Az e-mailek átadásának folyamata. ún gázkisülés.

Kétféle kisülés létezik: független és nem független.

Ha létrejön a gáz elektromos vezetőképessége. külső ionizátorok, majd el. a benne lévő áramot ún. nem én gázkisülés. V

Fontolgat email diagram, ösz. kondenzátorból, galvanométerből, voltmérőből és áramforrásból.

A lapos kondenzátor lemezei között levegő található légköri nyomásés szoba t. Ha a kondenzátorra több száz voltos U értéket kapcsolunk, és az ionizátor nem működik, akkor a galvanométer nem regisztrálja az áramot, amint a lemezek közötti tér áthatol. UV-sugarat, a galvanométer regisztrálni kezd. jelenlegi. Ha az áramforrást kikapcsolják, az áramkörön áthaladó áram leáll; ez az áram nem önfenntartó kisülést jelent.

j = γ*E – Ohm törvénye el-re. áram a gázokban.

Kellően erős elektromos mezőben a gázban megindul az önionizációs folyamat, melynek köszönhetően az áram külső ionizátor hiányában is létezhet. Az ilyen áramot önfenntartó gázkisülésnek nevezik. Az önionizációs folyamatok általánosságban a következők. Természetesben hagyományos A gázban mindig van kis mennyiségű szabad elektron és ion. Olyan természetek teremtették őket. ionizátorok, mint a kozmikusok. sugarak, sugárzások radioaktív anyagok, szóda a talajban és a vízben. Elég erős elektromosság. a mező olyan sebességre tudja felgyorsítani ezeket a részecskéket, amelyeknél kinetikai energiájuk meghaladja az ionizációs energiát, amikor az elektronok és ionok semlegesekkel ütköznek az elektródák felé vezető úton. molekulák ionizálják ezeket a molekulákat. Arr. ütközéskor új szekunder elektronok és ionok is szétszóródnak. mezőbe, és viszont ionizálják az új neutronokat. molekulák. A gázok leírt önionizációját ütközési polarizációnak nevezzük. A szabad elektronok ütési ionizációt okoznak már E = 10 3 V/m-nél. Az ionok csak E = 10 5 V/m-nél okozhatnak ütközési ionizációt. Ez a különbség számos okra vezethető vissza, különösen annak, hogy az elektronok átlagos szabad útja sokkal hosszabb, mint az ionoké. Ezért az ionok az ionizációhoz szükséges energiát az ionoknál kisebb térerősség mellett szerzik be. Az ionok azonban még a nem túl erős „+” mezőknél is fontos szerepet játszanak az önionizációban. A helyzet az, hogy ezeknek az ionoknak az energiája kb. elegendő ahhoz, hogy az elektronokat kiüsse a fémekből. Ezért a „+” mező által felgyorsított ionok a térforrás fémkatódjához ütközve kiütik az elektronokat a katódból. Ezek a kiütött elektronok lebomlanak. mezőbe, és a molekulák ütközési ionizációját idézik elő. Az ionok és elektronok, amelyek energiája nem elegendő az ütközési ionizációhoz, azonban molekulákkal ütközve gerjesztést okozhatnak. állapotot, azaz valamilyen energiaváltozást okoznak az elektromos rendszerben. Semleges héjak atomok és molekulák. Exc. az atom vagy molekula egy idő után visszatér normál állapotába, és egyúttal fotont bocsát ki. A fotonok kibocsátása a gázok izzásában nyilvánul meg. Ezen kívül foton, abszorpció. bármelyik gázmolekula képes ionizálni, ezt a fajta ionizációt nevezik fotonionizáció. Néhány foton eltalálja a katódot, elektronokat üthetnek ki onnan, amelyek aztán a neutronok ütközési ionizációját idézik elő. molekulák.

A becsapódás és a fotonionizáció, valamint a „+” kódból az elektronok fotonok általi kiütése következtében a fotonok és elektronok száma a teljes gáztérfogatban meredeken (lavinaszerűen) növekszik, és áram van a gázban. gáz külső ionizáló nem szükséges, és a kisülés lesz független. A gázkisülés áram-feszültség karakterisztikája a következőképpen néz ki.

Elektromos önfenntartó és nem önfenntartó kisülések különböző gázkörnyezetekben bizonyos körülmények között előfordulnak. Általában egy személy független kisülést használ. A cikk ezeket a jelenségeket jellemzi.

Mi van a gázokban?

Mielőtt egy független és nem önellátó gázkisülést vizsgálnánk, definiáljuk ezt a jelenséget. Kisülés alatt elektromos áram fellépését értjük a gázban. Mivel a gáznemű közegek természetüknél fogva szigetelők, ez azt jelenti, hogy az áram a bennük lévő szabad hordozók jelenlétének köszönhető. elektromos töltés. Rajtuk kívül elektromos térnek is léteznie kell, hogy a töltések iránymozgást szerezzenek.

Elektromos mezőt úgy lehet létrehozni, hogy külső potenciálkülönbséget adunk egy gáztérfogatra (elektródák jelenléte: negatív katód és pozitív anód).

A következő folyamatok lehetnek töltéshordozók forrásai:

• Termikus ionizáció. Nagy energiájú gázrészecskék (atomok, molekulák) mechanikai ütközése és az elektronok kiütése miatt keletkezik. Ez a folyamat akkor aktiválódik, amikor a hőmérséklet emelkedik.
• Fotoionizáció. Lényege egy nagy energiájú foton elektron általi elnyelésében és az atomtól való elválasztásában rejlik.
• Hideg elektron emisszió. Ez a katód felületének ionokkal történő bombázása miatt következik be.
• Termionikus emisszió. Ez a folyamat a nagy energiájú elektronok katódról történő kipárolgásából és a plazma ezt követő ionizációjában való részvételéből adódik.

A megnevezett folyamatok alapozzák meg a kibocsátási típusok (független és nem független) osztályozását.

A kisülési függetlenség fogalma

Tekintsük a katódcső esetét. Ez egy lezárt tartály, amelyben bizonyos nyomás alatt van némi gáz. Ennek a csőnek a végein elektródák vannak. Ha kis potenciálkülönbséget alkalmaznak rájuk, akkor gyakorlatilag nem keletkezik áram. Ennek oka a megfelelő számú töltéshordozó hiánya.

Ha felmelegíti a gázt vagy ultraibolya sugárzásnak teszi ki, a voltmérő azonnal érzékeli az áram megjelenését. Ez ragyogó példa nem független kategória. Azért hívják így, mert létezéséhez külső ionizációs forrás (sugárzás, hőmérséklet) szükséges. Amint ezt a forrást eltávolítják, a voltmérő leolvasása ismét nullává válik.

Ha hiányában külső források Az ionizáció növeli a feszültséget a cső elektródái között, áram kezd megjelenni, amely több szakaszon megy keresztül (telítettség, növekedés, csökkenés). Ebben az esetben független elektromos kisülésről beszélnek. Nem igényel többé külső forrást, a szükséges töltéshordozók a rendszeren belül keletkeznek. Képződésük folyamata ugyanaz, mint a nem önfenntartó kisülésnél. Nagy feszültség és nagy áramsűrűség esetén a katódelektronok hőkibocsátása is hozzáadódik.

A kisülés áram-feszültség jellemzői

Kényelmes a gáz önfenntartó és nem önfenntartó kisülések vizsgálata, ha a feszültség áramtól való függését (vagy fordítva) használjuk, amit általában áram-feszültség karakterisztikának neveznek. Lehetővé teszi nemcsak a rendszerben lévő feszültség és áram nagyságának, hanem a benne előforduló elektromos folyamatok megítélését is.

Az alábbiakban az áram-feszültség karakterisztika látható, amely tükrözi a kisülésfejlődés összes fő fázisát.

Amint látja, három van belőlük: sötét, parázsló és ív. A cikk későbbi részében ezeket a fázisokat részletesebben ismertetjük.

Sötét váladékozás

Ezt az AC intervallum írja le. Az U feszültség növekedésével az I áram növekszik az ionmozgás sebességének növekedése miatt. Ezek a sebességek azonban alacsonyak, így nem önfenntartó kisülés lép fel. A BC régióban eléri a telítést és függetlenné válik, mivel az ionok sebessége elegendő ahhoz, hogy a katód bombázásakor elektronokat üthessen ki belőle. Ezek az elektronok a gáz további ionizációjához vezetnek.

A sötét töltés azért kapta ezt a nevet, mert fénye gyakorlatilag nulla: alacsony plazmakoncentráció, alacsony áramok (10 -8 A), ionok és elektronok rekombinációjának hiánya.

Izzó kisülés

Az áram-feszültség karakterisztikán a C és F pont közötti zónának felel meg. Az ábrán látható, hogy a feszültség változik (esik és emelkedik), az áram folyamatosan növekszik. Két alzóna érdekes:

1. OE pontok - normál izzás kisülés. A jelenlegi növekedés oka itt a gázban lévő plazmaterület növekedésével függ össze. Azaz eleinte keskeny kis csatornákról van szó, majd az elektronok hidegemissziója miatt addig tágulnak, amíg el nem érik a cső teljes térfogatát. Ettől a pillanattól kezdve van átmenet a következő alzónába.
2. EF pontok - rendellenes kisülés. Az önkisülés árama a gázban a forró elektronkibocsátás következtében növekedni kezd. A katód hőmérséklete fokozatosan emelkedik, és negatív töltésű részecskéket bocsát ki.

Minden neon- és fénycső a normál izzítási tartományban működik.

Szikra- és ívkisülések

Az ilyen típusú spontán kisülések az ábrán az FG zónát fedik le. A legbonyolultabb folyamatok itt játszódnak le.

Amikor az elektródák közötti feszültség a maximális értékre emelkedik (F pont), és aktiválódik az elektronok hőemissziója a katódról, akkor kedvező feltételek jönnek létre az instabil szikrakisülés kialakulásához. Rövid távú meghibásodásokat (mikroszekundumokat) jelent, amelyek jellegzetes cikkcakk alakúak. A természetben feltűnő példa a légkörben lévő villámlás.

A kisülés keskeny csatornákon, úgynevezett streamereken keresztül történik. Erősen ionizált plazma keskeny szaggatott vonalai, amelyek összekötik a katód felületét az anóddal. Az áramerősség bennük eléri a több tízezer ampert.

A szikratöltés stabilizálása stabil ív kialakulásához vezet (G pont). Ebben az esetben a csőben lévő gáz teljes térfogata erősen ionizált plazma. A katód felülete 5000-6000 K-re, az anód pedig 3000 K-re melegszik fel. A katód ilyen erős melegítése úgynevezett „forró pontok” kialakulásához vezet rajta, amelyek erős forrás a termionos elektronok okozzák az elektróda eróziós kopását. Az ívkisülés során a feszültség nem magas (több tíz volt), de az áram elérheti a 100 A-t vagy többet. A hegesztési ív kiváló példa erre a típusú kisülésre.

Így a gázokban az önfenntartó és nem önfenntartó kisülések létezése annak ionizációs és plazmaképződési mechanizmusainak köszönhető, amelyek a rendszerben növekvő feszültség és áramerősség mellett alakulnak ki.

LABORATÓRIUMI MUNKA 2.5

"Gázkisülés vizsgálata tiratron segítségével"

A munka célja: nem önfenntartó és önfenntartó gázkisülés során a gázokban lezajló folyamatok tanulmányozása, a tiratron működési elvének tanulmányozása, a tiratron áram-feszültség és indítási jellemzőinek megalkotása.

ELMÉLETI RÉSZ

Gázok ionizálása. Nem önfenntartó és önfenntartó gázkibocsátás

A gázok atomjai és molekulái normál hétköznapi körülmények között elektromosan semlegesek, azaz. nem tartalmaznak szabad töltéshordozókat, ami azt jelenti, hogy a vákuumréshez hasonlóan nem vezetnek áramot. A valóságban a gázok mindig tartalmaznak bizonyos mennyiségű szabad elektront, pozitív és negatív ionokat, ezért bár rosszul vezetik az elektromosságot. jelenlegi.

A gázban lévő szabad töltéshordozók általában az elektronok kilökődése következtében jönnek létre elektronhéj gázatomok, azaz. ennek eredményeként ionizálás gáz A gázionizáció külső energiahatás eredménye: melegítés, részecskék (elektronok, ionok stb.) bombázása, elektromágneses besugárzás (ultraibolya, röntgen, radioaktív stb.). Ebben az esetben az elektródák között elhelyezkedő gáz elektromos áramot vezet, amit ún gázkisülés. Erő ionizáló faktor ( ionizáló) az egységnyi térfogatú gázban egységnyi idő alatt ionizáció eredményeként létrejövő ellentétes töltésű töltéshordozók párjainak száma. Az ionizációs folyamat mellett van egy fordított folyamat is - rekombináció: ellentétes töltésű részecskék kölcsönhatása, melynek eredményeként elektromosan semleges atomok vagy molekulák jelennek meg és bocsátanak ki elektromágneses hullámok. Ha egy gáz elektromos vezetőképességéhez külső ionizátor szükséges, akkor ilyen kisülést nevezünk függő. Ha az alkalmazott elektromos tér (EF) kellően nagy, akkor a külső tér hatására az ütési ionizáció eredményeként keletkező szabad töltéshordozók száma elegendőnek bizonyul az elektromos kisülés fenntartásához. Az ilyen kisüléshez nincs szükség külső ionizátorra, és az úgynevezett független.

Tekintsük egy gázkisülés áram-feszültség karakterisztikáját (CVC) az elektródák között elhelyezkedő gázban (1. ábra).

Egy nem önfenntartó gázkisülésben a gyenge EF (I) tartományban az ionizáció eredményeként keletkező töltések száma megegyezik az egymással rekombináló töltések számával. Ennek a dinamikus egyensúlynak köszönhetően a szabad töltéshordozók koncentrációja a gázban gyakorlatilag állandó marad, és ennek következtében Ohm törvénye (1):

Ahol E– feszültség elektromos mező; n– koncentráció; j- pillanatnyi sűrűség.

És ( ) – a pozitív és negatív töltéshordozók mobilitása;<υ > – a töltés irányú mozgásának sodródási sebessége.

A nagy elektronsűrűségű (II) tartományban a gáz (I) áramtelítettsége figyelhető meg, mivel az ionizátor által létrehozott összes hordozó részt vesz az irányított sodródásban, az áram létrehozásában.

A (III) mező további növekedésével a gyorsított sebességgel mozgó töltéshordozók (elektronok és ionok) semleges atomokat és gázmolekulákat ionizálnak ( ütési ionizáció), melynek eredményeként további töltéshordozók keletkeznek és elektronlavina(az elektronok könnyebbek, mint az ionok, és jelentősen felgyorsulnak az elektronsugárban) – az áramsűrűség nő ( gázlöketet). Ha a külső ionizátort rekombinációs folyamatok miatt kikapcsolják, a gázkisülés leáll.

E folyamatok eredményeként elektron-, ion- és fotonáramok képződnek, a részecskék száma lavinaszerűen növekszik, és az áramerősség meredeken növekszik úgy, hogy az elektródák közötti elektronsűrűség gyakorlatilag nem nő. Felmerül független gázkibocsátás. A fizetésképtelen gázkisülésről függetlenre való átmenetet nevezzük email bontásés az elektródák közötti feszültség , Ahol d– az elektródák közötti távolság ún áttörési feszültség.

E-mailhez A lebomlás során szükséges, hogy az elektronoknak úthosszuk mentén legyen idejük a gázmolekulák ionizációs potenciálját meghaladó mozgási energiához jutni, másrészt a pozitív ionoknak az úthosszuk mentén legyen idejük, hogy nagyobb mozgási energiát szerezzenek, mint a a katód anyaga. Mivel a szabad út az elektródák konfigurációjától, a köztük lévő távolságtól (d) és az egységnyi térfogatra jutó részecskék számától (és így a nyomástól) függ, az önkisülés gyulladása az elektródák közötti távolság változtatásával szabályozható. elektródák d változatlan konfigurációjukkal és a nyomás változtatásával P. Ha a munka Pd azonosnak bizonyul, ha más dolgok azonosak, akkor a megfigyelt bontás természetének azonosnak kell lennie. Ez a következtetés tükröződött a kísérletben törvény e (1889) német. fizika F. Pashena(1865–1947):

A gázkisülés gyújtási feszültsége a gáznyomás és a Pd elektródák távolságának adott értékéhez egy adott gázra jellemző állandó érték. .

Az önkisülésnek többféle típusa van.

Izzó kisülés alacsony nyomáson fordul elő. Ha a 30–50 cm hosszú üvegcsőbe forrasztott elektródákra több száz voltos állandó feszültséget vezetünk, fokozatosan kiszivattyúzva a levegőt a csőből, akkor 5,3–6,7 kPa nyomáson kisülés jelenik meg fény formájában, katódról anódra érkező vöröses zsinór tekercs. A nyomás további csökkenésével a zsinór megvastagodik, és ≥ 13 Pa nyomáson a kisülés a 2. ábrán sematikusan látható formát ölti. 2.

Egy vékony 1 világító réteget közvetlenül a katódra visznek fel katódfilm , majd 2 – katód sötét tér , amely később 3. világító réteggé változik – parázsló izzás , melynek a katód oldalán éles határvonal van, az anód oldalon fokozatosan eltűnik. Az 1-3 rétegek alkotják az izzítókisülés katód részét. A parázsló fény mögött jön Faraday sötét űr - 4. A cső többi része meg van töltve világító gázzal - pozitív oszlop - 5.

A potenciál egyenlőtlenül változik a cső mentén (lásd 2. ábra). Szinte a teljes feszültségesés a kisülés első területein következik be, beleértve a sötét katódteret is.

A kisülés fenntartásához szükséges fő folyamatok a katód részében zajlanak:

1) a pozitív ionok, amelyeket a katódpotenciálesés felgyorsít, bombázzák a katódot és kiütik belőle az elektronokat;

2) Az elektronok a katódrészben felgyorsulnak és elegendő energiát nyernek és ionizálják a gázmolekulákat. Sok elektron és pozitív ion keletkezik. A parázsló izzás tartományában az elektronok és ionok intenzív rekombinációja megy végbe, energia szabadul fel, amelynek egy részét további ionizációra használják fel. A Faraday sötét térbe behatoló elektronok fokozatosan energiát halmoznak fel, így létrejönnek a plazma létezéséhez szükséges feltételek (nagyfokú gázionizáció). A pozitív oszlop a gázkisüléses plazmát jelenti. Vezetőként működik, amely összeköti az anódot a katód részekkel. A pozitív oszlop fényét elsősorban a gerjesztett molekulák alapállapotba való átmenete okozza. Különböző gázok molekulái az ilyen átmenetek során különböző hullámhosszú sugárzást bocsátanak ki. Ezért az oszlop izzása minden gázra jellemző színnel rendelkezik. Ezt izzócsövek készítésére használják. A neoncsövek vörös, az argoncsövek kékes-zöld fényt adnak.

Ívkisülés normál és magas vérnyomás esetén figyelhető meg. Ebben az esetben az áram eléri a tíz és több száz ampert, és a gázrés feszültsége több tíz voltra csökken. Ilyen kisülés érhető el kisfeszültségű forrásból, ha az elektródákat először egymáshoz illesztjük, amíg érintkeznek. Az érintkezési ponton az elektródák a Joule-hő hatására nagyon felforrósodnak, majd miután eltávolították őket egymástól, a katód a termoemisszió következtében elektronforrássá válik. A kisülést támogató fő folyamatok a katódból származó termikus emisszió és a molekulák termikus ionizációja, amelyet az elektródák közötti résben lévő gáz magas hőmérséklete okoz. Szinte az egész elektródák közötti tér tele van magas hőmérsékletű plazmával. Vezetőként szolgál, amelyen keresztül a katód által kibocsátott elektronok elérik az anódot. A plazma hőmérséklete ~6000 K. A katód magas hőmérsékletét pozitív ionokkal bombázva tartják fenn. Az anód viszont a gázrésből ráeső gyors elektronok hatására jobban felmelegszik, sőt meg is olvadhat és felszínén mélyedés - kráter - az ív legfényesebb helyén alakul ki. Elektromos ív először 1802-ben szerezték be. V. Petrov orosz fizikus (1761–1834), aki két szenet használt elektródaként. A vörösen izzó szénelektródák vakító fényt adtak, és közöttük egy fényes világító gázoszlop jelent meg - egy elektromos ív. Forrásként ívkisülést használnak erős fény reflektorokban és vetítőberendezésekben, valamint fémek vágásához és hegesztéséhez. Hidegkatódos ívkisülés van. Elektronok jelennek meg a katód terepi kibocsátása miatt, a gáz hőmérséklete alacsony. A molekulák ionizációja az elektronok becsapódása miatt következik be. A katód és az anód között gázkisüléses plazma jelenik meg.

Szikrakisülés két elektróda között fordul elő, amelyek között nagy az EF feszültség . Egy szikra ugrik az elektródák között, úgy néz ki, mint egy fényesen izzó csatorna, összekötve mindkét elektródát. A szikra közelében lévő gáz magas hőmérsékletre melegszik fel, nyomáskülönbség lép fel, ami ahhoz vezet hang hullámok, jellegzetes recsegő hang.

A szikra keletkezését elektronlavinák kialakulása előzi meg a gázban. Mindegyik lavina alapítója egy elektron, amely erős elektronsugárban felgyorsul és molekulák ionizációját idézi elő. A keletkező elektronok viszont felgyorsulnak és a következő ionizációt produkálják, az elektronok számának lavina növekedése következik be - lavina.

A keletkező pozitív ionok nem játszanak jelentős szerepet, mert inaktívak. Az elektronlavinák metszik egymást, és egy vezető csatorna alakul ki streamer, amely mentén az elektronok a katódról az anódra áramlanak – előfordul bontás.

Az erős szikrakisülésre példa a villámlás. A zivatarfelhő különböző részei különböző előjelű töltéseket hordoznak ("–" a Föld felé néz). Ezért, ha a felhők ellentétes töltésű részekkel találkoznak, szikrabomlás lép fel közöttük. A töltött felhő és a Föld közötti potenciálkülönbség ~10 8 V.

A szikrakisülés robbanások és égési folyamatok indítására szolgál (a belső égésű motorok dugaszai), a töltött részecskék szikraszámlálókban történő regisztrálására, fémfelületek kezelésére stb.

Korona (koszorúér) folyás különböző görbületű elektródák között fordul elő (az egyik elektróda vékony huzal vagy pont). A koronakisülés során a molekulák ionizációja és gerjesztése nem a teljes elektródák közötti térben, hanem a csúcs közelében megy végbe, ahol az intenzitás magas és meghaladja E bontás. Ebben a részben a gáz világít; az izzás az elektródát körülvevő korona megjelenését kelti.

A plazma és tulajdonságai

Vérplazma erősen ionizált gáz, amelyben a pozitív és negatív töltések koncentrációja közel azonos. Megkülönböztetni magas hőmérsékletű plazma , ami ultra-magas hőmérsékleten fordul elő, és gázkisüléses plazma , ami gázkisülés során következik be.

A plazma a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

Magas fokozat ionizáció, határértékben – teljes ionizáció (az összes elektron elválik az atommagoktól);

A pozitív és negatív részecskék koncentrációja a plazmában közel azonos;

magas elektromos vezetőképesség;

Világít;

Erős kölcsönhatás az elektromos és mágneses mezők;

A plazmában lévő elektronok nagy frekvenciájú (>10 8 Hz) rezgései, amelyek a plazma általános rezgését okozzák;

Nagyszámú részecske egyidejű kölcsönhatása.

Az elektromos áram olyan áramlás, amelyet az elektromosan töltött részecskék rendezett mozgása okoz. A töltések mozgását az elektromos áram irányának tekintjük. Elektromosság lehet rövid és hosszú távú.

Elektromos áram fogalma

Villámkisülés során elektromos áram keletkezhet, amelyet rövid távúnak nevezünk. Az áram hosszú távú fenntartásához elektromos mező és szabad elektromos töltéshordozók jelenléte szükséges.

Különböző töltésű testek elektromos mezőt hoznak létre. Az áramerősség a vezető keresztmetszetén egy időintervallum alatt átvitt töltés és ehhez az időintervallumhoz viszonyított aránya. A mérés Amperben történik.

Rizs. 1. Aktuális képlet

Elektromos áram a gázokban

A gázmolekulák normál körülmények között nem vezetnek elektromos áramot. Ezek szigetelők (dielektrikumok). Ha azonban megváltoznak a feltételek környezet, akkor a gázok elektromos vezetőkké válhatnak. Az ionizáció eredményeként (hevítéskor vagy kitéve radioaktív sugárzás) a gázokban elektromos áram keletkezik, amelyet gyakran az „elektromos kisülés” kifejezéssel helyettesítenek.

Önfenntartó és nem önfenntartó gázkibocsátások

A gázkibocsátás független vagy nem önfenntartó lehet. Az áram akkor kezd létezni, amikor az ingyenes díjak megjelennek. A nem önfenntartó kisülések mindaddig léteznek, amíg külső erő hat rá, azaz külső ionizáló. Vagyis ha a külső ionizátor leáll, akkor az áram leáll.

Az elektromos áram önkisülése a gázokban a külső ionizátor leállása után is fennáll. A független kisülések a fizikában csendes, izzó, ív, szikra, korona.

• Csendes – a független kategóriák közül a leggyengébb. Az áramerősség nagyon kicsi (legfeljebb 1 mA). Nem kíséri hang- vagy fényjelenség.
• Parázsló – ha csendes kisülésnél növeli a feszültséget, az a következő szintre lép – izzó kisülés. Ebben az esetben ragyogás jelenik meg, amelyet rekombináció kísér. Rekombináció – fordított ionizációs folyamat, elektron és pozitív ion találkozása. Baktericid és világító lámpákban használják.

Rizs. 2. Izzó kisülés

• Ív – az áramerősség 10 A és 100 A között mozog. Az ionizáció közel 100%. Ez a fajta kisülés például hegesztőgép használatakor fordul elő.

Rizs. 3. Ívkisülés

• Szikra – az ívkisülés egyik fajtájának tekinthető. Egy ilyen mentesítés során nagyon egy kis idő bizonyos mennyiségű villamos energia áramlik.
• Korona kisülés – a molekulák ionizációja kis görbületi sugarú elektródák közelében megy végbe. Ez a típusú töltés akkor következik be, amikor az elektromos térerősség hirtelen megváltozik.

Mit tanultunk?

A gáz atomjai és molekulái maguk semlegesek. Töltődnek, ha külső hatásnak vannak kitéve. Röviden szólva a gázokban lévő elektromos áramról, a részecskék irányított mozgását jelenti (pozitív ionok a katódra és negatív ionok az anódra). Az is fontos, hogy ha egy gázt ionizálnak, a vezetőképessége javuljon.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.1. Összes beérkezett értékelés: 436.

A gázok jó szigetelők nem túl magas hőmérsékleten és a légkörhöz közeli nyomáson. Ha egy feltöltött elektrométert száraz légköri levegőbe helyez, töltése hosszú ideig változatlan marad. Ez azzal magyarázható, hogy a gázok normál körülmények között semleges atomokból és molekulákból állnak, és nem tartalmaznak szabad töltéseket (elektronokat és ionokat). A gáz csak akkor válik áramvezetővé, ha egyes molekulái ionizálódnak. Az ionizáláshoz a gázt valamilyen ionizáló hatásnak kell kitenni: például elektromos kisülés, röntgen, sugárzás vagy UV sugárzás, gyertyaláng stb. (utóbbi esetben a gáz elektromos vezetőképességét a fűtés okozza).

A gázok ionizációja során egy vagy több elektron levál egy atom vagy molekula külső elektronhéjáról, ami szabad elektronok és pozitív ionok képződéséhez vezet. Az elektronok semleges molekulákhoz és atomokhoz kapcsolódhatnak, negatív ionokká alakítva azokat. Ezért az ionizált gáz pozitív és negatív töltésű ionokat és szabad elektronokat tartalmaz. E A gázokban lévő elektromos áramot gázkisülésnek nevezzük. Így a gázok áramát előjelek és elektronok ionjai hozzák létre. Az ilyen mechanizmusú gázkisülést anyagátadás kíséri, pl. Az ionizált gázok a második típusú vezetők közé tartoznak.

Ahhoz, hogy egy elektront eltávolítsunk egy molekuláról vagy atomról, bizonyos mennyiségű A munkát kell elvégezni, és pl. elkölteni egy kis energiát. Ezt az energiát hívják ionizációs energia , amelynek értékei az atomokra vonatkoznak különféle anyagok 4÷25 eV-on belül van. Az ionizációs folyamatot általában mennyiségileg egy mennyiséggel jellemezzük, ún ionizációs potenciál :

A gázban végbemenő ionizációs folyamattal egyidejűleg mindig megtörténik a fordított folyamat - a rekombináció folyamata: pozitív és negatív ionok vagy pozitív ionok és elektronok találkoznak, újraegyesülnek egymással, semleges atomokat és molekulákat képezve. Minél több ion jelenik meg az ionizátor hatására, annál intenzívebb a rekombinációs folyamat.

Szigorúan véve egy gáz elektromos vezetőképessége sohasem nulla, hiszen mindig tartalmaz szabad töltéseket, amelyek a Föld felszínén jelenlévő radioaktív anyagok sugárzása, valamint a kozmikus sugárzás hatására keletkeznek. Az ionizáció intenzitása e tényezők hatására alacsony. A levegőnek ez a jelentéktelen elektromos vezetőképessége töltések szivárgását okozza a villamosított testekből, még akkor is, ha azok jól szigeteltek.

A gázkisülés jellegét a gáz összetétele, hőmérséklete és nyomása, az elektródák mérete, konfigurációja és anyaga, valamint az alkalmazott feszültség és áramsűrűség határozza meg.

Tekintsünk egy gázrést tartalmazó áramkört (ábra), amely folyamatos, állandó intenzitású ionizáló hatásnak van kitéve. Az ionizátor működése következtében a gáz némi elektromos vezetőképességre tesz szert, és áram folyik az áramkörben. Az ábra két ionizátor áram-feszültség karakterisztikáját mutatja (áram a rákapcsolt feszültség függvényében). A második ionizáló termelékenysége (az ionizátor által a gázrésben 1 másodperc alatt előállított ionpárok száma) nagyobb, mint az elsőé. Feltételezzük, hogy az ionizátor termelékenysége állandó és egyenlő n 0-val. Nem túl alacsony nyomáson a leszakadt elektronok szinte mindegyikét befogják a semleges molekulák, negatív töltésű ionokat képezve. A rekombinációt figyelembe véve feltételezzük, hogy mindkét előjelű ionok koncentrációja azonos és egyenlő n-nel. A különböző előjelű ionok átlagos sodródási sebessége elektromos térben eltérő: , . b - és b + – gázionok mobilitása. Most az I. régióra, figyelembe véve (5) a következőket írhatjuk:

Amint látható, az I. tartományban a feszültség növekedésével az áram növekszik, ahogy a sodródási sebesség nő. A rekombináló ionpárok száma a sebesség növekedésével csökken.

II. régió - a telítési áram tartománya - az ionizátor által létrehozott összes ion eléri az elektródákat anélkül, hogy ideje lenne rekombinálni. Telítési áramsűrűség

j n = q n 0 d, (28)

ahol d a gázrés szélessége (az elektródák közötti távolság). Amint a (28) pontból látható, a telítési áram az ionizátor ionizáló hatásának mértéke.

Az U p p-nél (III. régió) nagyobb feszültségnél az elektronok sebessége eléri azt az értéket, hogy semleges molekulákkal ütközve ütési ionizációt képesek előidézni. Ennek eredményeként további An 0 ionpárok jönnek létre. Az A mennyiséget gázerősítési együtthatónak nevezzük . A III. régióban ez az együttható nem n 0-tól, hanem U-tól függ. Így. az elektródákat U konstans mellett elérő töltés egyenesen arányos az ionizátor teljesítményével - n 0 és az U feszültséggel. Emiatt a III. tartományt arányossági tartománynak nevezzük. U pr – arányossági küszöb. Az A gázerősítési tényező értéke 1 és 10 4 között van.

A IV. tartományban, a részleges arányosság tartományában a gázerősítési együttható n 0-tól kezd függeni. Ez a függőség U növekedésével növekszik. Az áramerősség meredeken növekszik.

A 0 ÷ U g feszültségtartományban csak akkor van áram a gázban, ha az ionizátor aktív. Ha az ionizátor működését leállítják, a kisülés is leáll. Azokat a kisüléseket, amelyek csak külső ionizátorok hatására léteznek, nem önfenntartónak nevezzük.

Az Ug feszültség a régió, a Geiger régió küszöbértéke, amely annak az állapotnak felel meg, amikor a gázrésben a folyamat az ionizátor kikapcsolása után sem szűnik meg, azaz. a kisülés önálló kisülési jelleget nyer. A primer ionok csak lendületet adnak a gázkisülésnek. Ebben a régióban mindkét jel masszív ionjai ionizáló képességre tesznek szert. Az áram nagysága nem függ n 0 -tól.

A VI tartományban a feszültség olyan magas, hogy a kisülés, ha egyszer bekövetkezik, nem áll le - a folyamatos kisülés tartománya.