Proces prosljeđivanja e-pošte. struja kroz plin tzv plinsko pražnjenje.

Postoje 2 vrste pražnjenja: samostalna i nesamostalna.

Ako se stvori električna vodljivost plina. vanjski ionizatori, zatim el. struja u njoj zove se. ne-sebe plinsko pražnjenje. V

Smatrati elektronička pošta dijagram, komp. od kondenzatora, galvanometra, voltmetra i izvora struje.

Između ploča ravnog kondenzatora nalazi se zrak na atmosferski pritisak i soba t. Ako se na kondenzator stavi U jednak nekoliko stotina volti, a ionizator ne radi, tada galvanometar ne registrira struju, ali čim se prostor između ploča počne prožimati. struje UV zraka, galvanometar će početi registrirati. Trenutno. Ako se izvor struje isključi, protok struje kroz krug će prestati; ta struja predstavlja nesamoodrživo pražnjenje.

j = γ*E – Ohmov zakon za el. struja u plinovima.

S dovoljno jakim električnim polju u plinu, počinje proces samoionizacije, zbog čega struja može postojati u nedostatku vanjskog ionizatora. Ova vrsta struje naziva se samoodrživo plinsko pražnjenje. Procesi samoionizacije općenito su sljedeći. U prirodnom konvencionalne U plinu uvijek postoji mala količina slobodnih elektrona i iona. Njih takve prirode stvaraju. ionizatori, poput kozmičkih. zrake, radijacija radioaktivne tvari, soda u tlu i vodi. Prilično jaka struja. polje može ubrzati te čestice do takvih brzina pri kojima njihova kinetička energija premašuje energiju ionizacije kada se elektroni i ioni sudaraju s neuterima na putu do elektroda. molekule će ionizirati te molekule. Arr. pri sudaru se također raspršuju novi sekundarni elektroni i ioni. polje i zauzvrat ionizira nove neutrone. molekule. Opisana samoionizacija plinova naziva se udarna polarizacija. Slobodni elektroni uzrokuju udarnu ionizaciju već pri E = 10 3 V/m. Ioni mogu izazvati udarnu ionizaciju samo pri E = 10 5 V/m. Ta je razlika uzrokovana nizom razloga, posebice činjenicom da je srednji slobodni put za elektrone mnogo duži nego za ione. Stoga ioni dobivaju energiju potrebnu za udarnu ionizaciju pri nižoj jakosti polja od iona. Međutim, čak i pri ne prejakim poljima "+", ioni igraju važnu ulogu u samoionizaciji. Činjenica je da je energija ovih iona cca. dovoljan da izbije elektrone iz metala. Stoga ioni ubrzani poljem "+", udarajući u metalnu katodu izvora polja, izbacuju elektrone s katode. Ovi izbačeni elektroni se razgrađuju. polje i proizvesti udarnu ionizaciju molekula. Ioni i elektroni, čija je energija nedovoljna za udarnu ionizaciju, ipak mogu pri sudaru s molekulama izazvati njihovo uzbuđenje. stanje, odnosno izazvati neke energetske promjene u električnom sustavu. Neutralne školjke atomi i molekule. exc. atom ili molekula se nakon nekog vremena vraća u svoje normalno stanje, a pritom emitira foton. Emisija fotona očituje se u sjaju plinova. Osim toga, foton, apsorpcija. bilo koja od molekula plina može ga ionizirati, ova vrsta ionizacije se zove fotonska ionizacija. Neki fotoni udare u katodu, mogu iz nje izbaciti elektrone, koji zatim uzrokuju udarnu ionizaciju neutrona. molekule.

Kao rezultat udarne i fotonske ionizacije i izbacivanja elektrona iz “+” koda fotonima, broj fotona i elektrona u cijelom volumenu plina naglo raste (lavino) i za postojanje struje u plin vanjski ionizator nije potreban, a pražnjenje postaje nezavisna. Strujno-naponska karakteristika plinskog pražnjenja izgleda ovako.

Električno samoodrživo i nesamoodrživo pražnjenje javlja se u različitim plinskim okruženjima pod određenim uvjetima. U pravilu, osoba koristi neovisno pražnjenje. U članku se opisuju te pojave.

Što je u plinovima?

Prije razmatranja plinskog pražnjenja, neovisnog i nesamostalnog, definirajmo ovaj fenomen. Pod pražnjenjem se podrazumijeva pojava električne struje u plinu. Budući da su plinoviti mediji po svojoj prirodi izolatori, to znači da struja nastaje zbog prisutnosti slobodnih nositelja u njima električno punjenje. Osim njih mora postojati i električno polje kako bi naboji poprimili usmjereno kretanje.

Električno polje može se stvoriti primjenom vanjske razlike potencijala na volumen plina (prisutnost elektroda: negativne katode i pozitivne anode).

Sljedeći procesi mogu biti izvori nositelja naboja:

• Toplinska ionizacija. Nastaje zbog mehaničkog sudara visokoenergetskih čestica plina (atoma, molekula) i izbijanja elektrona iz njih. Ovaj proces se aktivira kada se temperatura poveća.
• Fotoionizacija. Njegova bit leži u apsorpciji fotona visoke energije od strane elektrona i njegovom odvajanju od atoma.
• Emisija hladnih elektrona. Nastaje zbog bombardiranja površine katode ionima.
• Termionska emisija. Ovaj proces nastaje zbog isparavanja elektrona visoke energije s katode i njihovog sudjelovanja u kasnijoj ionizaciji plazme.

Navedeni procesi temelj su klasifikacije vrsta pražnjenja (samostalni i nesamostalni).

Koncept neovisnosti pražnjenja

Razmotrimo slučaj s katodnom cijevi. To je zatvorena posuda u kojoj se nalazi plin pod određenim tlakom. Na krajevima ove cijevi nalaze se elektrode. Ako se na njih primijeni mala razlika potencijala, tada praktički neće nastati struja. To je zbog nedostatka dovoljnog broja nositelja naboja.

Zagrijete li plin ili ga izložite ultraljubičastom zračenju, voltmetar će odmah detektirati pojavu struje. Ovaj svijetli primjer nesamostalna kategorija. Zove se tako jer je za njegovo postojanje neophodan vanjski izvor ionizacije (zračenje, temperatura). Čim se ovaj izvor ukloni, očitanja voltmetra ponovno će postati nula.

Ako, u odsutnosti vanjski izvori ionizacija povećava napon između elektroda cijevi, počet će se javljati struja koja će proći kroz nekoliko faza (zasićenje, povećanje, smanjenje). U ovom slučaju govore o neovisnom električnom pražnjenju. Više ne zahtijeva vanjske izvore, potrebni nositelji naboja generiraju se unutar samog sustava. Procesi njihovog nastanka ostaju isti kao i kod nesamoodrživog pražnjenja. Pri visokim naponima i velikim gustoćama struje dodaje se i toplinska emisija katodnih elektrona.

Strujno-naponske karakteristike pražnjenja

Plinska samoodrživa i nesamoodrživa pražnjenja zgodno je proučavati ako se koristimo ovisnošću napona o struji (ili obrnuto), što se obično naziva strujno-naponska karakteristika. Omogućuje vam procjenu ne samo veličine napona i struje u sustavu, već i električnih procesa koji se u njemu odvijaju.

Ispod je strujno-naponska karakteristika, koja odražava sve glavne faze razvoja pražnjenja.

Kao što vidite, postoje ih tri: tamni, tinjajući i luk. Kasnije ćemo u članku detaljnije opisati te faze.

Tamni iscjedak

Opisuje se intervalom AC. Povećanjem napona U raste i struja I zbog povećanja brzine kretanja iona. Međutim, te su brzine male, pa dolazi do nesamostalnog pražnjenja. U području BC postiže zasićenje i postaje neovisno, jer brzina iona postaje dovoljna da izbaci elektrone iz njega prilikom bombardiranja katode. Ti elektroni dovode do dodatne ionizacije plina.

Tamni naboj dobio je ovo ime jer je njegov sjaj praktički jednak nuli: niska koncentracija plazme, niske struje (10 -8 A), nedostatak rekombinacije iona i elektrona.

Sjajno pražnjenje

Na strujno-naponskoj karakteristici odgovara zoni između točaka C i F. Sa slike je vidljivo da se napon mijenja (pada i raste), a struja stalno raste. Zanimljive su dvije podzone:

1. OE točke - normalno tinjajuće pražnjenje. Razlog povećanja struje ovdje povezan je s povećanjem površine plazme u plinu. Odnosno, u početku su to uski mali kanali, a zatim se zbog hladne emisije elektrona šire dok ne dosegnu cijeli volumen cijevi. Od ovog trenutka postoji prijelaz u sljedeću podzonu.
2. EF točke - nenormalan iscjedak. Struja ovog samopražnjenja u plinu počinje rasti zbog emisije vrućih elektrona. Temperatura katode postupno raste i ona počinje emitirati negativno nabijene čestice.

Sve neonske i fluorescentne svjetiljke rade u području normalnog tinjajućeg pražnjenja.

Iskričasto i lučno pražnjenje

Ove vrste spontanih pražnjenja pokrivaju FG zonu na slici. Ovdje se odvijaju najsloženiji procesi.

Kada se napon između elektroda poveća do maksimalne vrijednosti (točka F), a aktivira se toplinska emisija elektrona s katode, tada će se stvoriti povoljni uvjeti za nastanak nestabilnog iskričastog pražnjenja. Predstavlja kratkotrajne kvarove (mikrosekunde), koji imaju karakterističan cik-cak oblik. Upečatljiv primjer u prirodi je munja u atmosferi.

Pražnjenje se događa kroz uske kanale koji se nazivaju streamers. To su uske isprekidane linije visoko ionizirane plazme koje povezuju površinu katode s anodom. Snaga struje u njima doseže desetke tisuća ampera.

Stabilizacija naboja iskre dovodi do stvaranja stabilnog luka (područje točke G). U ovom slučaju, cijeli volumen plina u cijevi je visoko ionizirana plazma. Površina katode zagrijava se do 5000-6000 K, a anoda - do 3000 K. Tako snažno zagrijavanje katode dovodi do stvaranja takozvanih "vrućih točaka" na njoj, koje postaju snažan izvor termoelektroni su uzrok erozivnog trošenja ove elektrode. Napon tijekom lučnog pražnjenja nije visok (nekoliko desetaka volti), ali struja može doseći 100 A ili više. Zavarivački luk je najbolji primjer ove vrste pražnjenja.

Dakle, postojanje samoodrživih i nesamoodrživih izboja u plinovima posljedica je mehanizama njegove ionizacije i stvaranja plazme s povećanjem napona i struje u sustavu.

LABORATORIJSKI RAD br. 2.5

"Proučavanje plinskog pražnjenja pomoću tiratrona"

Cilj rada: proučavati procese koji se odvijaju u plinovima tijekom nesamostalnog i samoodrživog pražnjenja u plinovima, proučavati princip rada tiratrona, konstruirati strujno-naponsku i startnu karakteristiku tiratrona.

TEORIJSKI DIO

Ionizacija plinova. Nesamoodrživo i samoodrživo plinsko pražnjenje

Atomi i molekule plinova u normalnim svakodnevnim uvjetima su električki neutralni, tj. ne sadrže slobodne nositelje naboja, što znači da, poput vakuumskog raspora, ne bi smjeli provoditi struju. U stvarnosti plinovi uvijek sadrže određenu količinu slobodnih elektrona, pozitivnih i negativnih iona i stoga, iako slabo, provode struju. Trenutno.

Slobodni nositelji naboja u plinu obično nastaju kao rezultat izbacivanja elektrona iz elektronska ljuska atomi plina, tj. kao rezultat ionizacija plin Ionizacija plina rezultat je vanjskih energetskih utjecaja: zagrijavanja, bombardiranja česticama (elektronima, ionima itd.), elektromagnetskog zračenja (ultraljubičastog, x-zraka, radioaktivnog itd.). U tom slučaju plin koji se nalazi između elektroda provodi električnu struju, koja se naziva plinsko pražnjenje. Vlast ionizirajući faktor ( ionizator) je broj parova suprotno nabijenih nositelja naboja koji nastaju ionizacijom u jedinici volumena plina u jedinici vremena. Uz proces ionizacije postoji i obrnuti proces - rekombinacija: međudjelovanje suprotno nabijenih čestica, uslijed čega se pojavljuju i emitiraju električki neutralni atomi ili molekule Elektromagnetski valovi. Ako električna vodljivost plina zahtijeva prisutnost vanjskog ionizatora, tada se takvo pražnjenje naziva ovisan. Ako je primijenjeno električno polje (EF) dovoljno veliko, tada se broj slobodnih nositelja naboja formiranih kao rezultat udarne ionizacije zbog vanjskog polja pokazuje dovoljnim za održavanje električnog pražnjenja. Takvo pražnjenje ne zahtijeva vanjski ionizator i zove se nezavisna.

Razmotrimo strujno-naponsku karakteristiku (CVC) plinskog pražnjenja u plinu koji se nalazi između elektroda (slika 1).

U nesamoodrživom plinskom pražnjenju u području slabog EF (I), broj naboja nastalih kao rezultat ionizacije jednak je broju naboja koji se međusobno rekombiniraju. Zbog ove dinamičke ravnoteže, koncentracija slobodnih nositelja naboja u plinu ostaje praktički konstantna i, kao posljedica toga, Ohmov zakon (1):

Gdje E– napetost električno polje; n– koncentracija; j– gustoća struje.

I ( ) – pokretljivost pozitivnih i negativnih nositelja naboja;<υ > – brzina driftiranja usmjerenog kretanja naboja.

U području visoke gustoće elektrona (II) opaža se zasićenje struje u plinu (I), budući da svi nositelji koje stvara ionizator sudjeluju u usmjerenom driftu, u stvaranju struje.

S daljnjim povećanjem polja (III), nositelji naboja (elektroni i ioni), krećući se ubrzanom brzinom, ioniziraju neutralne atome i molekule plina ( udarna ionizacija), uslijed čega nastaju dodatni nositelji naboja i elektronska lavina(elektroni su lakši od iona i značajno se ubrzavaju u elektronskom snopu) – povećava se gustoća struje ( plinsko pojačanje). Kada se vanjski ionizator isključi zbog procesa rekombinacije, prestaje ispuštanje plina.

Kao rezultat tih procesa nastaju tokovi elektrona, iona i fotona, broj čestica raste poput lavine i dolazi do naglog povećanja struje bez povećanja gustoće elektrona između elektroda. Nastaje neovisno plinsko pražnjenje. Prijelaz iz nesolventnog plinskog pražnjenja u neovisni naziva se elektronička pošta slom, i napon između elektroda , Gdje d– razmak između elektroda naziva se probojni napon.

Za e-poštu sloma, potrebno je da elektroni duž svoje duljine puta imaju vremena dobiti kinetičku energiju koja premašuje ionizacijski potencijal molekula plina, a s druge strane, da pozitivni ioni duž svoje duljine puta imaju vremena steći kinetičku energiju veću od rada rada materijal katode. Budući da slobodni put ovisi o konfiguraciji elektroda, udaljenosti između njih d i broju čestica po jedinici volumena (a time i o tlaku), paljenjem samopražnjenja može se upravljati promjenom udaljenosti između elektrode d s njihovom nepromijenjenom konfiguracijom i promjenom tlaka P. Ako djelo Pd ispostavi da je isti, ako su ostale stvari jednake, tada bi priroda promatranog kvara trebala biti ista. Ovaj zaključak se odrazio na eksperiment zakon e (1889) njemački. fizika F. Pašena(1865–1947):

Napon paljenja plinskog pražnjenja za zadanu vrijednost umnoška tlaka plina i udaljenosti između elektroda Pd je konstantna vrijednost karakteristična za određeni plin .

Postoji nekoliko vrsta samopražnjenja.

Sjajno pražnjenje javlja se pri niskim pritiscima. Ako se na elektrode zalemljene u staklenu cijev duljine 30-50 cm, postupno ispumpavajući zrak iz cijevi, primijeni konstantni napon od nekoliko stotina volti, tada se pri tlaku od 5,3-6,7 kPa pojavljuje pražnjenje u obliku svjetlećeg, vijugava crvenkasta vrpca koja ide od katode do anode. Daljnjim smanjenjem tlaka vrpca se zgušnjava, a pri tlaku ≥ 13 Pa pražnjenje ima oblik shematski prikazan na sl. 2.

Tanki svjetleći sloj 1 nanosi se izravno na katodu katodni film , nakon čega slijede 2 – katodni tamni prostor , koji se kasnije pretvara u svjetleći sloj 3 – tinjajući sjaj , koji ima oštru granicu na strani katode, postupno nestajući na strani anode. Slojevi 1-3 čine katodni dio tinjajućeg izboja. Iza tinjajućeg sjaja dolazi Faradayev mračni prostor - 4. Ostatak cijevi ispunjen je svjetlećim plinom - pozitivni stupac - 5.

Potencijal se neravnomjerno mijenja duž cijevi (vidi sliku 2). Gotovo cijeli pad napona događa se u prvim područjima pražnjenja, uključujući tamni katodni prostor.

Glavni procesi potrebni za održavanje pražnjenja odvijaju se u njegovom katodnom dijelu:

1) pozitivni ioni, ubrzani padom potencijala katode, bombardiraju katodu i izbacuju iz nje elektrone;

2) elektroni se ubrzavaju u katodnom dijelu i dobivaju dovoljnu energiju te ioniziraju molekule plina. Proizvodi se mnogo elektrona i pozitivnih iona. U području tinjajućeg sjaja dolazi do intenzivne rekombinacije elektrona i iona, oslobađa se energija od koje se dio koristi za dodatnu ionizaciju. Elektroni koji prodiru u Faradayev tamni prostor postupno akumuliraju energiju, tako da nastaju uvjeti potrebni za postojanje plazme (visok stupanj ionizacije plina). Pozitivni stupac predstavlja plazmu s izbojem u plinu. Djeluje kao vodič koji povezuje anodu s dijelovima katode. Sjaj pozitivnog stupca uzrokovan je uglavnom prijelazima pobuđenih molekula u osnovno stanje. Molekule različitih plinova tijekom takvih prijelaza emitiraju zračenje različitih valnih duljina. Stoga sjaj stupca ima boju karakterističnu za svaki plin. Ovo se koristi za izradu žarnih cijevi. Neonske cijevi daju crveni sjaj, argonske daju plavkasto-zeleni sjaj.

Lučno pražnjenje uočeno pri normalnom i visokom krvnom tlaku. U tom slučaju struja doseže desetke i stotine ampera, a napon na plinskom rasporu pada na nekoliko desetaka volti. Takvo se pražnjenje može dobiti iz izvora niskog napona ako se elektrode prvo spoje dok se ne dodirnu. Na mjestu kontakta elektrode se jako zagriju zbog Jouleove topline, a nakon što se udalje jedna od druge, katoda postaje izvor elektrona zbog termoemisije. Glavni procesi koji podržavaju pražnjenje su termoemisija s katode i toplinska ionizacija molekula uzrokovana visokom temperaturom plina u međuelektrodnom rasporu. Gotovo cijeli međuelektrodni prostor ispunjen je visokotemperaturnom plazmom. Služi kao vodič kroz koji elektroni koje emitira katoda dolaze do anode. Temperatura plazme je ~6000 K. Visoka temperatura katode održava se bombardiranjem pozitivnim ionima. S druge strane, anoda se, pod utjecajem brzih elektrona koji na nju padaju iz plinskog raspora, više zagrijava i može se čak rastopiti, a na njezinoj površini nastaje udubljenje - krater - najsvjetlije mjesto luka. Električni luk prvi put je dobiven 1802. Ruski fizičar V. Petrov (1761–1834), koji je kao elektrode koristio dva komada ugljena. Užarene ugljične elektrode davale su blistav sjaj, a između njih se pojavio svijetli stup blistavog plina - električni luk. Kao izvor koristi se lučno pražnjenje jarko svjetlo u reflektorima i projekcijskim instalacijama, kao i za rezanje i zavarivanje metala. Postoji pražnjenje hladnog katodnog luka. Elektroni se pojavljuju zbog emisije polja s katode; temperatura plina je niska. Ionizacija molekula nastaje zbog udara elektrona. Između katode i anode pojavljuje se plazma izboja plina.

Iskreće pražnjenje javlja se između dvije elektrode s visokim EF naponom između njih . Iskra skače između elektroda, izgledajući kao svijetleći kanal, spajajući obje elektrode. Plin u blizini iskre zagrijava se do visoke temperature, javlja se razlika u tlaku, što dovodi do zvučni valovi, karakterističan zvuk pucketanja.

Pojavi iskre prethodi stvaranje lavina elektrona u plinu. Utemeljitelj svake lavine je elektron, koji ubrzava u jakom elektronskom snopu i proizvodi ionizaciju molekula. Rezultirajući elektroni se zauzvrat ubrzavaju i proizvode sljedeću ionizaciju, dolazi do lavinskog povećanja broja elektrona - lavina.

Nastali pozitivni ioni ne igraju značajnu ulogu jer neaktivni su. Lavine elektrona se presijecaju i formira se provodni kanal vrpca, po kojoj elektroni teku od katode prema anodi – javlja se slom.

Primjer snažnog pražnjenja iskre je munja. Različiti dijelovi grmljavinskog oblaka nose naboje različitih predznaka ("–" je okrenut prema Zemlji). Stoga, ako se oblaci spoje sa suprotno nabijenim dijelovima, dolazi do proboja iskre između njih. Razlika potencijala između nabijenog oblaka i Zemlje je ~10 8 V.

Iskričasto pražnjenje se koristi za iniciranje eksplozija i procesa izgaranja (čepovi u motorima s unutarnjim izgaranjem), za registraciju nabijenih čestica u brojačima iskri, za obradu metalnih površina itd.

Koronsko (koronarno) pražnjenje nastaje između elektroda koje imaju različite zakrivljenosti (jedna od elektroda je tanka žica ili šiljak). Tijekom koronskog pražnjenja, ionizacija i ekscitacija molekula ne događa se u cijelom međuelektrodnom prostoru, već blizu vrha, gdje je intenzitet visok i prelazi E slom. U ovom dijelu plin svijetli, sjaj ima izgled krune koja okružuje elektrodu.

Plazma i njena svojstva

Plazma je visokoionizirani plin u kojem je koncentracija pozitivnih i negativnih naboja gotovo ista. razlikovati plazma visoke temperature , koji se javlja na ultra-visokim temperaturama, i plazma izboja plina , koji se javlja tijekom plinskog pražnjenja.

Plazma ima sljedeća svojstva:

Visok stupanj ionizacija, u granici – potpuna ionizacija (svi elektroni su odvojeni od jezgri);

Koncentracija pozitivnih i negativnih čestica u plazmi gotovo je ista;

visoka električna vodljivost;

Sjaj;

Jaka interakcija s električnim i magnetska polja;

Vibracije elektrona u plazmi s visokom frekvencijom (>10 8 Hz), uzrokujući opću vibraciju plazme;

Istovremena interakcija ogromnog broja čestica.

Električna struja je tok koji je uzrokovan uređenim kretanjem električki nabijenih čestica. Kretanje naboja uzima se kao smjer električne struje. Struja mogu biti kratkoročni i dugoročni.

Pojam električne struje

Tijekom pražnjenja munje može doći do električne struje, koja se naziva kratkotrajna. A za dugotrajno održavanje struje potrebna je prisutnost električnog polja i slobodnih nositelja električnog naboja.

Električno polje stvaraju različito nabijena tijela. Jačina struje je omjer naboja prenesenog kroz poprečni presjek vodiča tijekom vremenskog intervala i ovog vremenskog intervala. Mjeri se u amperima.

Riža. 1. Trenutna formula

Električna struja u plinovima

Molekule plina ne provode električnu struju u normalnim uvjetima. Oni su izolatori (dielektrici). Međutim, ako se uvjeti promijene okoliš, tada plinovi mogu postati vodiči električne struje. Kao rezultat ionizacije (prilikom zagrijavanja ili izlaganja radioaktivno zračenje) u plinovima nastaje električna struja, koja se često zamjenjuje izrazom "električno pražnjenje".

Samoodrživa i nesamoodrživa plinska pražnjenja

Pražnjenja u plinu mogu biti neovisna ili nesamoodrživa. Struja počinje postojati kada se pojave besplatni troškovi. Nesamoodrživa pražnjenja postoje sve dok na njih djeluje vanjska sila, odnosno vanjski ionizator. To jest, ako vanjski ionizator prestane raditi, tada struja prestaje.

Samopražnjenje električne struje u plinovima postoji i nakon prestanka rada vanjskog ionizatora. Samostalna pražnjenja u fizici se dijele na tiha, žarna, lučna, iskričasta, koronska.

• Miran – najslabija od nezavisnih kategorija. Snaga struje u njemu je vrlo mala (ne više od 1 mA). Ne prate ga zvučni ili svjetlosni fenomeni.
• Tinjajući – ako povećate napon u tihom pražnjenju, prelazi se na sljedeću razinu – tinjajuće pražnjenje. U ovom slučaju pojavljuje se sjaj, koji je popraćen rekombinacijom. Rekombinacija – obrnuti proces ionizacije, susret elektrona i pozitivnog iona. Koristi se u baktericidnim i rasvjetnim svjetiljkama.

Riža. 2. Sjajno pražnjenje

• Luk – jakost struje je od 10 A do 100 A. Ionizacija je gotovo 100%. Ova vrsta pražnjenja javlja se, na primjer, tijekom rada stroja za zavarivanje.

Riža. 3. Lučno pražnjenje

• Iskra – može se smatrati jednom od vrsta lučnog pražnjenja. Tijekom takvog pražnjenja za vrlo kratko vrijeme teče određena količina električne energije.
• Koronsko pražnjenje – ionizacija molekula događa se u blizini elektroda s malim polumjerom zakrivljenosti. Ova vrsta naboja javlja se kada se jakost električnog polja naglo promijeni.

Što smo naučili?

Sami atomi i molekule plina su neutralni. Pune se kad su izložene vanjštini. Ukratko govoreći o električnoj struji u plinovima, ona predstavlja usmjereno kretanje čestica (pozitivnih iona prema katodi, a negativnih iona prema anodi). Također je važno da kada se plin ionizira, njegova vodljiva svojstva se poboljšavaju.

Test na temu

Ocjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.1. Ukupno primljenih ocjena: 436.

Plinovi su dobri izolatori pri temperaturama koje nisu previsoke i pri tlakovima bliskim atmosferskom. Ako napunjeni elektrometar stavite u suhi atmosferski zrak, njegov naboj dugo ostaje nepromijenjen. To se objašnjava činjenicom da se plinovi u normalnim uvjetima sastoje od neutralnih atoma i molekula i ne sadrže slobodne naboje (elektrone i ione). Plin postaje vodič elektriciteta tek kada se neke od njegovih molekula ioniziraju. Da bi se ionizirao, plin mora biti izložen nekoj vrsti ionizatora: na primjer, električnom pražnjenju, X-zrakama, zračenju ili UV zračenju, plamenu svijeće itd. (u potonjem slučaju, električna vodljivost plina uzrokovana je zagrijavanjem).

Tijekom ionizacije plinova jedan ili više elektrona se uklanjaju iz vanjske elektronske ljuske atoma ili molekule, što dovodi do stvaranja slobodnih elektrona i pozitivnih iona. Elektroni se mogu vezati za neutralne molekule i atome, pretvarajući ih u negativne ione. Stoga ionizirani plin sadrži pozitivno i negativno nabijene ione i slobodne elektrone. E Električna struja u plinovima naziva se plinsko pražnjenje. Dakle, struju u plinovima stvaraju ioni oba predznaka i elektroni. Plinsko pražnjenje s takvim mehanizmom pratit će prijenos tvari, tj. Ionizirani plinovi klasificiraju se kao vodiči druge vrste.

Da bi se molekuli ili atomu uklonio jedan elektron, potrebno je izvršiti određeni rad A i, tj. potrošiti nešto energije. Ova energija se zove energija ionizacije , čije su vrijednosti za atome razne tvari leže unutar 4÷25 eV. Proces ionizacije obično se kvantitativno karakterizira veličinom tzv potencijal ionizacije :

Istodobno s procesom ionizacije u plinu se uvijek odvija i obrnuti proces - proces rekombinacije: pozitivni i negativni ioni ili pozitivni ioni i elektroni, susrećući se, ponovno se međusobno spajaju i stvaraju neutralne atome i molekule. Što se više iona pojavi pod utjecajem ionizatora, to je proces rekombinacije intenzivniji.

Strogo govoreći, električna vodljivost plina nikada nije jednaka nuli, jer uvijek sadrži slobodne naboje nastale kao rezultat djelovanja zračenja radioaktivnih tvari prisutnih na površini Zemlje, kao i kozmičkog zračenja. Intenzitet ionizacije pod utjecajem ovih faktora je nizak. Ta neznatna električna vodljivost zraka uzrokuje curenje naboja iz naelektriziranih tijela, čak i ako su dobro izolirana.

Priroda plinskog izboja određena je sastavom plina, njegovom temperaturom i tlakom, veličinom, konfiguracijom i materijalom elektroda, kao i primijenjenim naponom i gustoćom struje.

Razmotrimo krug koji sadrži plinski raspor (Sl.), podvrgnut kontinuiranoj izloženosti ionizatoru konstantnog intenziteta. Kao rezultat djelovanja ionizatora, plin dobiva određenu električnu vodljivost i u krugu teče struja. Slika prikazuje strujno-naponske karakteristike (struja u odnosu na primijenjeni napon) za dva ionizatora. Produktivnost (broj ionskih parova koje proizvede ionizator u plinskom rasporu u 1 sekundi) drugog ionizatora veća je od prvog. Pretpostavit ćemo da je produktivnost ionizatora konstantna i jednaka n 0. Pri ne baš niskom tlaku, gotovo sve odvojene elektrone hvataju neutralne molekule, tvoreći negativno nabijene ione. Uzimajući u obzir rekombinaciju, pretpostavljamo da su koncentracije iona oba predznaka iste i jednake n. Prosječne brzine drifta iona različitih predznaka u električnom polju su različite: , . b - i b + – pokretljivost plinskih iona. Sada za regiju I, uzimajući u obzir (5), možemo napisati:

Kao što se može vidjeti, u području I, s povećanjem napona, struja raste, kako se povećava brzina drifta. Broj parova rekombinirajućih iona smanjivat će se s povećanjem brzine.

Područje II - područje struje zasićenja - svi ioni stvoreni ionizatorom dolaze do elektroda bez vremena da se rekombiniraju. Gustoća struje zasićenja

j n = q n 0 d, (28)

gdje je d širina plinskog raspora (razmak između elektroda). Kao što se može vidjeti iz (28), struja zasićenja je mjera ionizirajućeg učinka ionizatora.

Pri naponu većem od U p p (područje III), brzina elektrona doseže takvu vrijednost da kada se sudare s neutralnim molekulama mogu izazvati udarnu ionizaciju. Kao rezultat, nastaju dodatni An 0 ionski parovi. Veličina A naziva se koeficijent pojačanja plina . U regiji III ovaj koeficijent ne ovisi o n 0, već ovisi o U. Dakle. naboj koji doseže elektrode pri konstantnoj U izravno je proporcionalan učinku ionizatora - n 0 i naponu U. Zbog toga se područje III naziva područjem proporcionalnosti. U pr – prag razmjernosti. Faktor pojačanja plina A ima vrijednosti od 1 do 10 4.

U području IV, području djelomične proporcionalnosti, koeficijent pojačanja plina počinje ovisiti o n 0. Ova ovisnost raste s povećanjem U. Struja naglo raste.

U području napona 0 ÷ U g struja u plinu postoji samo kada je ionizator aktivan. Ako se prekine djelovanje ionizatora, prestaje i pražnjenje. Pražnjenja koja postoje samo pod utjecajem vanjskih ionizatora nazivamo nesamoodrživim.

Napon Ug je prag područja, Geigerovog područja, koje odgovara stanju kada proces u plinskom međuprostoru ne nestaje ni nakon isključivanja ionizatora, tj. pražnjenje dobiva karakter samostalnog pražnjenja. Primarni ioni samo daju poticaj pojavi plinskog pražnjenja. U ovom području masivni ioni oba predznaka također stječu sposobnost ionizacije. Veličina struje ne ovisi o n 0 .

U području VI napon je toliki da pražnjenje, kad se jednom pojavi, ne prestaje - područje kontinuiranog pražnjenja.