Nagbibigay ng kuryente sa mga gas. Electric current sa mga gas: kahulugan, mga tampok at mga kagiliw-giliw na katotohanan

Kuryente sa mga gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay imposible. Iyon ay, sa atmospheric humidity, pressure at temperatura, walang mga carrier ng singil sa gas. Ang pag-aari na ito ng gas, sa partikular na hangin, ay ginagamit sa mga overhead transmission lines at relay switch upang magbigay ng electrical isolation.

Ngunit sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang isang kasalukuyang ay maaaring maobserbahan sa mga gas. Gumawa tayo ng isang eksperimento. Para sa kanya, kailangan namin ng air capacitor electrometer at connecting wires. Una, ikonekta natin ang electrometer sa kapasitor. Pagkatapos ay iuulat namin ang singil sa mga plato ng kapasitor. Ipapakita ng electrometer ang pagkakaroon ng mismong singil na ito. Ang air capacitor ay mag-iimbak ng singil nang ilang sandali. Iyon ay, walang magiging kasalukuyang sa pagitan ng mga plato nito. Ito ay nagpapahiwatig na ang hangin sa pagitan ng mga plato ng kapasitor ay may mga katangian ng dielectric.

Figure 1 - Naka-charge na kapasitor na konektado sa isang electrometer

Susunod, ipinakilala namin ang apoy ng kandila sa puwang sa pagitan ng mga plato. Kasabay nito, makikita natin na ang electrometer ay magpapakita ng pagbawas sa singil sa mga capacitor plate. Iyon ay, ang kasalukuyang daloy sa puwang sa pagitan ng mga plato. Bakit ito nangyayari.

Figure 2 - Pagpasok ng kandila sa puwang sa pagitan ng mga plato ng isang sisingilin na kapasitor

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga molekula ng gas ay neutral sa kuryente. At hindi sila makapagbigay ng kasalukuyang. Ngunit sa pagtaas ng temperatura, ang tinatawag na ionization ng gas ay nangyayari, at ito ay nagiging isang konduktor. Ang mga positibo at negatibong ion ay lumilitaw sa gas.

Upang ang isang elektron ay humiwalay mula sa isang gas atom, kinakailangan na gumawa ng trabaho laban sa mga puwersa ng Coulomb. Nangangailangan ito ng enerhiya. Nakukuha ng atom ang enerhiyang ito habang tumataas ang temperatura. Dahil ang kinetic energy ng thermal motion ay direktang proporsyonal sa temperatura ng gas. Pagkatapos, sa pagtaas nito, ang mga molekula at atomo ay tumatanggap ng sapat na enerhiya upang ang mga electron ay lumabas mula sa mga atomo kapag sila ay nagbanggaan. Ang nasabing atom ay nagiging isang positibong ion. Ang hiwalay na elektron ay maaaring ikabit sa isa pang atom, pagkatapos ito ay magiging isang negatibong ion.

Bilang isang resulta, ang mga positibo at negatibong ion, pati na rin ang mga electron, ay lumilitaw sa puwang sa pagitan ng mga plato. Ang lahat ng mga ito ay nagsisimulang lumipat sa ilalim ng pagkilos ng patlang na nilikha ng mga singil sa mga plato ng kapasitor. Ang mga positibong ion ay lumilipat patungo sa katod. Ang mga negatibong ion at electron ay may posibilidad sa anode. Kaya, ang isang kasalukuyang ay ibinibigay sa puwang ng hangin.

Ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ay hindi sumusunod sa batas ng Ohm sa lahat ng mga lugar. Sa unang seksyon, ito ay gayon sa pagtaas ng boltahe, ang bilang ng mga ions ay tumataas at, dahil dito, ang kasalukuyang. Dagdag pa, ang saturation ay nangyayari sa pangalawang seksyon, iyon ay, na may pagtaas sa boltahe, ang kasalukuyang hindi tumataas. Dahil ang konsentrasyon ng mga ion ay pinakamataas at ang mga bago ay lilitaw lamang mula sa kahit saan.

Figure 3 - kasalukuyang-boltahe na katangian ng air gap

Sa ikatlong seksyon, mayroong muli ng pagtaas sa kasalukuyang may pagtaas ng boltahe. Ang seksyong ito ay tinatawag na self-discharge. Iyon ay, ang mga third-party na ionizer ay hindi na kailangan upang mapanatili ang kasalukuyang sa gas. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga electron sa mataas na boltahe ay tumatanggap ng sapat na enerhiya upang patumbahin ang iba pang mga electron mula sa mga atom sa kanilang sarili. Ang mga electron na ito naman ay nagpapatumba sa iba, at iba pa. Ang proseso ay parang avalanche. At ang pangunahing kondaktibiti sa gas ay ibinibigay na ng mga electron.

SA normal na kondisyon Ang mga gas ay dielectrics, dahil binubuo ng mga neutral na atomo at molekula, at wala silang sapat na bilang ng mga libreng singil. Ang mga gas ay nagiging konduktor lamang kapag sila ay na-ionize. Ang proseso ng ionization ng mga gas ay binubuo sa katotohanan na sa ilalim ng impluwensya ng anumang mga kadahilanan na ang isa o higit pang mga electron ay hiwalay mula sa atom. Bilang resulta, sa halip na isang neutral na atom, positibong ion At elektron.

Ang pagkasira ng mga molekula sa mga ions at electron ay tinatawag gas ionization.

Ang bahagi ng nabuong mga electron ay maaaring makuha ng iba pang mga neutral na atomo, at pagkatapos ay lilitaw negatibong sisingilin ang mga ion.

Kaya, mayroong tatlong uri ng mga tagadala ng singil sa isang ionized na gas: mga electron, mga positibong ion, at mga negatibo.

Ang paghihiwalay ng isang elektron mula sa isang atom ay nangangailangan ng paggasta ng isang tiyak na enerhiya - enerhiya ng ionization W ako. Ang enerhiya ng ionization ay nakasalalay sa likas na kemikal ng gas at ang estado ng enerhiya ng elektron sa atom. Kaya, para sa detatsment ng unang elektron mula sa nitrogen atom, isang enerhiya na 14.5 eV ang ginugol, at para sa detatsment ng pangalawang electron - 29.5 eV, para sa detatsment ng pangatlo - 47.4 eV.

Ang mga salik na nagdudulot ng gas ionization ay tinatawag mga ionizer.

May tatlong uri ng ionization: thermal ionization, photoionization at impact ionization.

Thermal ionization ay nangyayari bilang resulta ng banggaan ng mga atom o molekula ng isang gas sa mataas na temperatura, kung ang kinetic energy ng relatibong paggalaw ng nagbabanggaan na mga particle ay lumampas sa nagbubuklod na enerhiya ng isang electron sa isang atom.

Photoionization nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng electromagnetic radiation (ultraviolet, X-ray o γ-radiation), kapag ang enerhiya na kinakailangan upang matanggal ang isang electron mula sa isang atom ay inilipat dito sa pamamagitan ng isang radiation quantum.

Ionization sa pamamagitan ng epekto ng elektron(o epekto ionization) ay ang pagbuo ng mga positibong sisingilin na mga ion bilang resulta ng mga banggaan ng mga atomo o molekula na may mabilis na mga electron na may mataas na kinetic energy.

Ang proseso ng gas ionization ay palaging sinamahan ng kabaligtaran na proseso ng pagbawi ng mga neutral na molekula mula sa magkasalungat na sisingilin na mga ion dahil sa kanilang elektrikal na pagkahumaling. Ang kababalaghang ito ay tinatawag recombination. Sa panahon ng recombination, ang enerhiya ay inilabas na katumbas ng enerhiya na ginugol sa ionization. Ito ay maaaring maging sanhi, halimbawa, gas glow.

Kung ang pagkilos ng ionizer ay hindi nagbabago, pagkatapos ay ang dynamic na equilibrium ay itinatag sa ionized gas, kung saan ang bilang ng maraming mga molekula ay naibalik sa bawat yunit ng oras habang sila ay nabubulok sa mga ion. Sa kasong ito, ang konsentrasyon ng mga sisingilin na particle sa ionized gas ay nananatiling hindi nagbabago. Kung, gayunpaman, ang pagkilos ng ionizer ay tumigil, pagkatapos ay ang recombination ay magsisimulang mangingibabaw sa ionization, at ang bilang ng mga ion ay mabilis na bababa sa halos zero. Dahil dito, ang pagkakaroon ng mga sisingilin na particle sa isang gas ay isang pansamantalang kababalaghan (hangga't ang ionizer ay gumagana).

Sa kawalan ng isang panlabas na field, ang mga sisingilin na particle ay random na gumagalaw.

paglabas ng gas

Kapag ang isang ionized gas ay inilagay sa isang electric field, ang mga puwersa ng kuryente ay nagsisimulang kumilos sa mga libreng singil, at sila ay naaanod parallel sa mga linya ng pag-igting: mga electron at negatibong mga ion - sa anode, mga positibong ion - sa katod (Larawan 1) . Sa mga electrodes, ang mga ion ay nagiging neutral na mga atomo sa pamamagitan ng pag-donate o pagtanggap ng mga electron, sa gayon ay nakumpleto ang circuit. Ang isang electric current ay nabuo sa gas.

Agos ng kuryente sa mga gas ay ang direktang paggalaw ng mga ions at electron.

Ang electric current sa mga gas ay tinatawag paglabas ng gas.

Ang kabuuang kasalukuyang sa gas ay binubuo ng dalawang stream ng mga sisingilin na particle: ang stream na papunta sa cathode at ang stream na nakadirekta sa anode.

Pinagsasama ng mga gas ang electronic conductivity, katulad ng conductivity ng mga metal, na may ionic conductivity, katulad ng conductivity may tubig na solusyon o natutunaw ang electrolyte.

Kaya, ang conductivity ng mga gas ay may ion-electronic na karakter.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga gas ay hindi nagsasagawa ng kuryente dahil ang kanilang mga molekula ay neutral sa kuryente. Halimbawa, ang tuyong hangin ay isang mahusay na insulator, dahil maaari nating i-verify sa tulong ng pinakasimpleng mga eksperimento sa electrostatics. Gayunpaman, ang hangin at iba pang mga gas ay nagiging conductor ng electric current kung ang mga ion ay nilikha sa kanila sa isang paraan o iba pa.

kanin. 100. Ang hangin ay nagiging conductor ng electric current kung ito ay ionized

Ang pinakasimpleng eksperimento na naglalarawan ng conductivity ng hangin sa panahon ng ionization nito sa pamamagitan ng apoy ay ipinapakita sa Fig. 100: Ang singil sa mga plato, na nananatili sa mahabang panahon, ay mabilis na naglaho kapag ang isang naiilawan na posporo ay ipinakilala sa espasyo sa pagitan ng mga plato.

Paglabas ng gas. Ang proseso ng pagdaan ng electric current sa pamamagitan ng gas ay karaniwang tinatawag na gas discharge (o isang electric discharge sa isang gas). Ang mga discharge ng gas ay nahahati sa dalawang uri: independiyente at hindi nakakapagpapanatili sa sarili.

Kategorya na hindi sapat sa sarili. Ang paglabas sa isang gas ay tinatawag na hindi nakapagpapatibay sa sarili kung ang isang panlabas na mapagkukunan ay kinakailangan upang mapanatili ito.

ionization. Ang mga ions sa isang gas ay maaaring mabuo sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, X-ray at ultraviolet radiation, radioactivity, cosmic rays, atbp. Sa lahat ng mga kasong ito, isa o higit pang mga electron ang inilalabas mula sa electron shell ng isang atom o molekula. Bilang resulta, lumilitaw ang mga positibong ion at libreng elektron sa gas. Ang mga inilabas na electron ay maaaring sumali sa mga neutral na atomo o molekula, na nagiging mga negatibong ion.

Ionization at recombination. Kasabay ng mga proseso ng ionization sa gas, nangyayari rin ang mga reverse recombination na proseso: kapag pinagsama, ang mga positibo at negatibong ion o positibong mga ion at mga electron ay bumubuo ng mga neutral na molekula o atomo.

Ang pagbabago sa konsentrasyon ng ion sa oras, dahil sa patuloy na pinagmumulan ng mga proseso ng ionization at recombination, ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod. Ipagpalagay natin na ang pinagmumulan ng ionization ay lumilikha ng mga positibong ion bawat yunit ng dami ng gas bawat yunit ng oras at ang parehong bilang ng mga electron. Kung walang electric current sa gas at ang pagtakas ng mga ion mula sa isinasaalang-alang na dami dahil sa pagsasabog ay maaaring mapabayaan, kung gayon ang tanging mekanismo para sa pagbawas ng konsentrasyon ng ion ay recombination.

Ang recombination ay nangyayari kapag ang isang positibong ion ay nakakatugon sa isang elektron. Ang bilang ng mga naturang pagpupulong ay proporsyonal sa parehong bilang ng mga ion at bilang ng mga libreng electron, iyon ay, proporsyonal sa . Samakatuwid, ang pagbaba sa bilang ng mga ion kada yunit ng volume kada yunit ng oras ay maaaring isulat bilang , kung saan ang a ay isang pare-parehong halaga na tinatawag na recombination coefficient.

Sa ilalim ng bisa ng mga ipinakilalang pagpapalagay, ang balanse equation para sa mga ion sa isang gas ay maaaring isulat sa anyo

Hindi namin ito malulutas differential equation V pangkalahatang pananaw, at isaalang-alang ang ilang kawili-wiling mga espesyal na kaso.

Una sa lahat, tandaan namin na ang mga proseso ng ionization at recombination pagkatapos ng ilang oras ay dapat magbayad sa bawat isa at ang isang pare-parehong konsentrasyon ay maitatag sa gas, makikita na sa

Ang nakatigil na konsentrasyon ng ion ay mas malaki, mas malakas ang ionization source at mas maliit ang recombination coefficient a.

Pagkatapos patayin ang ionizer, ang pagbaba sa konsentrasyon ng ion ay inilalarawan ng equation (1), kung saan kinakailangang kunin bilang paunang halaga ng konsentrasyon

Ang muling pagsusulat ng equation na ito sa anyo pagkatapos ng pagsasama, makuha namin

Ang graph ng function na ito ay ipinapakita sa Fig. 101. Ito ay isang hyperbola na ang mga asymptotes ay ang time axis at ang vertical na linya. Siyempre, pisikal na kahulugan mayroon lamang isang seksyon ng hyperbola na tumutugma sa mga halaga. Napansin namin ang mabagal na katangian ng pagbaba ng konsentrasyon sa oras kung ihahambing sa mga proseso ng exponential decay na madalas na nakatagpo sa pisika, na natanto kapag ang rate ng pagbaba ng isang dami ay proporsyonal sa unang kapangyarihan ng agarang halaga ng dami na ito.

kanin. 101. Ang pagbaba sa konsentrasyon ng mga ions sa gas pagkatapos patayin ang pinagmulan ng ionization

Non-self conduction. Ang proseso ng pagpapababa ng konsentrasyon ng mga ions pagkatapos ng pagwawakas ng pagkilos ng ionizer ay makabuluhang pinabilis kung ang gas ay nasa isang panlabas na electric field. Sa pamamagitan ng paghila ng mga electron at ions papunta sa mga electrodes, ang electric field ay maaaring napakabilis na mapawalang-bisa ang electrical conductivity ng gas sa kawalan ng isang ionizer.

Upang maunawaan ang mga batas ng isang di-nakapagpapatuloy na paglabas, isaalang-alang natin para sa pagiging simple ang kaso kapag ang kasalukuyang sa isang gas na na-ionize ng isang panlabas na pinagmumulan ay dumadaloy sa pagitan ng dalawang flat electrodes na parallel sa isa't isa. Sa kasong ito, ang mga ions at electron ay nasa isang pare-parehong electric field ng lakas E, katumbas ng ratio ng boltahe na inilapat sa mga electrodes sa distansya sa pagitan nila.

Ang kadaliang mapakilos ng mga electron at ion. Sa isang pare-parehong inilapat na boltahe, ang isang tiyak na pare-pareho ang kasalukuyang lakas 1 ay itinatag sa circuit. Nangangahulugan ito na ang mga electron at ion sa isang ionized gas ay gumagalaw sa pare-pareho ang bilis. Upang ipaliwanag ang katotohanang ito, dapat nating ipagpalagay na bilang karagdagan sa patuloy na pagpapabilis ng puwersa electric field ang mga gumagalaw na ions at electron ay apektado ng mga puwersa ng paglaban na tumataas sa pagtaas ng bilis. Inilalarawan ng mga puwersang ito ang karaniwang epekto ng mga banggaan ng mga electron at ion na may neutral na mga atomo at mga molekula ng gas. Sa pamamagitan ng mga puwersa ng paglaban

itinakda sa karaniwan pare-pareho ang bilis mga electron at ion, proporsyonal sa lakas E ng electric field:

Ang mga coefficient ng proporsyonalidad ay tinatawag na electron at ion mobility. Ang mga mobility ng mga ions at electron ay mayroon iba't ibang kahulugan at depende sa uri ng gas, density nito, temperatura, atbp.

Ang densidad ng electric current, ibig sabihin, ang singil na dinadala ng mga electron at ions sa bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng isang unit area, ay ipinahayag sa mga tuntunin ng konsentrasyon ng mga electron at ions, ang kanilang mga singil at ang bilis ng steady motion.

Quasi-neutrality. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang isang ionized gas sa kabuuan ay electrically neutral, o, gaya ng sinasabi nila, quasi-neutral, dahil sa maliliit na volume na naglalaman ng medyo maliit na bilang ng mga electron at ions, ang kondisyon ng electrical neutrality ay maaaring lumabag. Nangangahulugan ito na ang relasyon

Kasalukuyang density sa di-self-sustained discharge. Upang makuha ang batas ng pagbabago sa konsentrasyon ng kasalukuyang mga carrier na may oras sa panahon ng isang di-self-sustained discharge sa isang gas, kinakailangan, kasama ang mga proseso ng ionization ng isang panlabas na mapagkukunan at recombination, upang isaalang-alang ang pagtakas ng mga electron at ion sa mga electrodes. Ang bilang ng mga particle na umaalis sa bawat yunit ng oras sa bawat lugar na elektrod mula sa lakas ng tunog ay katumbas ng Ang rate ng pagbaba sa konsentrasyon ng naturang mga particle, nakukuha natin sa pamamagitan ng paghahati ng numerong ito sa dami ng gas sa pagitan ng mga electrodes. Samakatuwid, ang balanse equation sa halip na (1) sa pagkakaroon ng kasalukuyang ay isusulat sa form

Upang maitatag ang rehimen, kapag mula sa (8) nakuha namin

Ginagawang posible ng equation (9) na mahanap ang dependence ng steady-state current density sa isang non-self-sustained discharge sa inilapat na boltahe (o sa field strength E).

Dalawang limitadong kaso ang direktang nakikita.

Batas ni Ohm. Sa mababang boltahe, kapag sa equation (9) maaari nating pabayaan ang pangalawang termino sa kanang bahagi, pagkatapos nito makuha natin ang mga formula (7), mayroon tayong

Ang kasalukuyang density ay proporsyonal sa lakas ng inilapat na electric field. Kaya, para sa isang di-self-sustaining gas discharge sa mahinang electric field, ang batas ng Ohm ay nasiyahan.

Kasalukuyang saturation. Sa mababang konsentrasyon ng mga electron at ions sa equation (9), maaari nating pabayaan ang una (quadratic sa mga tuntunin ng mga termino sa kanang bahagi. Sa pagtatantya na ito, ang kasalukuyang density vector ay nakadirekta sa kahabaan ng lakas ng electric field, at nito modulus

ay hindi nakasalalay sa inilapat na boltahe. Ang resulta na ito ay wasto para sa malalakas na electric field. Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang kasalukuyang saturation.

Parehong itinuturing na naglilimita sa mga kaso ay maaaring imbestigahan nang hindi tumutukoy sa equation (9). Gayunpaman, sa ganitong paraan imposibleng masubaybayan kung paano, habang tumataas ang boltahe, ang paglipat mula sa batas ng Ohm sa isang hindi linear na pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ay nangyayari.

Sa unang paglilimita ng kaso, kapag ang kasalukuyang ay napakaliit, ang pangunahing mekanismo para sa pag-alis ng mga electron at ions mula sa discharge na rehiyon ay recombination. Samakatuwid, para sa nakatigil na konsentrasyon, maaaring gamitin ang expression (2), na, kapag (7) ay isinasaalang-alang, agad na nagbibigay ng formula (10). Sa pangalawang kaso ng paglilimita, sa kabaligtaran, ang recombination ay napapabayaan. Sa isang malakas na electric field, ang mga electron at ion ay walang oras upang kapansin-pansing muling pagsasama-sama sa panahon ng paglipad mula sa isang electrode patungo sa isa pa kung ang kanilang konsentrasyon ay sapat na mababa. Pagkatapos ang lahat ng mga electron at ion na nabuo ng panlabas na mapagkukunan ay umaabot sa mga electrodes at ang kabuuang kasalukuyang density ay katumbas ng Ito ay proporsyonal sa haba ng silid ng ionization, dahil kabuuang bilang ginawa ng ionizer ng mga electron at ions na proporsyon sa I.

Pang-eksperimentong pag-aaral ng paglabas ng gas. Ang mga konklusyon ng teorya ng non-self-sustaining gas discharge ay kinumpirma ng mga eksperimento. Upang pag-aralan ang isang discharge sa isang gas, ito ay maginhawang gumamit ng isang glass tube na may dalawang metal electrodes. Ang electrical circuit ng naturang pag-install ay ipinapakita sa fig. 102. Mobility

Ang mga electron at ions ay lubos na nakadepende sa presyon ng gas (inversely proportional sa pressure), kaya maginhawang magsagawa ng mga eksperimento sa pinababang presyon.

Sa fig. Ipinapakita ng 103 ang pag-asa ng kasalukuyang I sa tubo sa boltahe na inilapat sa mga electrodes ng tubo. Ang ionization sa tubo ay maaaring malikha, halimbawa, sa pamamagitan ng x-ray o ultraviolet rays, o sa pamamagitan ng paggamit ng mahinang radioactive na paghahanda. Mahalaga lamang na ang panlabas na pinagmulan ng ion ay nananatiling hindi nagbabago.

kanin. 102. Diagram ng isang installation para sa pag-aaral ng gas discharge

kanin. 103. Pang-eksperimentong kasalukuyang-boltahe na katangian ng isang paglabas ng gas

Sa seksyon, ang kasalukuyang lakas ay hindi linearly na umaasa sa boltahe. Simula sa punto B, ang kasalukuyang umabot sa saturation at nananatiling pare-pareho sa ilang distansya. Ang lahat ng ito ay pare-pareho sa mga teoretikal na hula.

Ranggo sa sarili. Gayunpaman, sa punto C, ang kasalukuyang ay nagsisimulang tumaas muli, sa una ay dahan-dahan, at pagkatapos ay napakalinaw. Nangangahulugan ito na ang isang bago, panloob na pinagmumulan ng mga ion ay lumitaw sa gas. Kung aalisin natin ngayon ang panlabas na pinagmumulan, kung gayon ang paglabas sa gas ay hindi titigil, ibig sabihin, ito ay pumasa mula sa isang di-nakapagpapatuloy na paglabas sa isang independyente. Sa isang self-discharge, ang pagbuo ng mga bagong electron at ions ay nangyayari bilang isang resulta ng mga panloob na proseso sa gas mismo.

Ionization sa pamamagitan ng epekto ng elektron. Ang pagtaas ng kasalukuyang sa panahon ng paglipat mula sa isang di-self-sustained discharge sa isang independiyenteng isa ay nangyayari tulad ng isang avalanche at tinatawag na electrical breakdown ng gas. Ang boltahe kung saan nangyayari ang pagkasira ay tinatawag na boltahe ng pag-aapoy. Depende ito sa uri ng gas at sa produkto ng presyon ng gas at ang distansya sa pagitan ng mga electrodes.

Ang mga proseso sa gas na responsable para sa pagtaas ng tulad ng avalanche sa kasalukuyang lakas na may pagtaas ng inilapat na boltahe ay nauugnay sa ionization ng mga neutral na atom o molekula ng gas sa pamamagitan ng mga libreng electron na pinabilis ng electric field sa isang sapat na.

malalaking enerhiya. Ang kinetic energy ng isang electron bago ang susunod na banggaan sa isang neutral na atom o molekula ay proporsyonal sa lakas ng electric field E at ang libreng landas ng electron X:

Kung ang enerhiya na ito ay sapat upang ionize ang isang neutral na atom o molekula, ibig sabihin, ay lumampas sa gawain ng ionization

pagkatapos kapag ang isang electron ay bumangga sa isang atom o molekula, sila ay ionized. Ang resulta ay dalawang electron sa halip na isa. Ang mga ito naman, ay pinabilis ng isang electric field at nag-ionize ng mga atom o molekula na nakatagpo sa kanilang daan, atbp. Ang proseso ay bubuo tulad ng isang avalanche at tinatawag na isang electron avalanche. Ang inilarawan na mekanismo ng ionization ay tinatawag na electron impact ionization.

Isang eksperimental na patunay na ang ionization ng neutral na mga atom ng gas ay nangyayari pangunahin dahil sa mga epekto ng mga electron, at hindi ng mga positibong ion, ay ibinigay ni J. Townsend. Kumuha siya ng isang ionization chamber sa anyo ng isang cylindrical capacitor, ang panloob na elektrod na kung saan ay isang manipis na metal thread na nakaunat sa kahabaan ng axis ng silindro. Sa gayong silid, ang accelerating electric field ay lubos na hindi homogenous, at ang pangunahing papel sa ionization ay nilalaro ng mga particle na pumapasok sa rehiyon ng pinakamalakas na field malapit sa filament. Ipinapakita ng karanasan na para sa parehong boltahe sa pagitan ng mga electrodes, mas malaki ang discharge current kapag ang positibong potensyal ay inilapat sa filament at hindi sa panlabas na silindro. Sa kasong ito na ang lahat ng mga libreng electron na lumilikha ng kasalukuyang kinakailangang dumaan sa rehiyon ng pinakamalakas na larangan.

Paglabas ng mga electron mula sa katod. Ang isang self-sustained discharge ay maaari lamang maging hindi gumagalaw kung ang mga bagong libreng electron ay patuloy na lumilitaw sa gas, dahil ang lahat ng mga electron na lumilitaw sa avalanche ay umaabot sa anode at tinanggal mula sa laro. Ang mga bagong electron ay pinaalis sa cathode ng mga positibong ion, na, kapag lumilipat patungo sa katod, ay pinabilis din ng electric field at nakakakuha ng sapat na enerhiya para dito.

Ang katod ay maaaring maglabas ng mga electron hindi lamang bilang resulta ng pagbobomba ng ion, kundi pati na rin nang nakapag-iisa, kapag pinainit sa mataas na temperatura. Ang prosesong ito ay tinatawag na thermionic emission, maaari itong ituring bilang isang uri ng pagsingaw ng mga electron mula sa metal. Kadalasan ito ay nangyayari sa gayong mga temperatura, kapag ang pagsingaw ng materyal na katod mismo ay maliit pa rin. Sa kaso ng isang self-sustained gas discharge, ang katod ay karaniwang pinainit nang wala

filament, tulad ng sa mga vacuum tubes, ngunit dahil sa paglabas ng init kapag binomba ng mga positibong ion. Samakatuwid, ang katod ay naglalabas ng mga electron kahit na ang enerhiya ng mga ion ay hindi sapat upang patumbahin ang mga electron.

Ang isang self-sustained discharge sa isang gas ay nangyayari hindi lamang bilang isang resulta ng isang paglipat mula sa isang di-self-sustaining isa na may pagtaas sa boltahe at ang pag-alis ng isang panlabas na pinagmulan ng ionization, ngunit din sa direktang paggamit ng isang boltahe na lumampas sa boltahe ng threshold ng ignisyon. Ang teorya ay nagpapakita na ang pinakamaliit na halaga ng mga ions, na palaging naroroon sa isang neutral na gas, kung dahil lamang sa natural na radioactive background, ay sapat na upang mag-apoy sa discharge.

Depende sa mga katangian at presyon ng gas, ang pagsasaayos ng mga electrodes, at ang boltahe na inilapat sa mga electrodes, ang iba't ibang uri ng self-discharge ay posible.

Nauusok na discharge. Sa mababang presyon(sampu at daan-daang isang milimetro ng mercury) isang glow discharge ay sinusunod sa tubo. Upang mag-apoy ng glow discharge, sapat na ang boltahe ng ilang daan o kahit sampu-sampung volts. Apat na katangian na rehiyon ang maaaring makilala sa glow discharge. Ito ang madilim na espasyo ng cathode, ang nagbabagang (o negatibong) glow, ang madilim na espasyo ng Faraday, at ang maliwanag na positibong column na sumasakop sa karamihan ng espasyo sa pagitan ng anode at cathode.

Ang unang tatlong rehiyon ay matatagpuan malapit sa katod. Ito ay kung saan ito nangyayari matalim na patak potensyal na nauugnay sa isang mataas na konsentrasyon ng mga positibong ions sa hangganan ng cathode madilim na espasyo at glow glow. Ang mga electron na pinabilis sa rehiyon ng cathode dark space ay gumagawa ng matinding epekto ng ionization sa glow region. Ang nagbabagang glow ay dahil sa recombination ng mga ions at electron sa neutral atoms o molecules. Ang positibong column ng discharge ay nailalarawan sa pamamagitan ng bahagyang pagbaba sa potensyal at isang glow na dulot ng pagbabalik ng mga excited na atom o molekula ng gas sa ground state.

Paglabas ng Corona. Sa medyo mataas na presyon sa gas (sa pagkakasunud-sunod ng presyur sa atmospera), malapit sa matulis na mga seksyon ng konduktor, kung saan ang electric field ay malakas na inhomogeneous, isang discharge ay sinusunod, ang makinang na rehiyon kung saan ay kahawig ng isang korona. Minsan nangyayari ang paglabas ng Corona sa mga natural na kondisyon sa tuktok ng mga puno, palo ng barko, atbp. ("Mga apoy ni St. Elmo"). Ang paglabas ng corona ay dapat isaalang-alang sa high voltage engineering kapag ang discharge na ito ay nangyayari sa paligid ng mga wire ng mataas na boltahe na mga linya ng kuryente at humantong sa pagkawala ng kuryente. Kapaki-pakinabang praktikal na gamit Ang paglabas ng corona ay matatagpuan sa mga electrostatic precipitator para sa paglilinis ng mga pang-industriya na gas mula sa mga impurities ng solid at liquid particle.

Sa pagtaas ng boltahe sa pagitan ng mga electrodes, ang paglabas ng corona ay nagiging isang spark na may kumpletong pagkasira ng agwat sa pagitan

mga electrodes. Ito ay may anyo ng isang sinag ng maliwanag na zigzag na sumasanga na mga channel, na agad na tumagos sa discharge gap at kakaibang pinapalitan ang isa't isa. Ang paglabas ng spark ay sinamahan ng pagpapalabas ng isang malaking halaga ng init, isang maliwanag na mala-bughaw na puting glow at malakas na pagkaluskos. Maaari itong maobserbahan sa pagitan ng mga bola ng electrophore machine. Ang isang halimbawa ng isang higanteng paglabas ng spark ay natural na kidlat, kung saan ang kasalukuyang lakas ay umabot sa 5-105 A, at ang potensyal na pagkakaiba ay 109 V.

Dahil ang spark discharge ay nangyayari sa atmospheric (at mas mataas) na presyon, ang boltahe ng pag-aapoy ay napakataas: sa tuyong hangin, na may distansya sa pagitan ng mga electrodes na 1 cm, ito ay tungkol sa 30 kV.

Electric arc. Ang isang tiyak na praktikal na mahalagang uri ng independiyenteng paglabas ng gas ay isang electric arc. Kapag ang dalawang carbon o metal na electrodes ay nagkadikit, ang malaking halaga ng init ay inilabas sa punto ng kanilang pakikipag-ugnay dahil sa mataas na paglaban sa pakikipag-ugnay. Bilang isang resulta, ang thermionic emission ay nagsisimula, at kapag ang mga electrodes ay inilipat sa pagitan ng mga ito, isang maliwanag na maliwanag na arko ang bumangon mula sa isang mataas na ionized, well-conducting gas. Ang kasalukuyang lakas kahit na sa isang maliit na arko ay umabot sa ilang amperes, at sa isang malaking arko - ilang daang amperes sa boltahe na humigit-kumulang 50 V. Ang electric arc ay malawakang ginagamit sa teknolohiya bilang isang malakas na pinagmumulan ng ilaw, sa mga electric furnace at para sa electric welding . isang mahinang retarding field na may boltahe na humigit-kumulang 0.5 V. Pinipigilan ng field na ito ang mabagal na mga electron na maabot ang anode. Ang mga electron ay ibinubuga ng cathode K na pinainit ng electric current.

Sa fig. Ipinapakita ng 105 ang pag-asa ng kasalukuyang lakas sa anode circuit sa accelerating na boltahe na nakuha sa mga eksperimentong ito. Ang dependence na ito ay may hindi monotonic na karakter na may maxima sa mga boltahe na maramihang 4.9 V.

Discreteness ng mga antas ng atomic energy. Ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ay maipaliwanag lamang sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga discrete stationary states sa mga mercury atoms. Kung ang atom ay walang discrete stationary states, ibig sabihin, ang panloob na enerhiya nito ay maaaring tumagal sa anumang mga halaga, kung gayon ang hindi nababanat na banggaan, na sinamahan ng pagtaas ng panloob na enerhiya ng atom, ay maaaring mangyari sa anumang enerhiya ng elektron. Kung mayroong mga discrete state, kung gayon ang mga banggaan ng mga electron na may mga atomo ay maaari lamang maging elastic, hangga't ang enerhiya ng mga electron ay hindi sapat upang ilipat ang atom mula sa ground state patungo sa pinakamababang excited na estado.

Sa panahon ng nababanat na banggaan, ang kinetic energy ng mga electron ay halos hindi nagbabago, dahil ang mass ng isang electron ay mas mababa kaysa sa mass ng isang mercury atom. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang bilang ng mga electron na umaabot sa anode ay tumataas nang monotonically sa pagtaas ng boltahe. Kapag ang accelerating boltahe ay umabot sa 4.9 V, ang mga banggaan ng mga electron na may mga atom ay nagiging hindi nababanat. Ang panloob na enerhiya ng mga atomo ay biglang tumaas, at ang elektron ay nawawala ang halos lahat ng kinetic energy nito bilang resulta ng banggaan.

Ang retarding field ay hindi rin pinapayagan ang mabagal na mga electron na maabot ang anode, at ang kasalukuyang bumababa nang husto. Ito ay hindi naglalaho lamang dahil ang ilan sa mga electron ay umabot sa grid nang hindi nakakaranas ng hindi nababanat na banggaan. Ang pangalawa at kasunod na maxima ng kasalukuyang lakas ay nakuha dahil sa mga boltahe na multiple ng 4.9 V, ang mga electron sa kanilang daan patungo sa grid ay maaaring makaranas ng ilang inelastic na banggaan sa mga mercury atoms.

Kaya, ang electron ay nakakakuha ng enerhiya na kinakailangan para sa hindi nababanat na banggaan lamang pagkatapos na dumaan sa isang potensyal na pagkakaiba na 4.9 V. Nangangahulugan ito na ang panloob na enerhiya ng mga mercury atoms ay hindi maaaring magbago ng isang halaga na mas mababa sa eV, na nagpapatunay sa discreteness ng spectrum ng enerhiya ng isang atom. Ang bisa ng konklusyon na ito ay kinumpirma din ng katotohanan na sa isang boltahe ng 4.9 V ang paglabas ay nagsisimulang lumiwanag: nasasabik na mga atomo sa panahon ng kusang

mga transition sa ground state emit nakikitang liwanag, ang dalas nito ay tumutugma sa nakalkula ng formula

Sa mga klasikal na eksperimento nina Frank at Hertz, tinutukoy ng paraan ng epekto ng elektron hindi lamang ang mga potensyal na paggulo, kundi pati na rin ang mga potensyal na ionization ng isang bilang ng mga atom.

Magbigay ng halimbawa ng isang electrostatic experiment na nagpapakita na ang dry air ay isang magandang insulator.

Nasaan ang mga katangian ng insulating ng hangin na ginagamit sa engineering?

Ano ang hindi nakakapagpatuloy na paglabas ng gas? Sa ilalim ng anong mga kondisyon ito tumatakbo?

Ipaliwanag kung bakit ang rate ng pagbaba ng konsentrasyon dahil sa recombination ay proporsyonal sa parisukat ng konsentrasyon ng mga electron at ion. Bakit maaaring ituring na pareho ang mga konsentrasyong ito?

Bakit walang katuturan para sa batas ng pagbaba ng konsentrasyon na ipinahayag ng pormula (3) na ipakilala ang konsepto ng katangian ng oras, na malawakang ginagamit para sa mga proseso ng exponentially nabubulok, bagama't sa parehong mga kaso ang mga proseso ay nagpapatuloy, sa pangkalahatan, para sa isang walang katapusan na haba oras?

Sa iyong palagay, bakit pinili ang magkasalungat na mga palatandaan sa mga kahulugan ng mobility sa mga formula (4) para sa mga electron at ion?

Paano nakadepende sa inilapat na boltahe ang kasalukuyang lakas sa isang non-self-sustaining gas discharge? Bakit nangyayari ang paglipat mula sa batas ng Ohm sa kasalukuyang saturation sa pagtaas ng boltahe?

Ang electric current sa isang gas ay isinasagawa ng parehong mga electron at ions. Gayunpaman, ang mga singil ng isang tanda lamang ay dumarating sa bawat isa sa mga electrodes. Paano ito sumasang-ayon sa katotohanan na sa lahat ng mga seksyon ng isang serye ng circuit ang kasalukuyang lakas ay pareho?

Bakit ang mga electron sa halip na mga positibong ion ay gumaganap ng pinakamalaking papel sa gas ionization sa isang discharge dahil sa mga banggaan?

Ilarawan katangian iba't ibang uri independiyenteng paglabas ng gas.

Bakit ang mga resulta ng mga eksperimento nina Frank at Hertz ay nagpapatotoo sa discreteness ng mga antas ng enerhiya ng mga atom?

Ilarawan ang mga pisikal na proseso na nagaganap sa gas discharge tube sa mga eksperimento nina Frank at Hertz habang tumataas ang pabilis na boltahe.

Walang ganap na dielectrics sa kalikasan. Ang iniutos na paggalaw ng mga particle - mga carrier ng electric charge - iyon ay, kasalukuyang, ay maaaring sanhi sa anumang daluyan, ngunit nangangailangan ito ng mga espesyal na kondisyon. Isasaalang-alang natin dito kung paano nagpapatuloy ang mga electrical phenomena sa mga gas at kung paano mababago ang isang gas mula sa isang napakahusay na dielectric sa isang napakahusay na konduktor. Magiging interesado kami sa mga kondisyon kung saan ito lumitaw, at din sa kung anong mga tampok ang electric current sa mga gas ay nailalarawan.

Mga elektrikal na katangian ng mga gas

Ang isang dielectric ay isang sangkap (medium) kung saan ang konsentrasyon ng mga particle - mga libreng carrier ng isang electric charge - ay hindi umabot sa anumang makabuluhang halaga, bilang isang resulta kung saan ang conductivity ay bale-wala. Ang lahat ng mga gas ay mahusay na dielectrics. Ang kanilang mga katangian ng insulating ay ginagamit sa lahat ng dako. Halimbawa, sa anumang circuit breaker, ang pagbubukas ng circuit ay nangyayari kapag ang mga contact ay dinala sa isang posisyon na ang isang air gap ay bumubuo sa pagitan nila. Ang mga wire sa mga linya ng kuryente ay nakahiwalay din sa isa't isa ng isang air layer.

Ang yunit ng istruktura ng anumang gas ay isang molekula. Binubuo ito ng atomic nuclei at electron clouds, iyon ay, ito ay isang koleksyon ng mga electric charge na ipinamamahagi sa espasyo sa ilang paraan. Ang isang molekula ng gas ay maaaring dahil sa mga kakaibang istraktura nito o maging polarized sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electric field. Ang karamihan sa mga molekula na bumubuo sa isang gas ay neutral sa kuryente sa ilalim ng normal na mga kondisyon, dahil ang mga singil sa mga ito ay magkakansela sa isa't isa.

Kung ang isang electric field ay inilapat sa gas, ang mga molekula ay ipapalagay ang isang dipole na oryentasyon, na sumasakop sa isang spatial na posisyon na nagbabayad para sa epekto ng patlang. Ang mga sisingilin na particle na naroroon sa gas sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng Coulomb ay magsisimulang gumalaw: mga positibong ion - sa direksyon ng katod, mga negatibong ion at mga electron - patungo sa anode. Gayunpaman, kung ang patlang ay may hindi sapat na potensyal, ang isang solong nakadirekta na daloy ng mga singil ay hindi lilitaw, at ang isa ay maaaring magsalita ng hiwalay na mga alon, napakahina na dapat silang pabayaan. Ang gas ay kumikilos tulad ng isang dielectric.

Kaya, para sa paglitaw ng isang electric current sa mga gas, isang mataas na konsentrasyon ng mga carrier ng libreng bayad at ang pagkakaroon ng isang patlang ay kinakailangan.

Ionization

Ang proseso ng isang mala-avalanche na pagtaas sa bilang ng mga libreng singil sa isang gas ay tinatawag na ionization. Alinsunod dito, ang isang gas kung saan mayroong isang malaking halaga ng mga sisingilin na mga particle ay tinatawag na ionized. Nasa ganitong mga gas na nalikha ang isang electric current.

Ang proseso ng ionization ay nauugnay sa isang paglabag sa neutralidad ng mga molekula. Bilang isang resulta ng detatsment ng isang elektron, lumilitaw ang mga positibong ion, ang pagkakabit ng isang elektron sa isang molekula ay humahantong sa pagbuo ng isang negatibong ion. Bilang karagdagan, mayroong maraming mga libreng electron sa isang ionized gas. Ang mga positibong ion at lalo na ang mga electron ay ang pangunahing tagapagdala ng singil para sa electric current sa mga gas.

Ang ionization ay nangyayari kapag ang isang tiyak na halaga ng enerhiya ay ibinibigay sa isang particle. Kaya, ang isang panlabas na elektron sa komposisyon ng isang molekula, na natanggap ang enerhiya na ito, ay maaaring umalis sa molekula. Ang magkakasamang banggaan ng mga sisingilin na particle na may mga neutral ay humahantong sa pag-knock out ng mga bagong electron, at ang proseso ay nagkakaroon ng mala-avalanche na karakter. Ang kinetic energy ng mga particle ay tumataas din, na lubos na nagtataguyod ng ionization.

Saan nagmumula ang enerhiya na ginugol sa paggulo ng electric current sa mga gas? Ang ionization ng mga gas ay may ilang mga mapagkukunan ng enerhiya, ayon sa kung saan kaugalian na pangalanan ang mga uri nito.

1. Ionization sa pamamagitan ng isang electric field. Sa kasong ito, ang potensyal na enerhiya ng field ay na-convert sa kinetic energy ng mga particle.
2. Thermal ionization. Ang pagtaas ng temperatura ay humahantong din sa pagbuo ng isang malaking bilang ng mga libreng singil.
3. Photoionization. kakanyahan itong proseso sa katotohanan na ang enerhiya ay ibinibigay sa mga electron sa pamamagitan ng quanta ng electromagnetic radiation - mga photon, kung mayroon silang sapat na mataas na dalas (ultraviolet, x-ray, gamma quanta).
4. Ang epekto ng ionization ay ang resulta ng conversion ng kinetic energy ng nagbabanggaan na mga particle sa enerhiya ng electron detachment. Kasama ng thermal ionization, nagsisilbi itong pangunahing kadahilanan sa paggulo ng electric current sa mga gas.

Ang bawat gas ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na halaga ng threshold - ang enerhiya ng ionization na kinakailangan para sa isang electron na humiwalay mula sa isang molekula, na malampasan ang isang potensyal na hadlang. Ang halagang ito para sa unang electron ay umaabot mula sa ilang volts hanggang dalawang sampu ng volts; mas maraming enerhiya ang kailangan upang matanggal ang susunod na elektron mula sa molekula, at iba pa.

Dapat itong isaalang-alang na kasabay ng ionization sa gas, ang reverse na proseso ay nangyayari - recombination, iyon ay, ang pagpapanumbalik ng mga neutral na molekula sa ilalim ng pagkilos ng Coulomb na pwersa ng pagkahumaling.

Paglabas ng gas at mga uri nito

Kaya, ang electric current sa mga gas ay dahil sa iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field na inilapat sa kanila. Ang pagkakaroon ng naturang mga singil, sa turn, ay posible dahil sa iba't ibang mga kadahilanan ng ionization.

Kaya, ang thermal ionization ay nangangailangan ng makabuluhang temperatura, ngunit isang bukas na apoy dahil sa ilan mga proseso ng kemikal nagtataguyod ng ionization. Kahit na sa isang medyo mababang temperatura sa pagkakaroon ng isang apoy, ang hitsura ng isang electric current sa mga gas ay naitala, at ang pag-eksperimento sa gas conductivity ay ginagawang madali upang i-verify ito. Kinakailangan na ilagay ang apoy ng isang burner o kandila sa pagitan ng mga plato ng isang sisingilin na kapasitor. Ang circuit na dating bukas dahil sa air gap sa capacitor ay magsasara. Ang isang galvanometer na konektado sa circuit ay magpapakita ng pagkakaroon ng kasalukuyang.

Ang electric current sa mga gas ay tinatawag na gas discharge. Dapat tandaan na upang mapanatili ang katatagan ng paglabas, ang pagkilos ng ionizer ay dapat na pare-pareho, dahil dahil sa patuloy na recombination, ang gas ay nawawala ang mga electrically conductive properties nito. Ang ilang mga carrier ng electric current sa mga gas - ions - ay neutralized sa mga electrodes, ang iba - electron - pagkuha sa anode, ay ipinadala sa "plus" ng field source. Kung ang ionizing factor ay huminto sa paggana, ang gas ay agad na magiging isang dielectric muli, at ang kasalukuyang ay titigil. Ang nasabing isang kasalukuyang, na nakasalalay sa pagkilos ng isang panlabas na ionizer, ay tinatawag na isang non-self-sustained discharge.

Ang mga tampok ng pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng mga gas ay inilarawan ng isang espesyal na pag-asa ng kasalukuyang lakas sa boltahe - ang kasalukuyang-boltahe na katangian.

Isaalang-alang natin ang pagbuo ng isang paglabas ng gas sa graph ng kasalukuyang-boltahe na pag-asa. Kapag ang boltahe ay tumaas sa isang tiyak na halaga U 1, ang kasalukuyang pagtaas sa proporsyon dito, iyon ay, ang batas ng Ohm ay natutupad. Ang kinetic energy ay tumataas, at samakatuwid ay ang bilis ng mga singil sa gas, at ang prosesong ito ay nauuna sa recombination. Sa mga halaga ng boltahe mula U 1 hanggang U 2, ang relasyon na ito ay nilabag; kapag naabot ang U 2, ang lahat ng mga carrier ng singil ay umaabot sa mga electrodes nang hindi nagkakaroon ng oras upang muling pagsamahin. Ang lahat ng mga libreng singil ay kasangkot, at ang karagdagang pagtaas sa boltahe ay hindi humahantong sa pagtaas ng kasalukuyang. Ang likas na katangian ng paggalaw ng mga singil ay tinatawag na saturation current. Kaya, maaari nating sabihin na ang electric current sa mga gas ay dahil din sa mga kakaibang katangian ng pag-uugali ng isang ionized gas sa mga electric field ng iba't ibang lakas.

Kapag ang potensyal na pagkakaiba sa mga electrodes ay umabot sa isang tiyak na halaga U 3 , ang boltahe ay nagiging sapat para sa electric field na magdulot ng mala-avalanche na ionization ng gas. Ang kinetic energy ng mga libreng electron ay sapat na para sa impact ionization ng mga molecule. Kasabay nito, ang kanilang bilis sa karamihan ng mga gas ay humigit-kumulang 2000 km / s at mas mataas (ito ay kinakalkula ng tinatayang formula v=600 U i, kung saan ang U i ay ang potensyal ng ionization). Sa sandaling ito, ang isang gas breakdown ay nangyayari at isang makabuluhang pagtaas sa kasalukuyang nangyayari dahil sa isang panloob na pinagmulan ng ionization. Samakatuwid, ang naturang paglabas ay tinatawag na independyente.

Ang pagkakaroon ng isang panlabas na ionizer sa kasong ito ay hindi na gumaganap ng isang papel sa pagpapanatili ng isang electric current sa mga gas. Paglabas sa sarili iba't ibang kondisyon at may iba't ibang katangian ng pinagmulan ng electric field, maaari itong magkaroon ng ilang partikular na katangian. Mayroong mga uri ng self-discharge tulad ng glow, spark, arc at corona. Titingnan natin kung paano kumikilos ang electric current sa mga gas, sa madaling sabi para sa bawat isa sa mga uri na ito.

Ang isang potensyal na pagkakaiba mula sa 100 (at mas mababa pa) hanggang 1000 volts ay sapat na upang simulan ang isang self-discharge. Samakatuwid, ang isang glow discharge, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang mababang kasalukuyang lakas (mula 10 -5 A hanggang 1 A), ay nangyayari sa mga presyon na hindi hihigit sa ilang milimetro ng mercury.

Sa isang tubo na may bihirang gas at malamig na mga electrodes, ang lumalabas na glow discharge ay mukhang isang manipis na luminous cord sa pagitan ng mga electrodes. Kung ipagpapatuloy natin ang pagbomba ng gas palabas ng tubo, ang filament ay mahuhugasan, at sa mga presyon ng ikasampu ng milimetro ng mercury, halos ganap na napupuno ng glow ang tubo. Ang glow ay wala malapit sa cathode - sa tinatawag na dark cathode space. Ang natitira ay tinatawag na positibong haligi. Sa kasong ito, ang mga pangunahing proseso na tinitiyak ang pagkakaroon ng discharge ay naisalokal nang tumpak sa madilim na puwang ng katod at sa rehiyon na katabi nito. Dito, ang mga sisingilin na mga particle ng gas ay pinabilis, na nagpapalabas ng mga electron mula sa katod.

Sa isang glow discharge, ang sanhi ng ionization ay electron emission mula sa cathode. Ang mga electron na ibinubuga ng katod ay gumagawa ng epekto ng ionization ng mga molekula ng gas, ang mga umuusbong na positibong ion ay nagdudulot ng pangalawang paglabas mula sa katod, at iba pa. Ang glow ng positibong haligi ay higit sa lahat dahil sa pag-urong ng mga photon sa pamamagitan ng nasasabik na mga molekula ng gas, at ang iba't ibang mga gas ay nailalarawan sa pamamagitan ng glow ng isang tiyak na kulay. Ang positibong column ay nakikibahagi sa pagbuo ng isang glow discharge lamang bilang isang seksyon ng electrical circuit. Kung pinaglalapit mo ang mga electrodes, maaari mong makamit ang pagkawala ng positibong haligi, ngunit hindi titigil ang paglabas. Gayunpaman, na may karagdagang pagbawas sa distansya sa pagitan ng mga electrodes, hindi maaaring umiral ang glow discharge.

Dapat pansinin na para sa ganitong uri ng electric current sa mga gas, ang pisika ng ilang mga proseso ay hindi pa ganap na naipaliwanag. Halimbawa, ang likas na katangian ng mga puwersa na nagdudulot ng pagtaas sa kasalukuyang upang palawakin ang lugar sa ibabaw ng cathode na nakikibahagi sa paglabas ay nananatiling hindi maliwanag.

paglabas ng spark

May pulsed character ang Spark breakdown. Ito ay nangyayari sa mga pressure na malapit sa normal na atmospheric, sa mga kaso kung saan ang kapangyarihan ng pinagmumulan ng electric field ay hindi sapat upang mapanatili ang isang nakatigil na discharge. Sa kasong ito, ang lakas ng field ay mataas at maaaring umabot sa 3 MV/m. Ang kababalaghan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang matalim na pagtaas sa discharge electric current sa gas, sa parehong oras ang boltahe ay bumaba nang napakabilis, at ang paglabas ay huminto. Pagkatapos ang potensyal na pagkakaiba ay tataas muli, at ang buong proseso ay paulit-ulit.

Sa ganitong uri ng discharge, ang mga panandaliang spark channel ay nabuo, ang paglago nito ay maaaring magsimula mula sa anumang punto sa pagitan ng mga electrodes. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang epekto ionization ay nangyayari nang random sa mga lugar kung saan sa sandaling ito puro ang pinakamalaking bilang mga ion. Malapit sa spark channel, ang gas ay mabilis na uminit at sumasailalim sa thermal expansion, na nagiging sanhi acoustic waves. Samakatuwid, ang paglabas ng spark ay sinamahan ng pagkaluskos, pati na rin ang pagpapalabas ng init at isang maliwanag na glow. Ang mga proseso ng avalanche ionization ay nabubuo sa spark channel mataas na presyon at temperatura hanggang 10 thousand degrees at mas mataas.

Ang pinakakapansin-pansing halimbawa ng natural na spark discharge ay kidlat. Ang diameter ng pangunahing channel ng kidlat ng kidlat ay maaaring mula sa ilang sentimetro hanggang 4 m, at ang haba ng channel ay maaaring umabot sa 10 km. Ang magnitude ng kasalukuyang umabot sa 500 libong amperes, at ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng thundercloud at ibabaw ng Earth ay umabot sa isang bilyong volts.

Ang pinakamahabang kidlat na may haba na 321 km ay naobserbahan noong 2007 sa Oklahoma, USA. Ang may hawak ng record para sa tagal ay kidlat, na naitala noong 2012 sa French Alps - tumagal ito ng higit sa 7.7 segundo. Kapag tinamaan ng kidlat, ang hangin ay maaaring uminit hanggang 30 libong degrees, na 6 na beses na mas mataas kaysa sa temperatura ng nakikitang ibabaw ng Araw.

Sa mga kaso kung saan ang kapangyarihan ng pinagmumulan ng electric field ay sapat na malaki, ang spark discharge ay bubuo sa isang arc discharge.

Ang ganitong uri ng self-sustained discharge ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kasalukuyang density at mababa (mas mababa sa glow discharge) boltahe. Ang distansya ng pagkasira ay maliit dahil sa kalapitan ng mga electrodes. Ang paglabas ay pinasimulan sa pamamagitan ng paglabas ng isang electron mula sa ibabaw ng katod (para sa mga metal na atom, ang potensyal ng ionization ay maliit kumpara sa mga molekula ng gas). Sa panahon ng pagkasira sa pagitan ng mga electrodes, ang mga kondisyon ay nilikha kung saan ang gas ay nagsasagawa ng isang electric current, at isang spark discharge ay nangyayari, na nagsasara ng circuit. Kung ang kapangyarihan ng pinagmumulan ng boltahe ay sapat na malaki, ang mga spark discharge ay nagiging isang matatag na electric arc.

Ang ionization sa panahon ng isang arc discharge ay umabot sa halos 100%, ang kasalukuyang lakas ay napakataas at maaaring saklaw mula 10 hanggang 100 amperes. Sa presyon ng atmospera ang arko ay may kakayahang magpainit hanggang sa 5-6 libong degree, at ang katod - hanggang sa 3 libong degree, na humahantong sa matinding thermionic emission mula sa ibabaw nito. Ang pambobomba ng anode na may mga electron ay humahantong sa bahagyang pagkawasak: isang recess ay nabuo dito - isang bunganga na may temperatura na halos 4000 ° C. Ang pagtaas ng presyon ay nagdudulot ng mas malaking pagtaas sa temperatura.

Kapag nag-dilute ng mga electrodes, ang arc discharge ay nananatiling matatag hanggang sa isang tiyak na distansya, na ginagawang posible na harapin ito sa mga bahagi ng mga de-koryenteng kagamitan kung saan ito ay nakakapinsala dahil sa kaagnasan at pagkasunog ng mga contact na dulot nito. Ito ang mga device tulad ng high-voltage at automatic switch, contactor at iba pa. Ang isa sa mga paraan upang labanan ang arko na nangyayari kapag ang mga contact ay nakabukas ay ang paggamit ng mga arc chute batay sa prinsipyo ng arc extension. Maraming iba pang mga pamamaraan ang ginagamit din: shunting contact, gamit ang mga materyales na may mataas na potensyal na ionization, at iba pa.

Ang pag-unlad ng isang paglabas ng corona ay nangyayari sa normal na presyon ng atmospera sa matinding hindi magkakatulad na mga patlang malapit sa mga electrodes na may malaking kurbada ng ibabaw. Ang mga ito ay maaaring maging spiers, mast, wire, iba't ibang elemento ng mga de-koryenteng kagamitan na mayroon kumplikadong hugis at kahit buhok ng tao. Ang nasabing elektrod ay tinatawag na corona electrode. Ang mga proseso ng ionization at, nang naaayon, ang glow ng gas ay nagaganap malapit lamang dito.

Ang corona ay maaaring mabuo pareho sa katod (negatibong korona) kapag ito ay binomba ng mga ion, at sa anode (positibo) bilang resulta ng photoionization. Ang negatibong korona, kung saan ang proseso ng ionization ay nakadirekta palayo sa elektrod bilang isang resulta ng thermal emission, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pantay na glow. Sa positibong korona, maaaring maobserbahan ang mga streamer - maliwanag na linya ng sirang configuration na maaaring maging mga spark channel.

Isang halimbawa ng paglabas ng corona sa natural na kondisyon ay ang mga lumalabas sa dulo ng matataas na palo, tuktok ng puno, at iba pa. Nabubuo ang mga ito sa isang mataas na lakas ng electric field sa atmospera, madalas bago ang bagyo o sa panahon ng snowstorm. Bilang karagdagan, ang mga ito ay naayos sa balat ng sasakyang panghimpapawid na nahulog sa isang ulap ng abo ng bulkan.

Ang paglabas ng Corona sa mga wire ng mga linya ng kuryente ay humahantong sa malaking pagkawala ng kuryente. Sa isang mataas na boltahe, ang isang paglabas ng corona ay maaaring maging isang arko. Inaaway nila siya iba't ibang paraan, halimbawa, sa pamamagitan ng pagtaas ng radius ng curvature ng mga conductor.

Electric current sa mga gas at plasma

Ang isang ganap o bahagyang ionized na gas ay tinatawag na plasma at itinuturing na pang-apat na estado ng bagay. Sa kabuuan, ang plasma ay electrically neutral, dahil ang kabuuang singil ng mga constituent particle nito ay zero. Ito ay nakikilala ito mula sa iba pang mga sistema ng mga sisingilin na particle, tulad ng, halimbawa, mga electron beam.

Sa ilalim ng mga natural na kondisyon, ang plasma ay nabuo, bilang panuntunan, sa mataas na temperatura dahil sa banggaan ng mga atom ng gas sa mataas na bilis. Ang karamihan ng baryonic matter sa Uniberso ay nasa estado ng plasma. Ito ay mga bituin, bahagi ng interstellar matter, intergalactic gas. Ang ionosphere ng daigdig ay isa ring rarefied, mahinang ionized plasma.

Ang antas ng ionization ay isang mahalagang katangian ng isang plasma; ang conductive properties nito ay nakasalalay dito. Ang antas ng ionization ay tinukoy bilang ang ratio ng bilang ng mga ionized na atom sa kabuuang bilang ng mga atom sa bawat unit volume. Kung mas ionized ang plasma, mas mataas ang electrical conductivity nito. Bilang karagdagan, mayroon itong mataas na kadaliang kumilos.

Nakikita natin, samakatuwid, na ang mga gas na nagsasagawa ng kuryente sa loob ng discharge channel ay walang iba kundi plasma. Kaya, ang glow at corona discharges ay mga halimbawa ng malamig na plasma; isang lightning spark channel o isang electric arc ay mga halimbawa ng isang mainit, halos ganap na ionized na plasma.

Agos ng kuryente sa mga metal, likido at gas - pagkakaiba at pagkakatulad

Isaalang-alang natin ang mga tampok na nagpapakilala sa paglabas ng gas kumpara sa mga katangian ng kasalukuyang sa ibang media.

Sa mga metal, ang kasalukuyang ay ang direktang paggalaw ng mga libreng electron na hindi nangangailangan ng mga pagbabago sa kemikal. Ang mga konduktor ng ganitong uri ay tinatawag na mga konduktor ng unang uri; kabilang dito, bilang karagdagan sa mga metal at haluang metal, karbon, ilang asin at oksido. Ang mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng electronic conductivity.

Ang mga conductor ng pangalawang uri ay mga electrolyte, iyon ay, mga likidong may tubig na solusyon ng alkalis, acids at salts. Ang pagpasa ng kasalukuyang ay nauugnay sa isang kemikal na pagbabago sa electrolyte - electrolysis. Ang mga ions ng isang sangkap na natunaw sa tubig, sa ilalim ng pagkilos ng isang potensyal na pagkakaiba, ay gumagalaw sa magkasalungat na direksyon: mga positibong cation - sa katod, negatibong mga anion - sa anode. Ang proseso ay sinamahan ng gas evolution o deposition ng isang metal layer sa cathode. Ang mga conductor ng pangalawang uri ay nailalarawan sa pamamagitan ng ionic conductivity.

Kung tungkol sa conductivity ng mga gas, ito ay, una, pansamantala, at pangalawa, mayroon itong mga palatandaan ng pagkakapareho at pagkakaiba sa bawat isa sa kanila. Kaya, ang electric current sa parehong electrolytes at gas ay isang drift ng magkasalungat na sisingilin na mga particle na nakadirekta patungo sa kabaligtaran ng mga electrodes. Gayunpaman, habang ang mga electrolyte ay nailalarawan sa pamamagitan ng purong ionic conductivity, sa isang gas discharge na may kumbinasyon ng mga electronic at ionic na uri ng conductivity, ang nangungunang papel ay nabibilang sa mga electron. Ang isa pang pagkakaiba sa pagitan ng electric current sa mga likido at gas ay ang likas na katangian ng ionization. Sa isang electrolyte, ang mga molekula ng isang dissolved compound ay naghihiwalay sa tubig, ngunit sa isang gas, ang mga molekula ay hindi nasira, ngunit nawawala lamang ang mga electron. Samakatuwid, ang paglabas ng gas, tulad ng kasalukuyang sa mga metal, ay hindi nauugnay sa mga pagbabago sa kemikal.

Ang kasalukuyang sa mga likido at gas ay hindi rin pareho. Ang conductivity ng electrolytes sa kabuuan ay sumusunod sa batas ng Ohm, ngunit hindi ito sinusunod sa panahon ng paglabas ng gas. Ang katangian ng volt-ampere ng mga gas ay may mas kumplikadong katangian na nauugnay sa mga katangian ng plasma.

Dapat ding banggitin ang heneral mga tampok na nakikilala electric current sa mga gas at sa vacuum. Ang vacuum ay isang halos perpektong dielectric. "Halos" - dahil sa vacuum, sa kabila ng kawalan (mas tiyak, isang napakababang konsentrasyon) ng mga carrier ng libreng bayad, posible rin ang isang kasalukuyang. Ngunit ang mga potensyal na carrier ay naroroon na sa gas, kailangan lamang nilang ma-ionize. Ang mga charge carrier ay dinadala sa vacuum mula sa matter. Bilang isang patakaran, ito ay nangyayari sa proseso ng paglabas ng elektron, halimbawa, kapag ang katod ay pinainit (thermionic emission). Ngunit din sa iba't ibang uri ng mga paglabas ng gas, tulad ng nakita natin, ang paglabas ay gumaganap mahalagang papel.

Ang paggamit ng mga discharge ng gas sa teknolohiya

TUNGKOL SA masamang epekto ilang mga kategorya ay napag-usapan na sa itaas. Ngayon bigyang-pansin natin ang mga benepisyong dulot ng mga ito sa industriya at sa pang-araw-araw na buhay.

Ang glow discharge ay ginagamit sa electrical engineering (boltahe stabilizers), sa coating technology (cathode sputtering method batay sa phenomenon ng cathode corrosion). Sa electronics, ginagamit ito upang makagawa ng mga ion at electron beam. Ang isang kilalang lugar ng aplikasyon para sa glow discharges ay fluorescent at tinatawag na mga matipid na lamp at pampalamuti neon at argon discharge tubes. Bilang karagdagan, ang glow discharge ay ginagamit sa at sa spectroscopy.

Ang spark discharge ay ginagamit sa mga piyus, sa mga electroerosive na pamamaraan ng precision metal processing (spark cutting, drilling, at iba pa). Ngunit ito ay pinakamahusay na kilala para sa paggamit ng mga panloob na combustion engine sa mga spark plug at mga gamit sa bahay (gas stoves).

Ang arc discharge, na unang ginamit sa teknolohiya ng pag-iilaw noong 1876 (kandila ni Yablochkov - "Russian light"), ay nagsisilbi pa ring pinagmumulan ng liwanag - halimbawa, sa mga projector at makapangyarihang mga spotlight. Sa electrical engineering, ang arko ay ginagamit sa mga mercury rectifier. Sa karagdagan, ito ay ginagamit sa electric welding, metal cutting, pang-industriya electric furnaces para sa bakal at haluang metal smelting.

Ang paglabas ng Corona ay nakakahanap ng aplikasyon sa mga electrostatic precipitator para sa paglilinis ng ion gas, sa mga metro elementarya na mga particle, sa mga pamalo ng kidlat, sa mga sistema ng air conditioning. Gumagana rin ang Corona discharge sa mga copier at laser printer, kung saan nagcha-charge at naglalabas ito ng isang photosensitive na drum at naglilipat ng pulbos mula sa drum patungo sa papel.

Kaya, ang mga discharge ng gas ng lahat ng uri ay nakakahanap ng karamihan malawak na aplikasyon. Matagumpay at epektibong ginagamit ang electric current sa mga gas sa maraming larangan ng teknolohiya.

Abstrak ng pisika

sa paksa ng:

"Electric current sa mga gas".

Agos ng kuryente sa mga gas.

1. Ang paglabas ng kuryente sa mga gas.

Lahat ng gas ay pumasok natural na estado huwag mag-conduct ng kuryente. Ito ay makikita mula sa sumusunod na karanasan:

Kumuha tayo ng isang electrometer na may mga disk ng isang flat capacitor na nakakabit dito at singilin ito. Sa temperatura ng silid, kung ang hangin ay sapat na tuyo, ang kapasitor ay hindi kapansin-pansing naglalabas - ang posisyon ng karayom ​​ng electrometer ay hindi nagbabago. Upang mapansin ang pagbaba sa anggulo ng paglihis ng electrometer needle, kinakailangan ito matagal na panahon. Ito ay nagpapakita na ang electric current sa hangin sa pagitan ng mga disk ay napakaliit. Ipinapakita ng karanasang ito na ang hangin ay isang mahinang conductor ng electric current.

Baguhin natin ang eksperimento: painitin natin ang hangin sa pagitan ng mga disc na may siga ng isang lampara ng alkohol. Pagkatapos ang anggulo ng pagpapalihis ng electrometer pointer ay mabilis na bumababa, i.e. ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga disk ng kapasitor ay bumababa - ang kapasitor ay pinalabas. Dahil dito, ang pinainit na hangin sa pagitan ng mga disc ay naging isang konduktor, at ang isang electric current ay itinatag sa loob nito.

Ang mga katangian ng insulating ng mga gas ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na walang mga libreng singil sa kuryente sa kanila: ang mga atomo at molekula ng mga gas sa kanilang natural na estado ay neutral.

2. Ionization ng mga gas.

Ang karanasan sa itaas ay nagpapakita na ang mga sisingilin na particle ay lumilitaw sa mga gas sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura. Lumilitaw ang mga ito bilang resulta ng paghihiwalay ng isa o higit pang mga electron mula sa mga atomo ng gas, bilang isang resulta kung saan lumilitaw ang isang positibong ion at mga electron sa halip na isang neutral na atom. Ang bahagi ng nabuong mga electron ay maaaring makuha ng iba pang mga neutral na atomo, at pagkatapos ay mas maraming negatibong ion ang lilitaw. Ang pagkasira ng mga molekula ng gas sa mga electron at mga positibong ion ay tinatawag ionization ng mga gas.

Ang pag-init ng gas sa isang mataas na temperatura ay hindi ang tanging paraan ionization ng mga molecule o atoms ng isang gas. Maaaring mangyari ang ionization ng gas sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang mga panlabas na pakikipag-ugnayan: malakas na pag-init ng gas, x-ray, a-, b- at g-ray na nagmumula sa radioactive decay, cosmic rays, pambobomba ng mga molekula ng gas sa pamamagitan ng mabilis na paglipat ng mga electron o ion. Ang mga salik na nagdudulot ng gas ionization ay tinatawag mga ionizer. Ang quantitative na katangian ng proseso ng ionization ay intensity ng ionization, sinusukat sa pamamagitan ng bilang ng mga pares ng mga naka-charge na particle sa tapat ng sign na lumilitaw sa isang unit volume ng gas bawat unit time.

Ang ionization ng isang atom ay nangangailangan ng paggasta ng isang tiyak na enerhiya - ang enerhiya ng ionization. Upang ma-ionize ang isang atom (o molekula), kinakailangan na gumawa ng trabaho laban sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng inilabas na elektron at ng natitirang mga particle ng atom (o molekula). Ang gawaing ito ay tinatawag na gawain ng ionization A i. Ang halaga ng gawain ng ionization ay nakasalalay sa kemikal na katangian ng gas at ang estado ng enerhiya ng inilabas na elektron sa atom o molekula.

Matapos ang pagwawakas ng ionizer, ang bilang ng mga ion sa gas ay bumababa sa paglipas ng panahon at sa kalaunan ang mga ion ay mawawala nang buo. Ang pagkawala ng mga ion ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga ion at mga electron ay lumahok sa thermal motion at samakatuwid ay nagbanggaan sa isa't isa. Kapag ang isang positibong ion at isang elektron ay nagbanggaan, maaari silang magsamang muli sa isang neutral na atom. Sa parehong paraan, kapag nagbanggaan ang isang positibo at negatibong ion, maaaring ibigay ng negatibong ion ang labis na elektron nito sa positibong ion, at ang parehong mga ion ay magiging mga neutral na atomo. Ang prosesong ito ng mutual neutralization ng mga ions ay tinatawag rekombinasyon ng ion. Kapag ang isang positibong ion at isang elektron o dalawang ion ay muling pinagsama, isang tiyak na enerhiya ang ilalabas, katumbas ng enerhiya na ginugol sa ionization. Bahagyang, ito ay ibinubuga sa anyo ng liwanag, at samakatuwid ang recombination ng mga ions ay sinamahan ng luminescence (luminescence of recombination).

Sa mga phenomena ng electric discharge sa mga gas, ang ionization ng mga atom sa pamamagitan ng mga epekto ng elektron ay may mahalagang papel. Ang prosesong ito ay binubuo sa katotohanan na ang isang gumagalaw na electron na may sapat na kinetic energy ay nagpapatalsik ng isa o higit pang mga atomic electron mula dito kapag ito ay bumangga sa isang neutral na atom, bilang isang resulta kung saan ang neutral na atom ay nagiging positibong ion, at ang mga bagong electron ay lumilitaw sa ang gas (ito ay tatalakayin sa ibang pagkakataon).

Ang talahanayan sa ibaba ay nagbibigay ng ionization energies ng ilang mga atomo.

3. Mekanismo ng electrical conductivity ng mga gas.

Ang mekanismo ng kondaktibiti ng gas ay katulad ng mekanismo ng kondaktibiti ng mga solusyon sa electrolyte at natutunaw. Sa kawalan ng panlabas na field, ang mga sisingilin na particle, tulad ng mga neutral na molekula, ay gumagalaw nang random. Kung ang mga ions at libreng electron ay matatagpuan ang kanilang mga sarili sa isang panlabas na electric field, pagkatapos ay sila ay dumating sa itinuro na paggalaw at lumikha ng isang electric current sa mga gas.

Kaya, ang electric current sa isang gas ay isang nakadirekta na paggalaw ng mga positibong ion sa katod, at mga negatibong ion at electron sa anode. Ang kabuuang kasalukuyang sa gas ay binubuo ng dalawang stream ng mga sisingilin na particle: ang stream na papunta sa anode at ang stream na nakadirekta sa cathode.

Ang neutralisasyon ng mga sisingilin na particle ay nangyayari sa mga electrodes, tulad ng sa kaso ng pagpasa ng electric current sa pamamagitan ng mga solusyon at natutunaw ng mga electrolyte. Gayunpaman, sa mga gas ay walang paglabas ng mga sangkap sa mga electrodes, tulad ng kaso sa mga solusyon sa electrolyte. Ang mga ion ng gas, na lumalapit sa mga electrodes, ay binibigyan sila ng kanilang mga singil, nagiging mga neutral na molekula at nagkakalat pabalik sa gas.

Ang isa pang pagkakaiba sa elektrikal na kondaktibiti ng mga ionized na gas at mga solusyon (natutunaw) ng mga electrolyte ay ang negatibong singil, kapag ang kasalukuyang dumadaan sa mga gas, ay inililipat pangunahin hindi ng mga negatibong ion, ngunit ng mga electron, bagaman ang kondaktibiti dahil sa mga negatibong ion ay maaari ring maglaro ng isang tiyak na tungkulin.

Kaya, pinagsasama ng mga gas ang electronic conductivity, katulad ng conductivity ng mga metal, na may ionic conductivity, katulad ng conductivity ng aqueous solutions at electrolyte melts.

4. Non-self-sustained gas discharge.

Ang proseso ng pagdaan ng electric current sa pamamagitan ng gas ay tinatawag na gas discharge. Kung ang elektrikal na kondaktibiti ng gas ay nilikha ng mga panlabas na ionizer, kung gayon ang electric current na lumalabas dito ay tinatawag di-nakapagpapanatili sa sarili na paglabas ng gas. Sa pagwawakas ng pagkilos ng mga panlabas na ionizer, humihinto ang di-self-sustained discharge. Ang paglabas ng gas na hindi nakakapagpatuloy sa sarili ay hindi sinasamahan ng glow ng gas.

Nasa ibaba ang isang graph ng pag-asa ng kasalukuyang lakas sa boltahe para sa isang di-self-sustained discharge sa isang gas. Ang isang glass tube na may dalawang metal electrodes na ibinebenta sa salamin ay ginamit upang i-plot ang graph. Ang kadena ay binuo tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Sa isang tiyak na boltahe, darating ang isang sandali kung saan ang lahat ng mga sisingilin na particle na nabuo sa gas ng ionizer sa isang segundo ay umaabot sa mga electrodes sa parehong oras. Ang isang karagdagang pagtaas sa boltahe ay hindi na maaaring humantong sa isang pagtaas sa bilang ng mga transported ions. Ang kasalukuyang umabot sa saturation (pahalang na seksyon ng graph 1).

5. Independiyenteng paglabas ng gas.

Ang isang electric discharge sa isang gas na nagpapatuloy pagkatapos ng pagwawakas ng pagkilos ng isang panlabas na ionizer ay tinatawag independiyenteng paglabas ng gas. Para sa pagpapatupad nito, kinakailangan na bilang resulta ng paglabas mismo, ang mga libreng singil ay patuloy na nabuo sa gas. Ang pangunahing pinagmumulan ng kanilang paglitaw ay ang epekto ng ionization ng mga molekula ng gas.

Kung, pagkatapos maabot ang saturation, patuloy naming pinapataas ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga electrodes, kung gayon ang kasalukuyang lakas sa isang sapat na mataas na boltahe ay tataas nang husto (graph 2).

Nangangahulugan ito na lumilitaw ang mga karagdagang ion sa gas, na nabuo dahil sa pagkilos ng ionizer. Ang kasalukuyang lakas ay maaaring tumaas ng daan-daan at libu-libong beses, at ang bilang ng mga naka-charge na particle na lumilitaw sa panahon ng discharge ay maaaring maging napakalaki na ang isang panlabas na ionizer ay hindi na kailangan upang mapanatili ang discharge. Samakatuwid, ang ionizer ay maaari na ngayong alisin.

Ano ang mga dahilan para sa matalim na pagtaas sa kasalukuyang lakas sa mataas na boltahe? Isaalang-alang natin ang anumang pares ng mga sisingilin na particle (isang positibong ion at isang elektron) na nabuo dahil sa pagkilos ng isang panlabas na ionizer. Ang libreng elektron na lumilitaw sa ganitong paraan ay nagsisimulang lumipat patungo sa positibong elektrod - ang anode, at ang positibong ion - patungo sa katod. Sa kanyang paraan, ang elektron ay nakakatugon sa mga ion at neutral na mga atomo. Sa pagitan ng dalawang sunud-sunod na banggaan, ang enerhiya ng electron ay tumataas dahil sa gawain ng mga puwersa ng electric field.

Kung mas malaki ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga electrodes, mas malaki ang lakas ng electric field. Ang kinetic energy ng isang electron bago ang susunod na banggaan ay proporsyonal sa lakas ng field at sa libreng landas ng electron: MV 2 /2=eEl. Kung ang kinetic energy ng isang electron ay lumampas sa gawain A i na kailangang gawin upang ma-ionize ang isang neutral na atom (o molekula), i.e. MV 2 >A i , pagkatapos kapag ang isang electron ay bumangga sa isang atom (o molekula), ito ay ionized. Bilang resulta, sa halip na isang elektron, dalawang electron ang lilitaw (pag-atake sa atom at napunit sa atom). Sila, sa turn, ay tumatanggap ng enerhiya sa field at nag-ionize ng mga paparating na atomo, atbp. Bilang resulta, ang bilang ng mga sisingilin na particle ay mabilis na tumataas, at isang electron avalanche ang lumitaw. Ang inilarawan na proseso ay tinatawag electron impact ionization.