Mga kondisyon para sa daloy ng electric current sa mga gas. Electric current sa mga gas: kahulugan, mga tampok at mga kagiliw-giliw na katotohanan
AT normal na 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 sa 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. Bilang resulta, dalawang electron ang lilitaw 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 maaaring maging hindi gumagalaw lamang 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 na-knock out 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 ions 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 ignition. Ang teorya ay nagpapakita na ang pinakamaliit na halaga ng mga ions, na laging 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 dark cathode space, ang glow (o negatibong) glow, ang Faraday dark space, at ang luminous positive 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 malaking 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 vivo sa mga tuktok ng 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 sa punto ng kanilang pagdikit, malaking bilang ng init dahil sa mataas na contact resistance. 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 nababanat, 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 nakukuha 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 ng 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 discharge 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 katapusang 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?
Kuryente 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 kapag ang accelerating boltahe ay tumaas.
Ito ay isang maikling buod.
Patuloy ang paggawa sa buong bersyon
Lecture2 1
Kasalukuyan sa mga gas
1. Pangkalahatang Probisyon
Kahulugan: Ang kababalaghan ng pagpasa ng electric current sa mga gas ay tinatawag paglabas ng gas.
Ang pag-uugali ng mga gas ay lubos na nakasalalay sa mga parameter nito, tulad ng temperatura at presyon, at ang mga parameter na ito ay madaling magbago. Samakatuwid, ang daloy ng electric current sa mga gas ay mas kumplikado kaysa sa mga metal o sa isang vacuum.
Ang mga gas ay hindi sumusunod sa batas ng Ohm.
2. Ionization at recombination
Ang isang gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay binubuo ng halos neutral na mga molekula, samakatuwid, ito ay isang napakahirap na conductor ng electric current. Gayunpaman, sa ilalim ng mga panlabas na impluwensya, ang isang elektron ay maaaring lumabas sa atom at isang positibong sisingilin na ion ay lilitaw. Bilang karagdagan, ang isang elektron ay maaaring sumali sa isang neutral na atom at bumuo ng isang negatibong sisingilin na ion. Kaya, posible na makakuha ng isang ionized gas, i.e. plasma.
Ang mga panlabas na impluwensya ay kinabibilangan ng pag-init, pag-iilaw na may mga energetic na photon, pambobomba ng iba pang mga particle, at malalakas na field, i.e. ang parehong mga kondisyon na kinakailangan para sa elemental na paglabas.
Ang isang elektron sa isang atom ay nasa isang potensyal na balon, at upang makatakas mula doon, kinakailangan na magbigay ng karagdagang enerhiya sa atom, na tinatawag na enerhiya ng ionization.
|
sangkap |
Enerhiya ng ionization, eV |
|
hydrogen atom |
13,59 |
|
Molekyul ng hydrogen |
15,43 |
|
Helium |
24,58 |
|
atom ng oxygen |
13,614 |
|
molekula ng oxygen |
12,06 |
Kasama ang phenomenon ng ionization, ang phenomenon ng recombination ay sinusunod din, i.e. ang pagsasama ng isang electron at isang positibong ion upang bumuo ng isang neutral na atom. Ang prosesong ito ay nangyayari sa pagpapalabas ng enerhiya na katumbas ng enerhiya ng ionization. Ang enerhiya na ito ay maaaring gamitin para sa radiation o pagpainit. Ang lokal na pag-init ng gas ay humahantong sa isang lokal na pagbabago sa presyon. Na humahantong naman sa paglitaw ng mga sound wave. Kaya, ang paglabas ng gas ay sinamahan ng mga epekto ng liwanag, thermal at ingay.
3. CVC ng isang gas discharge.
Sa mga paunang yugto ang pagkilos ng isang panlabas na ionizer ay kinakailangan.
Sa seksyon ng BAW, ang kasalukuyang umiiral sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na ionizer at mabilis na umabot sa saturation kapag ang lahat ng mga ionized na particle ay lumahok sa kasalukuyang henerasyon. Kung aalisin mo ang panlabas na ionizer, hihinto ang kasalukuyang.
Ang ganitong uri ng discharge ay tinatawag na non-self-sustaining gas discharge. Kapag sinubukan mong taasan ang boltahe sa gas, lumilitaw ang mga pag-avalanch ng elektron, at ang kasalukuyang pagtaas ng halos sa pare-pareho ang boltahe, na tinatawag na ignition voltage (BC).
Mula sa sandaling ito, ang paglabas ay nagiging malaya at hindi na kailangan ng panlabas na ionizer. Ang bilang ng mga ions ay maaaring maging napakalaki na ang paglaban ng interelectrode gap ay bumababa at, nang naaayon, ang boltahe (SD) ay bumaba.
Pagkatapos, sa interelectrode gap, ang rehiyon ng kasalukuyang daanan ay nagsisimulang makitid, at ang paglaban ay tumataas, at, dahil dito, ang boltahe (DE) ay tumataas.
Kapag sinubukan mong taasan ang boltahe, ang gas ay nagiging ganap na ionized. Ang paglaban at boltahe ay bumaba sa zero, at ang kasalukuyang tumataas nang maraming beses. Ito ay lumalabas na isang arc discharge (EF).
Ipinapakita ng CVC na ang gas ay hindi sumusunod sa batas ng Ohm.
4. Mga proseso sa gas
mga proseso na maaari humantong sa pagbuo ng mga electron avalanches sa larawan.
Ito ang mga elemento ng qualitative theory ni Townsend.
5. Glow discharge.
Sa mababang presyon at mababang boltahe, ang paglabas na ito ay maaaring maobserbahan.
K - 1 (madilim na espasyo ng Aston).
1 - 2 (luminous cathode film).
2 – 3 (dark Crookes space).
3 - 4 (unang cathode glow).
4 – 5 (madilim na espasyo sa Faraday)
5 - 6 (positibong hanay ng anode).
6 – 7 (anodic dark space).
7 - A (anode glow).
Kung ang anode ay ginawang movable, kung gayon ang haba ng positibong haligi ay maaaring iakma, halos hindi binabago ang laki ng rehiyon ng K-5.
Sa madilim na mga rehiyon, ang mga particle ay pinabilis at ang enerhiya ay naipon; sa mga light region, nangyayari ang mga proseso ng ionization at recombination.
Mga paksa ng USE codifier: mga carrier ng libreng singil sa kuryente sa mga gas.
Sa ilalim ng mga ordinaryong kundisyon, ang mga gas ay binubuo ng mga atomo o molekula na neutral sa kuryente; Halos walang libreng singil sa mga gas. Samakatuwid ang mga gas ay dielectrics- ang electric current ay hindi dumadaan sa kanila.
Sinabi namin na "halos wala" dahil sa katunayan, sa mga gas at, sa partikular, sa hangin, palaging may isang tiyak na halaga ng libreng sisingilin na mga particle. Lumilitaw ang mga ito bilang isang resulta ng ionizing effect ng radiation ng mga radioactive substance na bumubuo crust ng lupa, ultraviolet at X-ray radiation ng Araw, pati na rin ang mga cosmic ray - mga daloy ng mga particle na may mataas na enerhiya na tumagos sa kapaligiran ng Earth mula sa kalawakan. Mamaya ay babalik tayo sa katotohanang ito at tatalakayin ang kahalagahan nito, ngunit sa ngayon ay mapapansin lamang natin na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ang conductivity ng mga gas, na sanhi ng "natural" na halaga ng mga libreng singil, ay bale-wala at maaaring balewalain.
Ang pagkilos ng mga switch sa mga de-koryenteng circuit ay batay sa mga katangian ng insulating ng air gap (fig. 1). Halimbawa, ang isang maliit na puwang ng hangin sa isang switch ng ilaw ay sapat na upang buksan ang isang de-koryenteng circuit sa iyong silid.
kanin. 1 susi
Posible, gayunpaman, na lumikha ng mga ganitong kondisyon kung saan lilitaw ang isang electric current sa gas gap. Isaalang-alang natin ang sumusunod na karanasan.
Sinisingil namin ang mga plato ng air capacitor at ikinonekta ang mga ito sa isang sensitibong galvanometer (Larawan 2, kaliwa). Sa temperatura ng silid at hindi masyadong mahalumigmig na hangin, ang galvanometer ay hindi magpapakita ng isang kapansin-pansing kasalukuyang: ang aming agwat ng hangin, tulad ng sinabi namin, ay hindi isang konduktor ng kuryente.
kanin. 2. Ang paglitaw ng kasalukuyang sa hangin
Ngayon dalhin natin ang apoy ng isang burner o isang kandila sa puwang sa pagitan ng mga plato ng kapasitor (Larawan 2, sa kanan). Lumilitaw ang kasalukuyang! Bakit?
Libreng singil sa isang gas
Ang paglitaw ng isang electric current sa pagitan ng mga plato ng condenser ay nangangahulugan na sa hangin sa ilalim ng impluwensya ng apoy ay lumitaw walang bayad. Ano ba talaga?
Ipinapakita ng karanasan na ang electric current sa mga gas ay isang ordered movement ng charged particles. tatlong uri . ito mga electron, mga positibong ion at mga negatibong ion.
Tingnan natin kung paano maaaring lumitaw ang mga singil na ito sa isang gas.
Habang tumataas ang temperatura ng gas, ang mga thermal vibrations ng mga particle nito - mga molekula o atomo - ay nagiging mas matindi. Ang mga epekto ng mga particle laban sa isa't isa ay umaabot sa gayong puwersa na ionization- pagkabulok ng mga neutral na particle sa mga electron at positive ions (Fig. 3).
kanin. 3. Ionization
Degree ng ionization ay ang ratio ng bilang ng mga nabubulok na particle ng gas sa kabuuang paunang bilang ng mga particle. Halimbawa, kung ang antas ng ionization ay , nangangahulugan ito na ang orihinal na mga particle ng gas ay nabulok sa mga positibong ion at electron.
Ang antas ng gas ionization ay nakasalalay sa temperatura at tumataas nang husto sa pagtaas nito. Para sa hydrogen, halimbawa, sa isang temperatura sa ibaba ng antas ng ionization ay hindi lalampas sa , at sa isang temperatura sa itaas ng antas ng ionization ay malapit sa (iyon ay, ang hydrogen ay halos ganap na ionized (bahagyang o ganap na ionized gas ay tinatawag na plasma)).
Bilang karagdagan sa mataas na temperatura, may iba pang mga kadahilanan na nagiging sanhi ng gas ionization.
Nabanggit na natin ang mga ito sa pagpasa: ito ay radioactive radiation, ultraviolet, X-ray at gamma ray, mga cosmic particle. Anumang salik na nagiging sanhi ng ionization ng isang gas ay tinatawag ionizer.
Kaya, ang ionization ay hindi nangyayari sa kanyang sarili, ngunit sa ilalim ng impluwensya ng isang ionizer.
Kasabay nito, ang reverse na proseso recombination, iyon ay, ang muling pagsasama ng isang electron at isang positibong ion sa isang neutral na particle (Larawan 4).
kanin. 4. Recombination
Ang dahilan para sa recombination ay simple: ito ay ang Coulomb attraction ng magkasalungat na sisingilin na mga electron at ion. Nagmamadali patungo sa isa't isa sa ilalim ng pagkilos ng mga de-koryenteng pwersa, nakakatugon sila at nakakakuha ng pagkakataon na bumuo ng isang neutral na atom (o molekula - depende sa uri ng gas).
Sa isang pare-parehong intensity ng pagkilos ng ionizer, ang isang dynamic na equilibrium ay naitatag: ang average na bilang ng mga particle na nabubulok sa bawat yunit ng oras ay katumbas ng average na bilang ng mga recombining particle (sa madaling salita, ang ionization rate ay katumbas ng recombination rate). ang pagkilos ng ionizer ay pinalakas (halimbawa, ang temperatura ay tumaas), pagkatapos ay ang dynamic na balanse ay lilipat sa direksyon ng ionization, at ang konsentrasyon ng mga sisingilin na particle sa gas ay tataas. Sa kabaligtaran, kung i-off mo ang ionizer, magsisimulang manginig ang recombination, at unti-unting mawawala ang mga libreng singil.
Kaya, ang mga positibong ions at electron ay lumilitaw sa gas bilang isang resulta ng ionization. Saan nagmula ang ikatlong uri ng mga singil - mga negatibong ion? Napakasimple: ang isang elektron ay maaaring lumipad sa isang neutral na atom at sumali dito! Ang prosesong ito ay ipinapakita sa Fig. 5 .
kanin. 5. Ang hitsura ng isang negatibong ion
Ang mga negatibong ion na nabuo sa ganitong paraan ay lalahok sa paglikha ng kasalukuyang kasama ng mga positibong ion at mga electron.
Non-self discharge
Kung walang panlabas na electric field, ang mga libreng singil ay nagsasagawa ng magulong thermal motion kasama ng mga neutral na particle ng gas. Ngunit kapag ang isang electric field ay inilapat, ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle ay nagsisimula - electric current sa gas.
kanin. 6. Non-self-sustained discharge
Sa fig. 6 nakikita natin ang tatlong uri ng mga sisingilin na particle na nagmumula sa gas gap sa ilalim ng pagkilos ng isang ionizer: positive ions, negative ions at electron. Ang isang electric current sa isang gas ay nabuo bilang isang resulta ng paparating na paggalaw ng mga sisingilin na particle: mga positibong ion - sa negatibong elektrod (cathode), mga electron at negatibong mga ion - sa positibong elektrod (anode).
Ang mga electron, na bumabagsak sa positibong anode, ay ipinadala sa kahabaan ng circuit sa "plus" ng kasalukuyang pinagmulan. Ang mga negatibong ion ay nag-donate ng dagdag na elektron sa anode at, sa pagiging neutral na mga particle, bumalik sa gas; ang elektron na ibinigay sa anode ay nagmamadali din sa "plus" ng pinagmulan. Ang mga positibong ion, na dumarating sa katod, kumuha ng mga electron mula doon; ang nagresultang kakulangan ng mga electron sa cathode ay agad na nabayaran ng kanilang paghahatid doon mula sa "minus" ng pinagmulan. Bilang resulta ng mga prosesong ito, ang isang nakaayos na paggalaw ng mga electron ay nangyayari sa panlabas na circuit. Ito ang electric current na naitala ng galvanometer.
Ang prosesong inilarawan sa Fig. 6 ang tinatawag non-self-sustained discharge sa gas. Bakit umaasa? Samakatuwid, upang mapanatili ito, ang patuloy na pagkilos ng ionizer ay kinakailangan. Alisin natin ang ionizer - at ang kasalukuyang ay titigil, dahil ang mekanismo na nagsisiguro sa paglitaw ng mga libreng singil sa gas gap ay mawawala. Ang puwang sa pagitan ng anode at katod ay muling magiging isang insulator.
Volt-ampere na katangian ng paglabas ng gas
Ang pag-asa ng kasalukuyang lakas sa pamamagitan ng gas gap sa boltahe sa pagitan ng anode at cathode (ang tinatawag na kasalukuyang-boltahe na katangian ng paglabas ng gas) ay ipinapakita sa Fig. 7.
kanin. 7. Volt-ampere na katangian ng paglabas ng gas
Sa zero boltahe, ang kasalukuyang lakas, siyempre, ay katumbas ng zero: ang mga sisingilin na particle ay gumaganap lamang ng thermal na paggalaw, walang iniutos na paggalaw sa pagitan ng mga electrodes.
Sa isang maliit na boltahe, ang kasalukuyang lakas ay maliit din. Ang katotohanan ay hindi lahat ng sisingilin na mga particle ay nakatakdang makarating sa mga electrodes: ang ilan sa mga positibong ion at electron sa proseso ng kanilang paggalaw ay nahahanap ang isa't isa at muling pinagsama.
Habang tumataas ang boltahe, ang mga libreng singil ay nagkakaroon ng higit na bilis, at ang mas maliit na pagkakataon na ang isang positibong ion at isang elektron ay kailangang magtagpo at muling magsama. Samakatuwid, ang pagtaas ng bahagi ng mga sisingilin na particle ay umaabot sa mga electrodes, at ang kasalukuyang lakas ay tumataas (seksyon ).
Sa isang tiyak na halaga ng boltahe (punto), ang bilis ng pagsingil ay nagiging napakataas na ang recombination ay walang oras na mangyari. Simula ngayon lahat ang mga sisingilin na particle na nabuo sa ilalim ng pagkilos ng ionizer ay umaabot sa mga electrodes, at kasalukuyang umabot sa saturation- Ibig sabihin, ang kasalukuyang lakas ay huminto sa pagbabago sa pagtaas ng boltahe. Ito ay magpapatuloy hanggang sa isang tiyak na punto.
pagpapalabas sa sarili
Matapos maipasa ang punto, ang kasalukuyang lakas ay tumataas nang husto sa pagtaas ng boltahe - nagsisimula independiyenteng paglabas. Ngayon ay malalaman natin kung ano ito.
Ang mga naka-charge na particle ng gas ay lumipat mula sa banggaan patungo sa banggaan; sa mga pagitan sa pagitan ng mga banggaan, pinabilis sila ng isang electric field, pinatataas ang kanilang kinetic energy. At ngayon, kapag ang boltahe ay naging sapat na malaki (sa parehong punto), ang mga electron sa panahon ng kanilang libreng landas ay umaabot sa gayong mga enerhiya na kapag sila ay bumangga sa mga neutral na atomo, sila ay nag-ionize sa kanila! (Gamit ang mga batas ng konserbasyon ng momentum at enerhiya, maipapakita na ito ay mga electron (at hindi mga ion) na pinabilis ng isang electric field na may pinakamataas na kakayahang mag-ionize ng mga atom.)
Ang tinatawag na electron impact ionization. Ang mga electron na na-knock out sa mga ionized na atom ay pinabilis din ng electric field at tinatamaan ang mga bagong atom, na nag-ionize sa kanila ngayon at bumubuo ng mga bagong electron. Bilang resulta ng umuusbong na electron avalanche, ang bilang ng mga ionized atoms ay mabilis na tumataas, bilang isang resulta kung saan ang kasalukuyang lakas ay mabilis ding tumataas.
Ang bilang ng mga libreng singil ay nagiging napakalaki na ang pangangailangan para sa isang panlabas na ionizer ay inalis. Maaari itong alisin lamang. Ang mga free charged na particle ay namumunga na ngayon bilang resulta ng panloob mga prosesong nagaganap sa gas - kaya't ang discharge ay tinatawag na independent.
Kung ang gas gap ay nasa ilalim ng mataas na boltahe, kung gayon walang ionizer ang kailangan para sa self-discharge. Ito ay sapat na upang makahanap lamang ng isang libreng elektron sa gas, at ang inilarawan sa itaas na electron avalanche ay magsisimula. At palaging magkakaroon ng kahit isang libreng elektron!
Alalahanin nating muli na sa isang gas, kahit na sa ilalim ng normal na mga kondisyon, mayroong isang tiyak na "natural" na halaga ng mga libreng singil, dahil sa ionizing radioactive radiation ng crust ng lupa, high-frequency radiation mula sa Araw, at mga cosmic ray. Nakita namin na sa mababang boltahe ang kondaktibiti ng gas na dulot ng mga libreng singil na ito ay bale-wala, ngunit ngayon - sa isang mataas na boltahe - sila ay magbibigay ng pagtaas sa isang avalanche ng mga bagong particle, na nagreresulta sa isang independiyenteng paglabas. Mangyayari ito tulad ng sinasabi nila pagkasira gap ng gas.
Ang lakas ng field na kinakailangan para masira ang tuyong hangin ay humigit-kumulang kV/cm. Sa madaling salita, upang ang isang spark ay tumalon sa pagitan ng mga electrodes na pinaghihiwalay ng isang sentimetro ng hangin, isang kilovolt boltahe ay dapat ilapat sa kanila. Isipin kung anong boltahe ang kailangan para makalusot ng ilang kilometro ng hangin! Ngunit ito ay tiyak na mga breakdown na nangyayari sa panahon ng isang bagyo - ito ay kidlat na kilala mo.
Ang electric current ay isang daloy na sanhi ng ayos na paggalaw ng mga particle na may kuryente. Ang paggalaw ng mga singil ay kinuha bilang direksyon ng electric current. Ang electric current ay maaaring panandalian at pangmatagalan.
Ang konsepto ng electric current
Sa panahon ng paglabas ng kidlat, maaaring magkaroon ng electric current, na tinatawag na panandaliang panahon. At upang mapanatili ang kasalukuyang sa loob ng mahabang panahon, kinakailangan na magkaroon ng electric field at libreng electric charge carriers.
Ang isang electric field ay nilikha ng mga katawan na sinisingil nang iba. Ang kasalukuyang lakas ay ang ratio ng singil na inilipat sa pamamagitan ng cross section ng konduktor sa isang pagitan ng oras hanggang sa pagitan ng oras na ito. Ito ay sinusukat sa amperes.
kanin. 1. Kasalukuyang formula
Agos ng kuryente sa mga gas
Ang mga molekula ng gas ay hindi nagsasagawa ng kuryente sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ang mga ito ay mga insulator (dielectrics). Gayunpaman, kung babaguhin mo ang mga kondisyon kapaligiran, kung gayon ang mga gas ay maaaring maging konduktor ng kuryente. Bilang resulta ng ionization (kapag pinainit o sa ilalim ng pagkilos ng radioactive radiation) isang electric current ang lumalabas sa mga gas, na kadalasang pinapalitan ng terminong "electric discharge".
Self-sustained at non-self-sustained gas discharges
Ang mga discharge sa gas ay maaaring maging self-sustaining at hindi self-sustaining. Nagsisimulang umiral ang kasalukuyang kapag lumitaw ang mga libreng singil. Umiiral ang mga discharge na hindi nakakapagpatuloy sa sarili hangga't kumikilos dito ang isang panlabas na puwersa, iyon ay, isang panlabas na ionizer. Iyon ay, kung ang panlabas na ionizer ay tumigil sa paggana, pagkatapos ay ang kasalukuyang hihinto.
Ang isang independiyenteng paglabas ng electric current sa mga gas ay umiiral kahit na pagkatapos ng pagwawakas ng panlabas na ionizer. Ang mga independiyenteng discharge sa pisika ay nahahati sa tahimik, nagbabaga, arko, spark, korona.
- Tahimik - ang pinakamahina sa mga independiyenteng paglabas. Ang kasalukuyang lakas sa loob nito ay napakaliit (hindi hihigit sa 1 mA). Hindi ito sinasamahan ng tunog o liwanag na phenomena.
- Umuusok - kung tataas mo ang boltahe sa isang tahimik na paglabas, ito ay pupunta sa susunod na antas - sa isang glow discharge. Sa kasong ito, lumilitaw ang isang glow, na sinamahan ng recombination. Recombination - ang reverse ionization na proseso, ang pulong ng isang electron at isang positibong ion. Ginagamit ito sa mga bactericidal at lighting lamp.
kanin. 2. Glow discharge
- Arc - ang kasalukuyang lakas ay mula 10 A hanggang 100 A. Sa kasong ito, ang ionization ay halos 100%. Ang ganitong uri ng paglabas ay nangyayari, halimbawa, sa panahon ng pagpapatakbo ng isang welding machine.
kanin. 3. Paglabas ng arko
- kumikinang - maaaring ituring na isa sa mga uri ng arc discharge. Sa panahon ng naturang discharge para sa napaka maikling panahon isang tiyak na dami ng daloy ng kuryente.
- paglabas ng corona – Ang ionization ng mga molekula ay nangyayari malapit sa mga electrodes na may maliit na radii ng curvature. Ang ganitong uri ng singil ay nangyayari kapag ang lakas ng electric field ay nagbago nang malaki.
Ano ang natutunan natin?
Sa kanilang sarili, ang mga atomo at molekula ng isang gas ay neutral. Sila ay sinisingil kapag nakalantad sa labas. Sa maikling pagsasalita tungkol sa electric current sa mga gas, ito ay isang direktang paggalaw ng mga particle (positibong ion sa katod at negatibong ion sa anode). Mahalaga rin na kapag ang gas ay na-ionize, ang conductive properties nito ay bumubuti.
KURYENTE SA MGA GASE
Independent at hindi self-sustained conductivity ng mga gas. AT natural na estado ang mga gas ay hindi nagsasagawa ng electric current, i.e. ay dielectrics. Madali itong ma-verify gamit ang isang simpleng kasalukuyang, kung ang circuit ay nagambala ng isang air gap.
Ang mga katangian ng insulating ng mga gas ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga atomo at molekula ng mga gas sa kanilang natural na estado ay mga neutral na uncharged na mga particle. Mula dito ay malinaw na upang makagawa ng isang gas conductive, kinakailangan sa isang paraan o iba pa na ipakilala dito o lumikha sa loob nito ng mga libreng carrier ng singil - mga sisingilin na particle. Sa kasong ito, dalawang mga kaso ang posible: alinman sa mga sisingilin na particle na ito ay nilikha sa pamamagitan ng pagkilos ng ilang panlabas na kadahilanan o ipinakilala sa gas mula sa labas - hindi self-sustained conduction, o sila ay nilikha sa gas sa pamamagitan ng pagkilos ng ang electric field mismo na umiiral sa pagitan ng mga electrodes - self-conduction.
Sa figure na ipinakita, ang galvanometer sa circuit ay hindi nagpapakita ng kasalukuyang sa kabila ng inilapat na boltahe. Ipinapahiwatig nito ang kawalan ng conductivity ng mga gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon.
Painitin natin ngayon ang gas sa pagitan ng 1-2 hanggang sa napakataas na temperatura sa pamamagitan ng paglalagay ng may ilaw na burner dito. Ipapahiwatig ng galvanometer ang hitsura ng isang kasalukuyang, samakatuwid, sa isang mataas na temperatura, ang proporsyon ng mga neutral na molekula ng gas ay nabubulok sa positibo at negatibong mga ion. Ang ganitong kababalaghan ay tinatawag ionization gas. 
Kung ang isang jet ng hangin mula sa isang maliit na blower ay nakadirekta sa gas gap, at ang isang ionizing flame ay inilalagay sa landas ng jet, sa labas ng puwang, pagkatapos ay ang galvanometer ay magpapakita ng isang tiyak na kasalukuyang. 
Nangangahulugan ito na ang mga ion ay hindi nawawala kaagad, ngunit gumagalaw kasama ng gas. Gayunpaman, habang tumataas ang distansya sa pagitan ng apoy at gap 1-2, unti-unting humihina ang kasalukuyang at pagkatapos ay nawawala. Sa kasong ito, ang magkasalungat na sisingilin na mga ion ay may posibilidad na lumalapit sa isa't isa sa ilalim ng impluwensya ng puwersa ng electric attraction at, kapag nagkita sila, muling nagsasama sa isang neutral na molekula. Ang ganitong proseso ay tinatawag recombination mga ion.
Ang pag-init ng gas sa isang mataas na temperatura ay hindi lamang ang paraan upang ma-ionize ang mga molekula o atomo ng isang gas. Ang mga neutral na atomo o molekula ng isang gas ay maaari ding ma-ionize sa ilalim ng impluwensya ng iba pang mga kadahilanan.
Ang ionic conductivity ay may ilang mga tampok. Kaya, kadalasan ang positibo at negatibong mga ion ay hindi mga solong ionized na molekula, ngunit mga grupo ng mga molekula na nakakabit sa isang negatibo o positibong elektron. Dahil dito, kahit na ang singil ng bawat ion ay katumbas ng isa o dalawa, bihirang higit sa bilang ng mga elementarya na singil, ang kanilang mga masa ay maaaring mag-iba nang malaki mula sa masa ng mga indibidwal na atomo at molekula. Dito, malaki ang pagkakaiba ng mga gas ions sa mga electrolyte ions, na palaging kumakatawan sa ilang grupo ng mga atom. Dahil sa pagkakaibang ito, ang mga batas ni Faraday, na napaka katangian ng conductivity ng electrolytes, ay hindi humahawak sa ionic conductivity ng mga gas.
Ang pangalawa, napakahalaga din, pagkakaiba sa pagitan ng ionic conductivity ng mga gas at ang ionic conductivity ng electrolytes ay ang batas ng Ohm ay hindi sinusunod para sa mga gas: ang kasalukuyang-boltahe na katangian ay mas kumplikado. Ang kasalukuyang boltahe na katangian ng mga konduktor (kabilang ang mga electrolyte) ay may anyo ng isang hilig na tuwid na linya (proporsyonalidad ng I at U), para sa mga gas mayroon itong iba't ibang mga hugis.
Sa partikular, sa kaso ng hindi nakapagpapanatili sa sarili na kondaktibiti, para sa maliliit na halaga ng U, ang graph ay may anyo ng isang tuwid na linya, i.e. Tinatayang nananatiling wasto ang batas ng Ohm; habang tumataas ang U, yumuko ang kurba mula sa isang tiyak na diin at pumasa sa isang pahalang na tuwid na linya. 
Nangangahulugan ito na simula sa isang tiyak na boltahe, ang kasalukuyang ay nananatiling pare-pareho sa kabila ng pagtaas ng boltahe. Ang pare-pareho, boltahe-independiyenteng halaga ng kasalukuyang ay tinatawag kasalukuyang saturation.
Hindi mahirap maunawaan ang kahulugan ng mga nakuhang resulta. Sa una, habang tumataas ang boltahe, tumataas ang bilang ng mga ions na dumadaan sa discharge cross section; ang kasalukuyang ko ay tumataas, dahil ang mga ion ay mas marami malakas na larangan gumagalaw sa mas mataas na bilis. Gayunpaman, gaano man kabilis ang paggalaw ng mga ion, ang bilang ng mga ito na dumadaan sa seksyong ito sa bawat yunit ng oras ay hindi maaaring mas malaki kaysa sa kabuuang bilang ng mga ion na nilikha sa paglabas sa paglabas sa bawat yunit ng oras ng panlabas na ionizing factor.
Ang mga eksperimento ay nagpapakita, gayunpaman, na kung, pagkatapos maabot ang saturation kasalukuyang sa gas, patuloy naming makabuluhang taasan ang boltahe, pagkatapos ay ang kurso ng kasalukuyang-boltahe na katangian ay biglang nabalisa. Sa isang sapat na mataas na boltahe, ang kasalukuyang pagtaas nang husto. 
Ang kasalukuyang pagtalon ay nagpapakita na ang bilang ng mga ion ay agad na tumaas nang husto. Ang dahilan para dito ay ang electric field mismo: nagbibigay ito ng ganoong mataas na bilis sa ilang mga ions, i.e. tulad ng isang malaking enerhiya na kapag ang mga naturang ion ay bumangga sa mga neutral na molekula, ang huli ay nasira sa mga ion. Kabuuang bilang Ang mga ion ay natutukoy ngayon hindi sa pamamagitan ng ionizing factor, ngunit sa pamamagitan ng pagkilos ng field mismo, na maaaring suportahan mismo ang kinakailangang ionization: ang conductivity mula sa hindi self-sustaining ay nagiging malaya. Ang inilarawan na kababalaghan ng biglaang pagsisimula ng independiyenteng kondaktibiti, na may katangian ng isang pagkasira ng isang gas gap, ay hindi lamang, bagaman napakahalaga, na anyo ng pagsisimula ng independiyenteng kondaktibiti.
Spark discharge. Sa isang sapat na mataas na lakas ng field (mga 3 MV / m), lumilitaw ang isang electric spark sa pagitan ng mga electrodes, na may anyo ng isang maliwanag na kumikinang na paikot-ikot na channel na nagkokonekta sa parehong mga electrodes. Ang gas na malapit sa spark ay pinainit sa isang mataas na temperatura at biglang lumalawak, na nagiging sanhi mga sound wave, at nakarinig kami ng isang katangiang crack.
Ang inilarawan na anyo ng paglabas ng gas ay tinatawag paglabas ng spark o gas spark. Kapag naganap ang isang spark discharge, ang gas ay biglang nawawala ang mga dielectric na katangian nito at nagiging isang mahusay na konduktor. Ang lakas ng patlang kung saan nangyayari ang isang spark breakdown ng isang gas ay may ibang halaga para sa iba't ibang mga gas at depende sa kanilang estado (presyon, temperatura). Kung mas malaki ang distansya sa pagitan ng mga electrodes, mas malaki ang boltahe sa pagitan ng mga ito ay kinakailangan para sa simula ng isang spark breakdown ng gas. Ang tensyon na ito ay tinatawag pagkasira ng boltahe.
Ang pag-alam kung paano ang breakdown boltahe ay nakasalalay sa distansya sa pagitan ng mga electrodes ng anumang partikular na hugis, posible na sukatin ang hindi kilalang boltahe kasama ang maximum na haba ng spark. Ito ang batayan para sa aparato ng isang spark voltmeter para sa magaspang na mataas na boltahe. 
Binubuo ito ng dalawang bolang metal na naayos sa mga poste 1 at 2, ang 2nd post na may bola ay maaaring lumapit o lumayo sa una gamit ang isang turnilyo. Ang mga bola ay konektado sa isang kasalukuyang pinagmumulan, ang boltahe nito ay susukatin, at sila ay pinagsama-sama hanggang sa lumitaw ang isang spark. Sa pamamagitan ng pagsukat ng distansya gamit ang isang sukat sa stand, ang isa ay maaaring magbigay ng isang magaspang na pagtatantya ng boltahe kasama ang haba ng spark (halimbawa: na may diameter ng bola na 5 cm at isang distansya na 0.5 cm, ang breakdown na boltahe ay 17.5 kV, at sa layo na 5 cm - 100 kV).
Ang paglitaw ng pagkasira ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: sa isang gas mayroong palaging isang tiyak na bilang ng mga ions at electron na nagmumula sa mga random na sanhi. Gayunpaman, ang kanilang bilang ay napakaliit na ang gas ay halos hindi nagsasagawa ng kuryente. Sa isang sapat na mataas na lakas ng field, ang kinetic energy na naipon ng ion sa pagitan ng dalawang banggaan ay maaaring maging sapat upang ionize ang isang neutral na molekula sa panahon ng banggaan. Bilang resulta, isang bagong negatibong elektron at isang positibong sisingilin na nalalabi, isang ion, ay nabuo. 
Ang isang libreng elektron 1, sa pagbangga sa isang neutral na molekula, ay nahahati ito sa isang elektron 2 at isang libreng positibong ion. Ang mga electron 1 at 2, sa karagdagang pagbangga sa mga neutral na molekula, muling hinati ang mga ito sa mga electron 3 at 4 at mga libreng positibong ion, at iba pa.
Ang proseso ng ionization na ito ay tinatawag epekto ionization, at ang gawaing kailangang gastusin upang makagawa ng detatsment ng isang electron mula sa isang atom - gawain ng ionization. Ang gawain ng ionization ay nakasalalay sa istraktura ng atom at samakatuwid ay naiiba para sa iba't ibang mga gas.
Ang mga electron at ions na nabuo sa ilalim ng impluwensya ng impact ionization ay nagpapataas ng bilang ng mga singil sa gas, at sila naman ay naka-set sa paggalaw sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field at maaaring makagawa ng impact ionization ng mga bagong atom. Kaya, ang proseso ay nagpapalaki sa sarili nito, at ang ionization sa gas ay mabilis na umabot sa isang napakataas na halaga. Ang kababalaghan ay katulad ng isang avalanche, kaya tinawag ang prosesong ito ion avalanche.
Ang pagbuo ng isang ion avalanche ay ang proseso ng spark breakdown, at ang pinakamababang boltahe kung saan nangyayari ang isang ion avalanche ay ang breakdown voltage.
Kaya, sa kaso ng pagkasira ng spark, ang sanhi ng gas ionization ay ang pagkasira ng mga atomo at molekula sa mga banggaan sa mga ion (ionization ng epekto).
Kidlat. Ang isang maganda at hindi ligtas na natural na kababalaghan - kidlat - ay isang spark discharge sa kapaligiran.
Nasa kalagitnaan na ng ika-18 siglo, binigyang pansin ang panlabas na pagkakahawig ng kidlat sa isang electric spark. Iminungkahi na ang thundercloud ay nagdadala ng malalaking singil sa kuryente at ang kidlat ay isang napakalaking spark, na walang pinagkaiba sa spark sa pagitan ng mga bola ng isang electric machine maliban sa laki. Ito ay itinuro, halimbawa, ng Russian physicist at chemist na si Mikhail Vasilievich Lomonosov (1711-65), na, kasama ang iba pang mga isyung pang-agham, ay humarap sa atmospheric na kuryente.
Ito ay pinatunayan ng karanasan noong 1752-53. Lomonosov at ang Amerikanong siyentipiko na si Benjamin Franklin (1706-90), na nagtrabaho nang sabay-sabay at nakapag-iisa sa bawat isa.
Nagtayo si Lomonosov ng isang "makina ng kulog" - isang kapasitor na nasa kanyang laboratoryo at sinisingil ng kuryente sa atmospera sa pamamagitan ng isang wire, ang dulo nito ay inilabas sa silid at itinaas sa isang mataas na poste. Sa panahon ng bagyo, maaaring alisin ang mga spark mula sa condenser sa pamamagitan ng kamay.
Si Franklin, sa panahon ng isang bagyo, ay naglunsad ng isang saranggola sa isang string, na nilagyan ng isang puntong bakal; isang susi ng pinto ang nakatali sa dulo ng string. Nang mabasa ang string at naging conductor ng electric current, nagawa ni Franklin na kumuha ng mga electric spark mula sa susi, nagkarga ng mga garapon ng Leyden at gumawa ng iba pang mga eksperimento na ginawa gamit ang isang electric machine (Dapat tandaan na ang mga naturang eksperimento ay lubhang mapanganib, dahil kidlat. maaaring hampasin ang mga ahas, at sa parehong oras ay dadaan ang malalaking singil sa katawan ng eksperimento sa Earth. Nagkaroon ng mga malungkot na kaso sa kasaysayan ng pisika: G. V. Richman, na nagtrabaho kasama si Lomonosov, ay namatay noong 1753 sa St. Petersburg).
Kaya, ipinakita na ang thundercloud ay talagang mataas ang singil sa kuryente.
Ang iba't ibang bahagi ng isang thundercloud ay may mga singil ng iba't ibang mga palatandaan. Kadalasan, ang ibabang bahagi ng ulap (na sinasalamin sa Earth) ay negatibong sisingilin, at ang nasa itaas ay positibong sisingilin. Samakatuwid, kung ang dalawang ulap ay lumalapit sa isa't isa na may magkasalungat na sisingilin na mga bahagi, pagkatapos ay tumalon ang kidlat sa pagitan nila. Gayunpaman, ang paglabas ng kidlat ay maaaring mangyari sa ibang mga paraan. Sa pagdaan sa ibabaw ng Earth, ang isang thundercloud ay lumilikha ng malalaking induced charge sa ibabaw nito, at samakatuwid ang ulap at ang ibabaw ng Earth ay bumubuo ng dalawang plate ng isang malaking capacitor. Ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng ulap at ng Earth ay umabot sa napakalaking halaga, na sinusukat sa daan-daang milyong volts, at isang malakas na electric field ang lumitaw sa hangin. Kung ang intensity ng patlang na ito ay ginawang sapat na malaki, kung gayon ang isang pagkasira ay maaaring mangyari, i.e. kidlat na tumatama sa lupa. Kasabay nito, minsan tumatama ang kidlat sa mga tao at nagiging sanhi ng sunog.
Ayon sa maraming pag-aaral na ginawa sa kidlat, ang spark charge ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na tinatayang numero: ang boltahe (U) sa pagitan ng ulap at ng Earth ay 0.1 GV (gigavolt);
kasalukuyang lakas (I) sa kidlat 0.1 MA (megaampere);
tagal ng kidlat (t) 1 µs (microsecond);
ang diameter ng makinang na channel ay 10-20 cm.
Ang kulog na nangyayari pagkatapos ng kidlat ay may parehong pinagmulan tulad ng kaluskos kapag tumalon ang isang spark ng laboratoryo. Lalo na, ang hangin sa loob ng channel ng kidlat ay malakas na pinainit at pinalawak, kaya naman ang mga sound wave ay lumabas. Ang mga alon na ito, na sinasalamin mula sa mga ulap, bundok, atbp., ay kadalasang lumilikha ng isang mahabang echo - mga kulog na kulog.
Paglabas ng Corona. Ang paglitaw ng isang ion avalanche ay hindi palaging humahantong sa isang spark, ngunit maaari ring maging sanhi ng ibang uri ng discharge - isang corona discharge.
Mag-stretch tayo sa dalawang mataas na insulating na sumusuporta sa isang metal wire ab, na may diameter na ilang ikasampu ng isang milimetro, at ikonekta ito sa negatibong poste ng isang generator, na nagbibigay ng boltahe ng ilang libong volts. Dadalhin namin ang pangalawang poste ng generator sa Earth. Makakakuha ka ng isang uri ng kapasitor, ang mga plato kung saan ay ang wire at ang mga dingding ng silid, na, siyempre, nakikipag-usap sa Earth. 
Ang patlang sa kapasitor na ito ay napaka hindi pare-pareho, at ang intensity nito malapit sa isang manipis na kawad ay napakataas. Sa pamamagitan ng unti-unting pagtaas ng boltahe at pagmamasid sa kawad sa dilim, mapapansin ng isa na sa isang kilalang boltahe, lumilitaw ang isang mahinang glow (korona) malapit sa kawad, na sumasakop sa kawad mula sa lahat ng panig; sinasabayan ito ng sumisitsit na tunog at bahagyang kaluskos. Kung ang isang sensitibong galvanometer ay konektado sa pagitan ng wire at ang pinagmulan, pagkatapos ay sa hitsura ng isang glow, ang galvanometer ay nagpapakita ng isang kapansin-pansing kasalukuyang dumadaloy mula sa generator kasama ang mga wire hanggang sa wire at mula dito sa pamamagitan ng hangin ng silid hanggang sa mga dingding, sa pagitan ng wire at ng mga dingding ay inililipat ng mga ion na nabuo sa silid dahil sa epekto ng ionization. Kaya, ang glow ng hangin at ang hitsura ng isang kasalukuyang ay nagpapahiwatig ng isang malakas na ionization ng hangin sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field. Ang paglabas ng corona ay maaaring mangyari hindi lamang malapit sa kawad, kundi pati na rin malapit sa dulo at sa pangkalahatan malapit sa anumang mga electrodes, malapit sa kung saan nabuo ang isang napakalakas na hindi magkakatulad na larangan.
Application ng corona discharge. Paglilinis ng elektrikal na gas (mga de-koryenteng filter). Ang isang sisidlan na puno ng usok ay biglang nagiging ganap na transparent kung ang mga matutulis na metal na electrodes na konektado sa isang de-koryenteng makina ay ipinapasok dito, at ang lahat ng solid at likidong particle ay idedeposito sa mga electrodes. Ang paliwanag ng karanasan ay ang mga sumusunod: sa sandaling ang korona ay nag-apoy, ang hangin sa loob ng tubo ay malakas na ionized. Ang mga gas ions ay dumidikit sa mga particle ng alikabok at sinisingil ang mga ito. Dahil ang isang malakas na electric field ay kumikilos sa loob ng tubo, ang mga sisingilin na mga particle ng alikabok ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng patlang sa mga electrodes, kung saan sila tumira.
Mga counter elementarya na mga particle
. Ang Geiger-Muller elementary particle counter ay binubuo ng isang maliit na metal cylinder na nilagyan ng window na natatakpan ng foil at isang manipis na metal wire na nakaunat sa axis ng cylinder at insulated mula dito. Ang counter ay konektado sa isang circuit na naglalaman ng isang kasalukuyang pinagmulan, ang boltahe nito ay katumbas ng ilang libong volts. Ang boltahe ay pinili na kinakailangan para sa hitsura ng isang corona discharge sa loob ng counter. 
Kapag ang isang mabilis na gumagalaw na elektron ay pumasok sa counter, ang huli ay nag-ionize ng mga molekula ng gas sa loob ng counter, na nagiging sanhi ng boltahe na kinakailangan upang mag-apoy sa korona upang bahagyang bumaba. Ang isang discharge ay nangyayari sa counter, at isang mahinang panandaliang kasalukuyang lumilitaw sa circuit. Upang makita ito, ang isang napakalaking pagtutol (maraming megaohms) ay ipinakilala sa circuit at ang isang sensitibong electrometer ay konektado sa parallel dito. Sa bawat oras na ang isang mabilis na electron ay tumama sa loob ng counter, ang mga sheet ng electrometer ay yumuko.
Ginagawang posible ng ganitong mga counter na magrehistro hindi lamang ng mga mabilis na electron, ngunit sa pangkalahatan ang anumang sisingilin, mabilis na gumagalaw na mga particle na may kakayahang gumawa ng ionization sa pamamagitan ng mga banggaan. Madaling matukoy ng mga modernong counter ang kahit isang butil na tumatama sa kanila at samakatuwid ay ginagawang posible na ma-verify nang may kumpletong katiyakan at napakalinaw na talagang umiiral ang mga elementarya na particle sa kalikasan.
pamalo ng kidlat. Tinataya na humigit-kumulang 1800 pagkulog at pagkidlat ang nangyayari nang sabay-sabay sa kapaligiran ng buong mundo, na nagbibigay ng average na humigit-kumulang 100 kidlat bawat segundo. At kahit na ang posibilidad na tamaan ng kidlat ng sinumang indibidwal na tao ay bale-wala, gayunpaman, ang kidlat ay nagdudulot ng maraming pinsala. Sapat na upang ituro na sa kasalukuyan halos kalahati ng lahat ng aksidente sa malalaking linya ng kuryente ay sanhi ng kidlat. Samakatuwid, ang proteksyon sa kidlat ay isang mahalagang gawain.
Hindi lamang ipinaliwanag nina Lomonosov at Franklin ang elektrikal na katangian ng kidlat, ngunit itinuro din kung paano bumuo ng isang pamalo ng kidlat na nagpoprotekta laban sa isang tama ng kidlat. Ang pamalo ng kidlat ay isang mahabang wire, ang itaas na dulo nito ay pinatalas at pinalakas sa itaas ng pinakamataas na punto ng protektadong gusali. Ang ibabang dulo ng wire ay konektado sa isang metal sheet, at ang sheet ay inilibing sa lupa sa antas ng tubig sa lupa. Sa panahon ng isang bagyong may pagkulog at pagkidlat, lumalabas ang malalaking singil sa Earth at lumilitaw ang isang malaking electric field malapit sa ibabaw ng Earth. Ang intensity nito ay napakataas malapit sa matalim na konduktor, at samakatuwid ay nag-aapoy ang corona discharge sa dulo ng pamalo ng kidlat. Bilang resulta, hindi maaaring maipon ang mga induced charge sa gusali at hindi nangyayari ang kidlat. Sa mga kasong iyon kung kailan nangyayari pa rin ang kidlat (at napakabihirang mga ganitong kaso), tinatamaan nito ang pamalo ng kidlat at ang mga singil ay napupunta sa Earth nang hindi napinsala ang gusali.
Sa ilang mga kaso, ang paglabas ng korona mula sa pamalo ng kidlat ay napakalakas na lumilitaw ang isang malinaw na nakikitang glow sa dulo. Minsan lumilitaw ang gayong pagkinang malapit sa iba pang mga matulis na bagay, halimbawa, sa mga dulo ng mga palo ng barko, matutulis na tuktok ng puno, atbp. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay napansin ilang siglo na ang nakalilipas at naging sanhi ng mapamahiing sindak ng mga navigator na hindi nauunawaan ang tunay na kakanyahan nito.
Electric arc. Noong 1802, ang Russian physicist na si V.V. Nalaman ni Petrov (1761-1834) na kung ikabit mo ang dalawang piraso ng kuryente sa mga poste ng isang malaking de-koryenteng baterya uling at, kung magdikit ang mga uling, bahagyang itulak ang mga ito, pagkatapos ay bubuo ang isang maliwanag na apoy sa pagitan ng mga dulo ng mga uling, at ang mga dulo ng mga uling mismo ay magliliwanag na puti, na naglalabas ng nakasisilaw na liwanag.
Ang pinakasimpleng aparato para sa paggawa ng isang electric arc ay binubuo ng dalawang electrodes, kung saan ito ay mas mahusay na kumuha ng hindi uling, ngunit espesyal na ginawa rods nakuha sa pamamagitan ng pagpindot sa isang halo ng grapayt, soot at binders. Ang isang network ng ilaw ay maaaring magsilbi bilang isang kasalukuyang pinagmumulan, kung saan ang isang rheostat ay kasama para sa kaligtasan.
Sa pamamagitan ng pagpilit sa arko na magsunog sa isang pare-parehong kasalukuyang sa isang naka-compress na gas (20 atm), posible na dalhin ang temperatura ng dulo ng positibong elektrod sa 5900 ° C, i.e. sa temperatura ng ibabaw ng araw. Ang isang mas mataas na temperatura ay nagtataglay ng isang haligi ng mga gas at singaw, na may mahusay na kondaktibiti ng kuryente, kung saan dumadaan ang isang electric charge. Ang energetic na pambobomba ng mga gas at singaw na ito ng mga electron at ions, na hinimok ng electric field ng arc, ay nagdadala ng temperatura ng mga gas sa column sa 6000-7000°C. Ang ganitong malakas na ionization ng gas ay posible lamang dahil sa ang katunayan na ang katod ng arko ay naglalabas ng maraming mga electron, na nag-ionize ng gas sa discharge space sa kanilang mga epekto. Ang malakas na paglabas ng elektron mula sa katod ay tinitiyak ng katotohanan na ang arc cathode mismo ay pinainit sa napakataas na temperatura (mula 2200 hanggang 3500 ° C). Kapag ang mga uling ay dinala sa contact upang mag-apoy sa arko, halos lahat ng Joule init ng kasalukuyang dumadaan sa mga uling ay inilabas sa contact point, na may napakataas na pagtutol. Samakatuwid, ang mga dulo ng mga uling ay napakainit, at ito ay sapat na para sa isang arko na lumabas sa pagitan ng mga ito kapag sila ay nahiwalay. Sa hinaharap, ang katod ng arko ay pinananatili sa isang pinainit na estado ng kasalukuyang mismong dumadaan sa arko. Ang pangunahing papel dito ay nilalaro ng pambobomba ng katod ng mga positibong ion na bumabagsak dito.
Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ng arko ay may ganap na kakaibang katangian. Sa isang arc discharge, habang tumataas ang kasalukuyang, bumababa ang boltahe sa mga terminal ng arc, i.e. ang arko ay may bumabagsak na kasalukuyang-boltahe na katangian.
Application ng isang arc discharge. Pag-iilaw. Dahil sa mataas na temperatura, ang mga arc electrodes ay naglalabas ng nakasisilaw na liwanag (ang glow ng arc column ay mas mahina, dahil ang emissivity ng gas ay maliit), at samakatuwid ang electric arc ay isa sa mga ang pinakamahusay na mga mapagkukunan Sveta. Kumokonsumo lamang ito ng mga 3 watts bawat candela at higit na mas matipid kaysa sa pinakamahusay na mga incandescent lamp. Ang electric arc ay unang ginamit para sa pag-iilaw noong 1875 ng Russian engineer-inventor na si P.N. Yablochkin (1847-1894) at tinawag na "Russian Light" o "Northern Light". Hinang. Ang isang electric arc ay ginagamit upang magwelding ng mga bahagi ng metal. Ang mga bahagi na hinangin ay nagsisilbing positibong elektrod; pagpindot sa kanila ng karbon na konektado sa negatibong poste ng kasalukuyang pinagmumulan, ang isang arko ay nakuha sa pagitan ng mga katawan at ng karbon, na natutunaw ang metal. arko ng mercury. Ang malaking interes ay ang mercury arc na nasusunog sa isang quartz tube, ang tinatawag na lampara ng kuwarts. Sa lampara na ito, ang arc discharge ay nangyayari hindi sa hangin, ngunit sa isang kapaligiran ng mercury vapor, kung saan ang isang maliit na halaga ng mercury ay ipinakilala sa lampara, at ang hangin ay pumped out. Ang liwanag ng mercury arc ay lubhang mayaman sa ultraviolet rays, na may malakas na kemikal at pisyolohikal na pagkilos. Upang magamit ang radiation na ito, ang lampara ay hindi gawa sa salamin, na malakas na sumisipsip ng UV radiation, ngunit ng fused quartz. Ang mga mercury lamp ay malawakang ginagamit sa paggamot ng iba't ibang mga sakit, pati na rin sa siyentipikong pananaliksik bilang isang malakas na mapagkukunan ng ultraviolet radiation.
Ang elementarya na aklat-aralin ng pisika ay ginamit bilang isang mapagkukunan ng impormasyon sa ilalim
inedit ni Academician G.S. Landsberg (vol. 2). Moscow, Nauka publishing house, 1985.
Ginawa ni MARKIDONOV TIMUR, Irkutsk.