.

આયનાઈઝ્ડ વાયુઓ અને ઈલેક્ટ્રોલાઈટ સોલ્યુશન્સ (મેલ્ટ્સ) ની વિદ્યુત વાહકતામાં બીજો તફાવત એ છે કે જ્યારે વાયુઓમાંથી વર્તમાન પસાર થાય છે ત્યારે નકારાત્મક ચાર્જ મુખ્યત્વે નકારાત્મક આયન દ્વારા નહીં, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે, જોકે નકારાત્મક આયનોને કારણે વાહકતા પણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.

આમ, વાયુઓ ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતાને જોડે છે, જે ધાતુઓની વાહકતા સમાન, આયનીય વાહકતા સાથે, જલીય દ્રાવણોની વાહકતા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના પીગળે છે.

4. બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જ.

ગેસ દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરવાની પ્રક્રિયાને ગેસ ડિસ્ચાર્જ કહેવામાં આવે છે. જો ગેસની વિદ્યુત વાહકતા બાહ્ય આયનાઇઝર્સ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, તો તેમાં ઉદ્ભવતા વિદ્યુત પ્રવાહને કહેવામાં આવે છે. બિન-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જ.બાહ્ય ionizers ની ક્રિયાના સમાપ્તિ સાથે, બિન-સ્વ-નિર્ભર સ્રાવ બંધ થાય છે. બિન-સ્વ-ટકાઉ ગેસ ડિસ્ચાર્જ ગેસ ગ્લો સાથે નથી.

નીચે ગેસમાં બિન-સ્વ-ટકાઉ સ્રાવ દરમિયાન વોલ્ટેજ પર વર્તમાનની નિર્ભરતાનો ગ્રાફ છે. આલેખને કાવતરું કરવા માટે, કાચમાં સીલ કરેલા બે મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે કાચની નળીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે સાંકળ એસેમ્બલ કરવામાં આવી છે.

ચોક્કસ વોલ્ટેજ પર, એક ક્ષણ આવે છે જ્યારે આયોનાઇઝર પ્રતિ સેકન્ડ દ્વારા ગેસમાં બનેલા તમામ ચાર્જ કણો તે જ સમય દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ્સ સુધી પહોંચે છે. વોલ્ટેજમાં વધુ વધારો હવે સ્થાનાંતરિત આયનોની સંખ્યામાં વધારો તરફ દોરી શકશે નહીં. વર્તમાન સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચે છે (ગ્રાફ 1 નો આડો વિભાગ).

5. સ્વ-સમાયેલ ગેસ સ્રાવ.

બાહ્ય આયનાઇઝર કામ કરવાનું બંધ કરી દે તે પછી ગેસમાં વિદ્યુત સ્રાવ ચાલુ રહે છે તેને કહેવાય છે. સ્વતંત્ર ગેસ સ્રાવ. તેના અમલીકરણ માટે, તે જરૂરી છે કે ડિસ્ચાર્જના પરિણામે, ગેસમાં મફત શુલ્ક સતત રચાય છે. તેમની ઘટનાનો મુખ્ય સ્ત્રોત ગેસ પરમાણુઓની અસર આયનીકરણ છે.

જો, સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચ્યા પછી, અમે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના સંભવિત તફાવતને વધારવાનું ચાલુ રાખીએ છીએ, તો પૂરતા પ્રમાણમાં ઊંચા વોલ્ટેજ પર વર્તમાન તાકાત તીવ્રપણે વધવાનું શરૂ કરશે (ગ્રાફ 2).

આનો અર્થ એ છે કે ગેસમાં વધારાના આયનો દેખાય છે, જે આયનાઇઝરની ક્રિયાને કારણે રચાય છે. વર્તમાન તાકાત સેંકડો અને હજારો ગણી વધી શકે છે, અને ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન પેદા થતા ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યા એટલી મોટી થઈ શકે છે કે ડિસ્ચાર્જ જાળવવા માટે હવે બાહ્ય ionizerની જરૂર રહેશે નહીં. તેથી, ionizer હવે દૂર કરી શકાય છે.

ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પર વર્તમાનમાં તીવ્ર વધારો થવાના કારણો શું છે? ચાલો આપણે બાહ્ય આયનાઇઝરની ક્રિયાને કારણે બનેલા ચાર્જ થયેલા કણો (એક ધન આયન અને ઇલેક્ટ્રોન)ની કોઈપણ જોડીને ધ્યાનમાં લઈએ. મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન જે આ રીતે દેખાય છે તે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ - એનોડ અને હકારાત્મક આયન - કેથોડ તરફ જવાનું શરૂ કરે છે. તેના માર્ગમાં, ઇલેક્ટ્રોન આયનો અને તટસ્થ અણુઓનો સામનો કરે છે. બે અનુગામી અથડામણો વચ્ચેના અંતરાલોમાં, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દળોના કાર્યને કારણે ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા વધે છે.

ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત જેટલો મોટો છે, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત વધારે છે. આગામી અથડામણ પહેલાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા ક્ષેત્રની શક્તિ અને ઇલેક્ટ્રોનના સરેરાશ મુક્ત માર્ગના પ્રમાણસર છે: MV 2 /2=eEl. જો ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા કાર્ય A i કરતાં વધી જાય જે તટસ્થ અણુ (અથવા પરમાણુ) ને આયનીકરણ કરવા માટે કરવું આવશ્યક છે, એટલે કે. MV 2 >A i, પછી જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન અણુ (અથવા પરમાણુ) સાથે અથડાય છે, ત્યારે તે આયનીકરણ થાય છે. પરિણામે, એક ઇલેક્ટ્રોનને બદલે, બે દેખાય છે (એક જે અણુ પર પ્રહાર કરે છે અને એક જે અણુમાંથી ફાટી જાય છે). તેઓ બદલામાં, ક્ષેત્રમાં ઊર્જા મેળવે છે અને આવનારા અણુઓ વગેરેને આયનીકરણ કરે છે. પરિણામે, ચાર્જ થયેલા કણોની સંખ્યા ઝડપથી વધે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન હિમપ્રપાત થાય છે. વર્ણવેલ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે ઇલેક્ટ્રોન અસર દ્વારા આયનીકરણ.