عملية تمرير البريد الإلكتروني. التيار من خلال الغاز يسمى. تصريف الغاز.

هناك نوعان من التصريفات: مستقلة وغير مستقلة.

إذا تم إنشاء الموصلية الكهربائية للغاز. خارجي المؤينات ، ثم el. التيار فيه يسمى. نيساموست. تصريف الغاز. الخامس

انصح. البريد الإلكتروني مخطط ، شركات. من مكثف وجلفانومتر وفولتميتر ومصدر حالي.

يوجد هواء بين ألواح المكثف المسطح الضغط الجويوغرفة تي. إذا تم تطبيق U يساوي عدة مئات من الفولتات على المكثف ، ولم يعمل المؤين ، فإن الجلفانومتر الحالي لا يسجل ، مع ذلك ، بمجرد أن تبدأ المسافة بين الصفائح في الاختراق. تدفق الأشعة فوق البنفسجية ، سيبدأ الجلفانومتر في التسجيل. حاضر. إذا تم إيقاف تشغيل المصدر الحالي ، فسيتوقف تدفق التيار عبر الدائرة ، وهذا التيار هو تفريغ غير مستدام ذاتيًا.

j = γ * E - قانون أوم لـ el. التيار في الغازات.

مع قوي بما فيه الكفاية. يبدأ الحقل في الغاز عملية التأين الذاتي ، والتي يمكن أن يوجد بسببها التيار في حالة عدم وجود مؤين خارجي. يسمى هذا النوع من التيار بالتفريغ المستقل للغاز. عمليات التأين الذاتي بشكل عام هي كما يلي. في الطبيعة. التحويل يحتوي الغاز دائمًا على كمية صغيرة من الإلكترونات والأيونات الحرة. تم إنشاؤها بواسطة هذه الطبيعة. المؤينات ، مثل الفضاء. الأشعة والإشعاع المواد المشعةوالصودا في التربة والمياه. بريد إلكتروني قوي إلى حد ما. يمكن للحقل تسريع هذه الجسيمات إلى مثل هذه السرعات التي تتجاوز فيها طاقتها الحركية طاقة التأين عندما تصطدم الإلكترونات والأيونات في طريقها إلى الأقطاب الكهربائية بالنيوترونات. الجزيئات سوف تؤين تلك الجزيئات. آر. عند الاصطدام ، تتسارع الإلكترونات والأيونات الثانوية الجديدة أيضًا. المجال وبالتالي تأين النيوترونات الجديدة. الجزيئات. يسمى التأين الذاتي للغازات الموصوفة بالتلميع بالصدمات. تسبب الإلكترونات الحرة تأثير التأين بالفعل عند E = 10 3 V / m. من ناحية أخرى ، يمكن أن تسبب الأيونات تأثير التأين فقط عند E = 10 5 V / m. يرجع هذا الاختلاف إلى عدد من الأسباب ، على وجه الخصوص ، حقيقة أن متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات أطول بكثير من الأيونات. لذلك ، تكتسب الأيونات الطاقة اللازمة للتأين عند شدة مجال أقل من الأيونات. ومع ذلك ، حتى في الحقول "+" غير القوية ، تلعب الأيونات دورًا مهمًا في التأين الذاتي. الحقيقة هي أن طاقة هذه الأيونات تقريبية. يكفي لطرد الإلكترونات من المعادن. لذلك ، فإن الأيونات المشتتة بواسطة الحقل "+" ، التي تضرب الكاثود المعدني لمصدر المجال ، تطرد الإلكترونات من الكاثود. هذه الإلكترونات المقطوعة المجال وإنتاج تأين تأثير الجزيئات. يمكن للأيونات والإلكترونات ، التي لا تكفي طاقتها للتأين التصادمي ، أن تقودهم مع ذلك إلى الإثارة عند الاصطدام بالجزيئات. الدولة ، أي لإحداث بعض التغييرات في الطاقة في البريد الإلكتروني. قذائف محايدة الذرات والجزيئات. إثارة. تدخل الذرة أو الجزيء في الحالة الطبيعية بعد فترة من الوقت ، بينما تصدر فوتونًا. يتجلى انبعاث الفوتونات في وهج الغازات. بالإضافة إلى ذلك ، يمتص الفوتون. يمكن لأي جزيء من جزيئات الغاز تأينه ، وهذا النوع من التأين يسمى الفوتونة.تصطدم بعض الفوتونات بالكاثود ، ويمكنها إخراج الإلكترونات منه ، مما يتسبب بعد ذلك في تأين تأثير النيوترون. الجزيئات.

نتيجة للتأثير والتأين الفوتوني وإخراج الإلكترونات من الكود "+" بواسطة الأيونات بواسطة الفوتونات ، يزداد عدد الفوتونات والإلكترونات في الحجم الكامل للغاز بشكل حاد (يشبه الانهيار الجليدي) والمؤين الخارجي ليس كذلك اللازمة لوجود تيار في الغاز ، ويصبح التفريغ مستقل. CVC لتصريف الغاز على النحو التالي.

يحدث التفريغ الكهربائي الذاتي وغير الذاتي في وسائط غازية مختلفة في ظل ظروف معينة. يستخدم الشخص ، كقاعدة عامة ، تفريغًا مستقلًا. المقالة تعطي وصفا لهذه الظواهر.

ماذا يوجد في الغازات؟

قبل التفكير في تفريغ الغاز المستقل وغير الذاتي ، دعنا نحدد هذه الظاهرة. يُفهم التفريغ على أنه حدوث تيار كهربائي في الغاز. نظرًا لأن الوسائط الغازية هي عوازل بطبيعتها ، فهذا يعني أن التيار يرجع إلى وجود ناقلات حرة فيها. الشحنة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أيضًا وجود مجال كهربائي حتى تكتسب الشحنات حركة موجهة.

يمكن إنشاء مجال كهربائي عن طريق تطبيق فرق جهد خارجي على حجم الغاز (وجود أقطاب كهربائية: كاثود سالب وأنود موجب).

يمكن أن تكون العمليات التالية مصادر لشحنات حاملات الشحن:

• التأين الحراري. ينشأ بسبب الاصطدام الميكانيكي لجزيئات الغاز عالية الطاقة (الذرات والجزيئات) وضرب الإلكترونات منها. يتم تنشيط هذه العملية عندما ترتفع درجة الحرارة.
• التأين الضوئي. يكمن جوهرها في امتصاص إلكترون لفوتون عالي الطاقة وفصله عن الذرة.
• الانبعاث البارد للإلكترونات. يحدث بسبب القصف الأيوني لسطح الكاثود.
• انبعاث حراري. ترجع هذه العملية إلى تبخر الإلكترونات عالية الطاقة من الكاثود ومشاركتها في تأين البلازما اللاحق.

هذه العمليات تكمن وراء تصنيف أنواع التصريفات (المستقلة وغير المستقلة).

مفهوم استقلالية التفريغ

ضع في اعتبارك حالة أنبوب الكاثود. إنها حاوية محكمة الإغلاق بها بعض الغاز تحت ضغط معين. توجد أقطاب كهربائية في نهايات هذا الأنبوب. إذا تم تطبيق فرق جهد صغير عليهم ، فلن يظهر أي تيار عمليًا. هذا بسبب عدم وجود عدد كافٍ من ناقلات الشحن.

ومع ذلك ، إذا تم تسخين الغاز أو تعريضه للإشعاع فوق البنفسجي ، فسيسجل الفولتميتر على الفور ظهور التيار. هذه مثال رئيسيفئة غير مكتفية ذاتيا. سميت بذلك لأن وجود مصدر خارجي للتأين (الإشعاع ، درجة الحرارة) ضروري. يجدر إزالة هذا المصدر ، حيث ستصبح قراءات الفولتميتر مرة أخرى مساوية للصفر.

إذا ، في حالة الغياب مصادر خارجيةالتأين لزيادة الجهد بين أقطاب الأنبوب ، ثم يبدأ التيار بالظهور ، والذي يمر بعدة مراحل (التشبع ، الزيادة ، النقصان). في هذه الحالة ، يتحدث المرء عن تفريغ كهربائي مستقل. لم يعد يتطلب مصادر خارجية ، يتم إنشاء ناقلات الشحن الضرورية داخل النظام نفسه. تظل عمليات تكوينها كما هي بالنسبة للتصريف غير الذاتي. في الفولتية العالية وكثافة التيار العالي ، يضاف أيضًا الانبعاث الحراري لإلكترونات الكاثود.

خاصية التيار-الجهد للتفريغ

من الملائم دراسة تفريغ غازي مستدام ذاتيًا وغير مستدام ذاتيًا باستخدام اعتماد الجهد على القوة الحالية (أو العكس) ، والتي تسمى عادةً خاصية الجهد الحالي. يسمح لك بالحكم ليس فقط على حجم الجهد والتيار في النظام ، ولكن أيضًا على العمليات الكهربائية التي تحدث فيه.

يوجد أدناه خاصية الجهد الحالي ، والتي تعكس جميع المراحل الرئيسية لتطوير التفريغ.

كما ترون ، هناك ثلاثة منهم: مظلم ، مشتعل وقوس. سنصف هذه المراحل بمزيد من التفصيل لاحقًا في هذه المقالة.

التفريغ المظلم

يتم وصفه بواسطة الفاصل الزمني AC. مع زيادة الجهد U ، يزداد التيار I بسبب زيادة سرعة الأيونات. ومع ذلك ، فإن هذه السرعات ليست عالية ، لذلك يحدث تفريغ غير مستدام ذاتيًا. في منطقة BC ، تتشبع وتصبح مستقلة ، لأن سرعة الأيونات تصبح كافية لطرد الإلكترونات من الكاثود عند قصفها. تؤدي هذه الإلكترونات إلى تأين إضافي للغاز.

حصلت الشحنة المظلمة على اسمها لأن توهجها يكاد يكون صفرًا: تركيز بلازما منخفض ، تيارات منخفضة (10 -8 أ) ، لا إعادة اتحاد للأيونات والإلكترونات.

تفريغ الحماس

في خاصية الجهد الحالي ، فإنه يتوافق مع المنطقة الواقعة بين النقطتين C و F. ويبين الشكل أن الجهد يتغير (ينخفض ​​ويرتفع) ، بينما يزداد التيار باستمرار. منطقتان فرعيتان مهمتان:

1. نقاط OE - تفريغ توهج عادي. يرتبط سبب الزيادة في التيار هنا بزيادة مساحة البلازما في الغاز. أي ، في البداية تكون هذه قنوات صغيرة ضيقة ، ومن ثم ، بسبب انبعاث الإلكترون البارد ، فإنها تتمدد حتى تصل إلى حجم الأنبوب بالكامل. من هذه النقطة فصاعدًا ، هناك انتقال إلى المنطقة الفرعية التالية.
2. نقاط EF - تصريف شاذ. يبدأ تيار هذا التفريغ الذاتي في الغاز في النمو بسبب انبعاث الإلكترون الساخن. ترتفع درجة حرارة الكاثود تدريجياً ، وتبدأ في إصدار جزيئات سالبة الشحنة.

تعمل جميع مصابيح النيون والفلوريسنت في منطقة تفريغ الوهج العادية.

تصريف الشرارة والقوس

تغطي هذه الأنواع من التفريغ المستمر ذاتيًا منطقة FG في الشكل. هذا هو المكان الذي تحدث فيه أكثر العمليات تعقيدًا.

عندما يرتفع الجهد بين الأقطاب الكهربائية إلى القيمة القصوى (النقطة F) ، ويتم تنشيط الانبعاث الحراري للإلكترونات من الكاثود ، فسيتم إنشاء ظروف مواتية لتشكيل تفريغ شرارة غير مستقر. إنه يمثل الأعطال قصيرة المدى (ميكروثانية) ، والتي لها شكل متعرج مميز. وخير مثال في الطبيعة هو البرق في الغلاف الجوي.

يحدث التفريغ من خلال قنوات ضيقة تسمى اللافتات. إنها خطوط مكسورة ضيقة من البلازما شديدة التأين التي تربط سطح الكاثود بالقطب الموجب. تصل القوة الحالية فيها إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات.

يؤدي استقرار شحنة الشرارة إلى تكوين قوس ثابت (منطقة النقطة G). في هذه الحالة ، يكون الحجم الكامل للغاز في الأنبوب عبارة عن بلازما شديدة التأين. يتم تسخين سطح الكاثود حتى 5000-6000 كلفن ، والأنود - حتى 3000 كلفن يؤدي هذا التسخين القوي للكاثود إلى تكوين ما يسمى بـ "النقاط الساخنة" عليه ، والتي تصبح مصدر قويالإلكترونات الحرارية هي سبب تآكل هذا القطب. الجهد أثناء تفريغ القوس ليس مرتفعًا (عدة عشرات من الفولتات) ، لكن القوة الحالية يمكن أن تصل إلى 100 ألف أو أكثر. يعتبر قوس اللحام مثالًا رئيسيًا على هذا النوع من التفريغ.

وبالتالي ، فإن وجود تصريفات مستقلة وغير ذاتية الاستدامة في الغازات يرجع إلى آليات تأينها وتكوين البلازما مع زيادة الجهد والتيار في النظام.

معمل # 2.5

"دراسة تصريف الغاز باستخدام ثيراترون"

هدف: دراسة العمليات التي تحدث في الغازات أثناء التفريغ غير الذاتي والمستدام ذاتيًا في الغازات ، لدراسة مبدأ تشغيل الثيراترون ، لبناء جهد التيار وخصائص البداية للثيراترون.

الجزء النظري

تأين الغازات. تصريف غاز غير مستدام ذاتيًا ومستدامًا ذاتيًا

تكون ذرات وجزيئات الغازات في الظروف اليومية العادية متعادلة كهربائيًا ، أي لا تحتوي على ناقلات شحن مجانية ، مما يعني أنه ، مثل فجوة الفراغ ، لا ينبغي لها توصيل الكهرباء. في الواقع ، تحتوي الغازات دائمًا على كمية معينة من الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة والسالبة ، وبالتالي ، على الرغم من ضعفها ، فإنها توصل الكهرباء. حاضر.

عادة ما تتشكل ناقلات الشحنة الحرة في الغاز نتيجة لطرد الإلكترونات منها قذيفة الإلكترونذرات الغاز ، أي نتيجة ل التأينغاز. تأين الغاز هو نتيجة لتأثير الطاقة الخارجية: التسخين ، قصف الجسيمات (الإلكترونات ، الأيونات ، إلخ) ، الإشعاع الكهرومغناطيسي (الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة السينية ، المشعة ، إلخ). في هذه الحالة ، يقوم الغاز الموجود بين الأقطاب الكهربائية بتوصيل تيار كهربائي يسمى تصريف الغاز. قوةعامل مؤين ( المؤين) هو عدد أزواج ناقلات الشحنة المشحونة معاكسة الناتجة عن التأين لكل وحدة حجم من الغاز لكل وحدة زمنية. إلى جانب عملية التأين ، هناك أيضًا عملية عكسية - إعادة التركيب: تفاعل الجسيمات المشحونة عكسيا ، ونتيجة لذلك تظهر الذرات أو الجزيئات المحايدة كهربائيا وتشع موجات كهرومغناطيسية. إذا كانت الموصلية الكهربائية للغاز تتطلب وجود مؤين خارجي ، فإن هذا التفريغ يسمى يعتمد. إذا كان المجال الكهربائي المطبق (EF) كبيرًا بدرجة كافية ، فإن عدد حاملات الشحن المجاني المتكونة نتيجة للتأين الناتج عن المجال الخارجي يكون كافياً للحفاظ على التفريغ الكهربائي. مثل هذا التفريغ لا يحتاج إلى مؤين خارجي ويسمى مستقل.

دعونا ننظر في خاصية الجهد الحالي (CVC) لتفريغ الغاز في غاز يقع بين الأقطاب الكهربائية (الشكل 1).

مع تفريغ غاز غير مستدام ذاتيًا في منطقة الحقول الكهربائية الضعيفة (I) ، فإن عدد الشحنات المتكونة نتيجة للتأين يساوي عدد الشحنات التي يتم إعادة تجميعها مع بعضها البعض. بسبب هذا التوازن الديناميكي ، يظل تركيز ناقلات الشحن المجاني في الغاز ثابتًا عمليًا ، ونتيجة لذلك ، قانون أوم (1):

أين ه- توتر الحقل الكهربائي; ن- تركيز؛ يهي كثافة التيار.

و ( ) هي تنقل حاملات الشحنة الموجبة والسالبة ، على التوالي ؛<υ > هي سرعة انجراف الحركة الموجهة للشحنة.

في منطقة عالية EC (II) ، لوحظ تشبع التيار في الغاز (I) ، حيث أن جميع الحاملات التي تم إنشاؤها بواسطة المؤين تشارك في الانجراف الموجه ، في إنشاء التيار.

مع زيادة أخرى في المجال (III) ، ناقلات الشحنة (الإلكترونات والأيونات) ، تتحرك بمعدل متسارع ، تتأين الذرات المحايدة وجزيئات الغاز ( تأثير التأين) ، مما أدى إلى تكوين ناقلات شحنة إضافية والتكوين الانهيار الإلكتروني(الإلكترونات أخف من الأيونات ويتم تسريعها بشكل كبير في EP) - تزداد كثافة التيار ( تضخيم الغاز). عند إيقاف تشغيل المؤين الخارجي ، سيتوقف تفريغ الغاز بسبب عمليات إعادة التركيب.

نتيجة لهذه العمليات ، تتشكل تدفقات الإلكترونات والأيونات والفوتونات ، وينمو عدد الجسيمات مثل الانهيار الجليدي ، وهناك زيادة حادة في التيار مع عدم تضخيم المجال الكهربائي عمليًا بين الأقطاب الكهربائية. ينشأ تفريغ غاز مستقل. يسمى الانتقال من التفريغ غير المتسق للغاز إلى التفريغ المستقل البريد الإلكتروني انفصال، والجهد بين الأقطاب ، أين د- المسافة بين الأقطاب الكهربائية تسمى جهد الانهيار.

للبريد الإلكتروني الانهيار ، من الضروري أن يكون للإلكترونات ، على طول مسارها ، وقتًا لاكتساب طاقة حركية تتجاوز إمكانات التأين لجزيئات الغاز ، ومن ناحية أخرى ، فإن الأيونات الموجبة ، على طول مسارها ، لديها وقت لاكتساب طاقة حركية أكبر من وظيفة عمل مادة الكاثود. نظرًا لأن متوسط ​​المسار الحر يعتمد على تكوين الأقطاب الكهربائية ، والمسافة بينها d وعدد الجسيمات لكل وحدة حجم (وبالتالي ، على الضغط) ، يمكن التحكم في اشتعال التفريغ الذاتي عن طريق تغيير المسافة بين الأقطاب الكهربائية دبتكوينها غير المتغير ، وتغيير الضغط ص. إذا كان العمل PDستكون هي نفسها ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، يجب أن تكون طبيعة الانهيار الملحوظ هي نفسها. انعكس هذا الاستنتاج في التجربة قانونه (1889) الألمانية. الفيزياء F. باشن(1865–1947):

جهد الاشتعال لتفريغ الغاز لقيمة معينة لمنتج ضغط الغاز والمسافة بين الأقطاب الكهربائية Pd هي خاصية قيمة ثابتة لغاز معين .

هناك عدة أنواع من التفريغ الذاتي.

تفريغ الحماسيحدث عند ضغوط منخفضة. إذا تم تطبيق جهد ثابت يبلغ عدة مئات من الفولتات على الأقطاب الكهربائية الملحومة في أنبوب زجاجي بطول 30-50 سم ، يضخ الهواء تدريجياً خارج الأنبوب ، عند ضغط 5.3-6.7 كيلو باسكال يحدث التفريغ على شكل مضيء سلك متعرج ضارب إلى الحمرة قادم من الكاثود إلى الأنود. مع انخفاض إضافي في الضغط ، تزداد سماكة الشعيرة ، وعند ضغط »13 باسكال ، يكون للتفريغ الشكل الموضح تخطيطيًا في الشكل. 2.

طبقة رقيقة مضيئة متصلة مباشرة بالكاثود 1 - فيلم الكاثود ، متبوعًا بـ 2 - الفضاء المظلم الكاثود ، ويمر أكثر إلى الطبقة المضيئة 3 - توهج مشتعل ، التي لها حدود حادة على جانب الكاثود ، تختفي تدريجياً على جانب الأنود. تشكل الطبقات 1-3 جزء الكاثود من تفريغ الوهج. يتبع الوهج المشتعل فاراداي الفضاء المظلم 4. ما تبقى من الأنبوب مليء بالغاز المضيء - مشاركة إيجابية - 5.

تختلف الإمكانات بشكل غير متساو على طول الأنبوب (انظر الشكل 2). يحدث انخفاض الجهد بالكامل تقريبًا في الأقسام الأولى من التفريغ ، بما في ذلك مساحة الكاثود المظلمة.

تحدث العمليات الرئيسية اللازمة للحفاظ على التفريغ في جزء الكاثود الخاص به:

1) تقوم الأيونات الموجبة ، التي يتم تسريعها بفعل هبوط الجهد الكاثودي ، بقصف الكاثود وإخراج الإلكترونات منه ؛

2) تتسارع الإلكترونات في جزء الكاثود وتكتسب طاقة كافية وتقوم بتأين جزيئات الغاز. يتم تشكيل العديد من الإلكترونات والأيونات الموجبة. في منطقة التوهج المحترق ، تحدث إعادة التركيب المكثف للإلكترونات والأيونات ، ويتم إطلاق الطاقة ، ويذهب جزء منها إلى التأين الإضافي. تقوم الإلكترونات التي اخترقت فضاء فاراداي المظلم بتجميع الطاقة تدريجياً ، بحيث تنشأ الظروف اللازمة لوجود البلازما (درجة عالية من تأين الغاز). العمود الموجب هو بلازما تفريغ الغاز. يعمل كموصل يربط القطب الموجب بأجزاء الكاثود. توهج العمود الموجب ناتج بشكل أساسي عن انتقالات الجزيئات المثارة إلى الحالة الأرضية. تصدر جزيئات الغازات المختلفة إشعاعات ذات أطوال موجية مختلفة خلال هذه التحولات. لذلك ، فإن توهج العمود له خاصية لونية مميزة لكل غاز. يستخدم هذا لصنع أنابيب مضيئة. تعطي أنابيب النيون توهجًا أحمر ، بينما تعطي أنابيب الأرجون لونًا أخضر مزرقًا.

تفريغ القوسلوحظ في الضغوط العادية والمرتفعة. في هذه الحالة ، يصل التيار إلى عشرات ومئات الأمبيرات ، وينخفض ​​الجهد عبر فجوة الغاز إلى عدة عشرات من الفولتات. يمكن الحصول على مثل هذا التفريغ من مصدر جهد منخفض إذا تم تجميع الأقطاب معًا أولاً حتى تلامسها. عند نقطة التلامس ، يتم تسخين الأقطاب الكهربائية بقوة بسبب حرارة الجول ، وبعد إزالتها من بعضها البعض ، يصبح الكاثود مصدرًا للإلكترونات بسبب الانبعاث الحراري. العمليات الرئيسية التي تدعم التفريغ هي الانبعاث الحراري من الكاثود والتأين الحراري للجزيئات بسبب ارتفاع درجة حرارة الغاز في فجوة بين القطب. تمتلئ مساحة القطب الكهربائي بالكامل تقريبًا ببلازما ذات درجة حرارة عالية. إنه بمثابة موصل تصل من خلاله الإلكترونات المنبعثة من الكاثود إلى القطب الموجب. درجة حرارة البلازما ~ 6000 كلفن. يتم الحفاظ على درجة الحرارة العالية للكاثود عن طريق قصفه بالأيونات الموجبة. في المقابل ، فإن الأنود ، تحت تأثير الإلكترونات السريعة التي تسقط عليه من فجوة الغاز ، يسخن بقوة أكبر ويمكن أن يذوب ، وتتشكل عطلة على سطحه - فوهة بركان - ألمع مكان للقوس. القوس الكهربائيتم استلامه لأول مرة في عام 1802. الفيزيائي الروسي في. بيتروف (1761-1834) ، الذي استخدم قطعتين من الفحم كأقطاب كهربائية. أعطت أقطاب الكربون الساخنة وهجًا رائعًا ، وبينها ظهر عمود لامع من الغاز المضيء - قوس كهربائي. يستخدم تفريغ القوس كمصدر ضوء ساطعفي الكشافات وتركيبات الإسقاط وكذلك لقطع ولحام المعادن. هناك تفريغ القوس مع الكاثود البارد. تظهر الإلكترونات بسبب انبعاث المجال من الكاثود ، ودرجة حرارة الغاز منخفضة. يحدث تأين الجزيئات بسبب تأثير الإلكترون. تظهر بلازما تفريغ الغاز بين الكاثود والأنود.

تفريغ شرارةيحدث بين قطبين كهربائيين عند شدة مجال كهربائي عالية بينهما . شرارة تقفز بين الأقطاب الكهربائية ، على شكل قناة مضيئة زاهية ، تربط كلا القطبين. يتم تسخين الغاز بالقرب من الشرارة إلى درجة حرارة عالية ، ويحدث اختلاف في الضغط ، مما يؤدي إلى ظهور موجات صوتيهالكراك المميز.

يسبق ظهور الشرارة تكوين الانهيارات الإلكترونية في الغاز. سلف كل انهيار جليدي هو إلكترون يتسارع في مجال كهربائي قوي وينتج تأين الجزيئات. تتسارع الإلكترونات الناتجة بدورها وتنتج التأين التالي ، يحدث انهيار جليدي في عدد الإلكترونات - انهيار ثلجي.

لا تلعب الأيونات الموجبة الناتجة دورًا مهمًا ، لأن إنهم غير قادرين على الحركة. تتقاطع الانهيارات الإلكترونية وتشكل قناة موصلة غاسل على طول التي تندفع الإلكترونات من الكاثود إلى الأنود - هناك انفصال.

البرق مثال على تفريغ شرارة قوي. تحمل أجزاء مختلفة من السحابة الرعدية شحنات بعلامات مختلفة ("-" تواجه الأرض). لذلك ، إذا اقتربت الغيوم من بعضها البعض بأجزاء مشحونة بشكل معاكس ، يحدث انهيار شرارة بينها. فرق الجهد بين السحابة المشحونة والأرض هو ~ 10 8 فولت.

يستخدم تفريغ الشرارة لبدء عمليات الانفجارات والاحتراق (الشموع في محركات الاحتراق الداخلي) ، لتسجيل الجسيمات المشحونة في عدادات الشرارة ، ومعالجة الأسطح المعدنية ، إلخ.

إفرازات كورونا (التاجية)يحدث بين الأقطاب الكهربائية التي لها انحناءات مختلفة (أحد الأقطاب هو سلك رفيع أو نقطة). في التفريغ الهالي ، لا يحدث تأين وإثارة الجزيئات في مساحة القطب البيني بالكامل ، ولكن بالقرب من الحافة ، حيث تكون الكثافة عالية وتتجاوز هانفصال. في هذا الجزء ، يتوهج الغاز ، ويكون التوهج على شكل هالة تحيط بالإلكترود.

البلازما وخصائصها

بلازمايسمى بالغاز المتأين بشدة ، حيث يكون تركيز الشحنات الموجبة والسالبة متماثلًا تقريبًا. يميز بلازما ذات درجة حرارة عالية ، والتي تحدث في درجات حرارة عالية للغاية ، و بلازما تصريف الغاز الناشئة عن تصريف الغاز.

للبلازما الخصائص التالية:

درجة عاليةالتأين ، في الحد - التأين الكامل (يتم فصل جميع الإلكترونات عن النوى) ؛

يكون تركيز الجسيمات الموجبة والسالبة في البلازما متماثلًا تقريبًا ؛

الموصلية الكهربائية العالية

يشع؛

تفاعل قوي مع الكهرباء و المجالات المغناطيسية;

تذبذبات الإلكترونات في البلازما ذات التردد العالي (> 10 8 هرتز) ، مما يتسبب في اهتزاز عام للبلازما ؛

التفاعل المتزامن لعدد كبير من الجسيمات.

التيار الكهربائي هو تدفق ناتج عن الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة كهربائيًا. تؤخذ حركة الشحنات على أنها اتجاه التيار الكهربائي. كهرباءقد تكون قصيرة الأجل أو طويلة الأجل.

مفهوم التيار الكهربائي

أثناء تفريغ البرق ، يمكن أن يحدث تيار كهربائي يسمى قصير المدى. وللحفاظ على التيار لفترة طويلة ، من الضروري وجود مجال كهربائي وحاملات شحن كهربائية مجانية.

يتم إنشاء مجال كهربائي بواسطة أجسام مشحونة بشكل مختلف. القوة الحالية هي نسبة الشحنة المنقولة عبر المقطع العرضي للموصل في فترة زمنية إلى هذه الفترة الزمنية. يقاس بالأمبير.

أرز. 1. الصيغة الحالية

التيار الكهربائي في الغازات

جزيئات الغاز لا توصل الكهرباء في الظروف العادية. هم عوازل (عوازل). ومع ذلك ، إذا قمت بتغيير الشروط بيئةومن ثم يمكن أن تصبح الغازات موصلات للكهرباء. نتيجة التأين (عند تسخينه أو تحت تأثير الإشعاع المشع) ينشأ تيار كهربائي في الغازات ، وغالبًا ما يتم استبداله بمصطلح "التفريغ الكهربائي".

تصريفات الغاز المستدام ذاتيًا وغير المستدام ذاتيًا

يمكن أن تكون عمليات التصريف في الغاز مكتفية ذاتيًا وغير مكتفية ذاتيًا. يبدأ التيار في الوجود عندما تظهر الرسوم المجانية. توجد التصريفات غير ذاتية الاستدامة طالما أن هناك قوة خارجية تعمل عليها ، أي مؤين خارجي. أي ، إذا توقف المؤين الخارجي عن العمل ، فإن التيار يتوقف.

يوجد تفريغ مستقل للتيار الكهربائي في الغازات حتى بعد إنهاء المؤين الخارجي. تنقسم التصريفات المستقلة في الفيزياء إلى هادئة ، مشتعلة ، قوس ، شرارة ، هالة.

• هادئ - أضعف التصريفات المستقلة. القوة الحالية فيه صغيرة جدًا (لا تزيد عن 1 مللي أمبير). لا يصاحبها ظواهر صوتية أو ضوئية.
• مكمور - إذا قمت بزيادة الجهد في تفريغ هادئ ، فإنه ينتقل إلى المستوى التالي - إلى تفريغ متوهج. في هذه الحالة ، يظهر توهج مصحوب بإعادة التركيب. إعادة التركيب - عملية التأين العكسي ، لقاء الإلكترون مع الأيون الموجب. يتم استخدامه في مصابيح الإضاءة والجراثيم.

أرز. 2. توهج التفريغ

• قوس - تتراوح شدة التيار من 10 أ إلى 100 أ. وفي هذه الحالة يكون التأين 100٪ تقريبًا. يحدث هذا النوع من التفريغ ، على سبيل المثال ، أثناء تشغيل آلة اللحام.

أرز. 3. تفريغ القوس

• متألق - يمكن اعتباره أحد أنواع تصريف القوس الكهربائي. خلال مثل هذا التفريغ للغاية وقت قصيركمية معينة من تدفقات الكهرباء.
• كورونا التفريغ - يحدث تأين الجزيئات بالقرب من أقطاب كهربائية ذات نصف قطر صغير من الانحناء. يحدث هذا النوع من الشحنات عندما تتغير شدة المجال الكهربائي بشكل كبير.

ماذا تعلمنا؟

في حد ذاتها ، تكون ذرات وجزيئات الغاز متعادلة. يتم شحنهم عند تعرضهم للخارج. عند الحديث بإيجاز عن التيار الكهربائي في الغازات ، فهو عبارة عن حركة موجهة للجسيمات (أيونات موجبة للقطب السالب وأيونات سالبة إلى القطب الموجب). من المهم أيضًا أنه عندما يتأين الغاز ، تتحسن خصائصه الموصلة.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.1 مجموع التصنيفات المستلمة: 436.

الغازات في درجات حرارة ليست عالية جدًا وفي ضغوط قريبة من الغلاف الجوي هي عوازل جيدة. إذا وضعت مقياسًا كهربيًا مشحونًا في هواء جوي جاف ، فستظل شحنته دون تغيير لفترة طويلة. ويفسر ذلك حقيقة أن الغازات في الظروف العادية تتكون من ذرات وجزيئات متعادلة ولا تحتوي على شحنات حرة (إلكترونات وأيونات). يصبح الغاز موصلًا للكهرباء فقط عندما تتأين بعض جزيئاته. بالنسبة للتأين ، يجب تعريض الغاز لنوع من المؤين: على سبيل المثال ، تفريغ كهربائي ، أو أشعة سينية ، أو إشعاع أو أشعة فوق بنفسجية ، أو لهب شمعة ، إلخ. (في الحالة الأخيرة ، يكون سبب التوصيل الكهربائي للغاز هو التسخين).

عندما تتأين الغازات ، يتم إخراج إلكترون واحد أو أكثر من الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة أو الجزيء ، مما يؤدي إلى تكوين الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة. يمكن أن ترتبط الإلكترونات بجزيئات وذرات متعادلة ، وتحولها إلى أيونات سالبة. لذلك ، يوجد في الغاز المتأين أيونات موجبة وسالبة الشحنة وإلكترونات حرة. ه التيار الكهربائي في الغازات يسمى تفريغ الغاز. وبالتالي ، يتم إنشاء التيار في الغازات بواسطة أيونات كل من الإشارات والإلكترونات. سيصاحب تفريغ الغاز بهذه الآلية نقل المادة ، أي الغازات المؤينة هي موصلات من النوع الثاني.

من أجل تمزيق إلكترون واحد من جزيء أو ذرة ، من الضروري القيام بعمل معين A و ، أي تنفق بعض الطاقة. هذه الطاقة تسمى طاقة التأين التي قيمها للذرات مواد مختلفةتقع في حدود 4-25 فولت. من الناحية الكمية ، عادة ما تتميز عملية التأين بكمية تسمى إمكانية التأين :

بالتزامن مع عملية التأين في الغاز ، هناك دائمًا عملية عكسية - عملية إعادة التركيب: الأيونات الموجبة والسالبة أو الأيونات والإلكترونات الموجبة ، تلتقي وتتحد مع بعضها البعض لتشكيل ذرات وجزيئات محايدة. كلما ظهرت المزيد من الأيونات تحت تأثير المؤين ، زادت كثافة عملية إعادة التركيب.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن الموصلية الكهربائية للغاز لا تساوي أبدًا الصفر ، لأنها تحتوي دائمًا على شحنات مجانية ناتجة عن عمل الإشعاع من المواد المشعة الموجودة على سطح الأرض ، وكذلك من الإشعاع الكوني. شدة التأين تحت تأثير هذه العوامل منخفضة. هذه الموصلية الكهربائية الطفيفة للهواء هي سبب تسرب شحنات الأجسام المكهربة ، حتى لو كانت معزولة جيدًا.

يتم تحديد طبيعة تفريغ الغاز من خلال تكوين الغاز ودرجة حرارته وضغطه وأبعاده وتكوينه ومواده من الأقطاب الكهربائية ، فضلاً عن الجهد المطبق وكثافة التيار.

دعونا نفكر في دائرة تحتوي على فجوة غازية (الشكل) ، تخضع لعمل مستمر وثابت في شدة المؤين. نتيجة لعمل المؤين ، يكتسب الغاز بعض الموصلية الكهربائية ويتدفق التيار في الدائرة. يوضح الشكل خصائص الجهد الحالي (اعتماد التيار على الجهد المطبق) لمؤينين. إنتاجية المؤين الثاني (عدد أزواج الأيونات التي ينتجها المؤين في فجوة الغاز في ثانية واحدة) أكبر من الأول. سنفترض أن أداء المؤين ثابت ويساوي n 0. عند ضغط غير منخفض جدًا ، يتم التقاط جميع الإلكترونات المنقسمة تقريبًا بواسطة جزيئات محايدة ، مكونة أيونات سالبة الشحنة. مع أخذ إعادة التركيب في الاعتبار ، نفترض أن تركيزات أيونات كلتا العلامتين هي نفسها وتساوي n. تختلف سرعات الانجراف المتوسطة للأيونات ذات العلامات المختلفة في مجال كهربائي:،. ب - و ب + هي تنقل أيونات الغاز. الآن بالنسبة للمنطقة الأولى ، مع الأخذ في الاعتبار (5) ، يمكننا كتابة:

كما يتضح ، في المنطقة الأولى ، مع زيادة الجهد ، يزداد التيار ، حيث تزداد سرعة الانجراف. سينخفض ​​عدد أزواج إعادة الاتحاد مع زيادة سرعتها.

المنطقة الثانية - منطقة تيار التشبع - تصل جميع الأيونات التي تم إنشاؤها بواسطة المؤين إلى الأقطاب الكهربائية دون الحاجة إلى وقت لإعادة الاتحاد. كثافة تيار التشبع

ي ن = ف ن 0 د ، (28)

حيث d هو عرض فجوة الغاز (المسافة بين الأقطاب الكهربائية). كما يتضح من (28) ، فإن تيار التشبع هو مقياس للتأثير المؤين للمؤين.

عند جهد أكبر من U p p (المنطقة III) ، تصل سرعة الإلكترونات إلى قيمة تجعلها ، عند الاصطدام مع الجزيئات المحايدة ، قادرة على إحداث تأين تصادم. نتيجة لذلك ، يتم تكوين أزواج 0 إضافية من الأيونات. تسمى القيمة أ عامل تضخيم الغاز . في المنطقة III ، لا يعتمد هذا المعامل على n 0 ، ولكنه يعتمد على U. وبالتالي. الشحنة التي تصل إلى الأقطاب الكهربائية عند الثابت U تتناسب طرديًا مع أداء المؤين - n 0 والجهد U. لهذا السبب ، تسمى المنطقة III المنطقة التناسبية. U pr - عتبة التناسب. عامل تضخيم الغاز A له قيم من 1 إلى 10 4.

في المنطقة IV ، منطقة التناسب الجزئي ، يبدأ كسب الغاز في الاعتماد على n 0. يزداد هذا الاعتماد مع زيادة U. ويزداد التيار بشكل حاد.

في نطاق الجهد 0 ÷ U g ، يوجد التيار في الغاز فقط عندما يكون المؤين قيد التشغيل. إذا توقف عمل المؤين ، فإن التفريغ يتوقف أيضًا. التصريفات التي لا توجد إلا تحت تأثير المؤينات الخارجية تسمى عدم الاكتفاء الذاتي.

الجهد U g هو عتبة المنطقة ، منطقة Geiger ، والتي تتوافق مع الحالة التي لا تختفي فيها العملية في فجوة الغاز حتى بعد إيقاف تشغيل المؤين ، أي يكتسب التفريغ طابع التفريغ المستقل. تعطي الأيونات الأولية قوة دافعة فقط لحدوث تصريف الغاز. في هذه المنطقة ، اكتسبت بالفعل القدرة على تأين الأيونات الهائلة لكلتا العلامتين. لا يعتمد حجم التيار على n 0.

في المنطقة السادسة ، يكون الجهد مرتفعًا لدرجة أن التفريغ ، بمجرد حدوثه ، لم يعد يتوقف - منطقة التفريغ المستمر.