Elektron pochtani o'tkazish jarayoni. gaz orqali oqim deb ataladi gaz chiqishi.

Raqamlarning 2 turi mavjud: mustaqil va mustaqil bo'lmagan.

Agar gazning elektr o'tkazuvchanligi yaratilsa. tashqi ionizatorlar, keyin el. undagi oqim deyiladi. o'z-o'zidan bo'lmagan gaz chiqishi. V

O'ylab ko'ring elektron pochta diagramma, komp. kondansatör, galvanometr, voltmetr va oqim manbasidan.

Yassi plastinkali kondansatör plitalari o'rtasida havo mavjud atmosfera bosimi va xona t. Agar kondansatkichga bir necha yuz voltga teng U qo'llanilsa va ionizator ishlamasa, galvanometr oqimni qayd etmaydi, ammo plitalar orasidagi bo'shliq o'tishni boshlaydi. UV nurlari oqimi, galvanometr ro'yxatga olishni boshlaydi. joriy. Agar oqim manbai o'chirilgan bo'lsa, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim oqimi to'xtaydi; bu oqim o'z-o'zidan saqlanmaydigan zaryadni anglatadi.

j = g*E - el uchun Ohm qonuni. gazlardagi oqim.

Etarlicha kuchli elektr bilan gaz maydonida o'z-o'zini ionlash jarayoni boshlanadi, buning natijasida oqim tashqi ionizator bo'lmagan taqdirda ham mavjud bo'lishi mumkin. Bunday oqim o'z-o'zidan barqaror gaz zaryadi deb ataladi. O'z-o'zini ionlash jarayonlari umumiy ma'noda quyidagicha. Tabiiy holatda an'anaviy Gazda har doim oz miqdorda erkin elektronlar va ionlar mavjud. Ular shunday tabiat tomonidan yaratilgan. ionizatorlar, xuddi kosmik kabi. nurlar, radiatsiya radioaktiv moddalar, tuproq va suvda soda. Juda kuchli elektr. maydon bu zarrachalarni shunday tezlikka tezlashtirishi mumkinki, bunda ularning kinetik energiyasi ionlanish energiyasidan oshib ketadi, elektronlar va ionlar elektrodlarga boradigan yo'lda neytrallar bilan to'qnashadi. molekulalar bu molekulalarni ionlashtiradi. Arr. to'qnashuvda yangi ikkilamchi elektronlar va ionlar ham tarqaladi. maydon va o'z navbatida yangi neytronlarni ionlashtiradi. molekulalar. Gazlarning tavsiflangan o'z-o'zini ionlanishi zarba polarizatsiyasi deb ataladi. Erkin elektronlar E = 10 3 V / m da allaqachon zarba ionlanishiga olib keladi. Ionlar faqat E = 10 5 V/m da zarba ionlanishiga olib kelishi mumkin. Bu farq bir qancha sabablarga bog'liq, xususan, elektronlar uchun o'rtacha erkin yo'l ionlarga qaraganda ancha uzunroqdir. Shuning uchun ionlar ionlarga qaraganda pastroq maydon kuchida zarba ionlanishi uchun zarur bo'lgan energiyani oladi. Biroq, juda kuchli bo'lmagan "+" maydonlarda ham ionlar o'z-o'zini ionlashda muhim rol o'ynaydi. Gap shundaki, bu ionlarning energiyasi taxminan. metallardan elektronlarni urib tushirish uchun etarli. Shuning uchun, "+" maydoni tomonidan tezlashtirilgan ionlar, maydon manbasining metall katodiga tegib, elektronlarni katoddan chiqarib tashlaydi. Bu ishdan chiqqan elektronlar parchalanadi. maydon va molekulalarning zarba ionlanishini hosil qiladi. Energiyasi zarba ionlanishi uchun etarli bo'lmagan ionlar va elektronlar, shunga qaramay, molekulalar bilan to'qnashganda, ularni qo'zg'atishi mumkin. holat, ya'ni elektr tizimida ba'zi energiya o'zgarishlarini keltirib chiqaradi. Neytral qobiqlar atomlar va molekulalar. Exc. atom yoki molekula bir muncha vaqt o'tgach o'zining normal holatiga qaytadi va shu bilan birga u foton chiqaradi. Fotonlarning emissiyasi gazlar porlashida o'zini namoyon qiladi. Bundan tashqari, foton, yutilish. gaz molekulalarining har qandayi uni ionlashtira oladi, bunday ionlanish deyiladi fotonlarning ionlanishi. Ba'zi fotonlar katodga uriladi, ular undan elektronlarni urib yuborishi mumkin, bu esa keyinchalik neytronlarning ionlanishiga olib keladi. molekulalar.

Ta'sir va fotonning ionlanishi va elektronlarni fotonlar tomonidan "+" kodidan chiqarib tashlash natijasida gazning butun hajmidagi fotonlar va elektronlar soni keskin ko'payadi (ko'chkiga o'xshash) va gazda oqim mavjudligi uchun. gaz tashqi ionizator kerak emas va razryad aylanadi mustaqil. Gaz razryadning joriy kuchlanish xarakteristikasi quyidagicha ko'rinadi.

Elektr tokining o'z-o'zidan va o'z-o'zidan bo'lmagan zaryadsizlanishi ma'lum sharoitlarda turli gaz muhitida sodir bo'ladi. Qoida tariqasida, odam mustaqil oqimdan foydalanadi. Maqolada bu hodisalar tavsiflanadi.

Gazlarda nima bor?

Mustaqil va o'z-o'zidan etarli bo'lmagan gaz chiqarishni ko'rib chiqishdan oldin, keling, ushbu hodisani aniqlaylik. Raqam deganda gazda elektr tokining paydo bo'lishi tushuniladi. Gazsimon muhit o'z tabiatiga ko'ra izolyator bo'lganligi sababli, bu oqim ulardagi erkin tashuvchilarning mavjudligi bilan bog'liqligini anglatadi. elektr zaryadi. Ulardan tashqari, zaryadlar yo'nalishli harakatga ega bo'lishi uchun elektr maydoni ham mavjud bo'lishi kerak.

Gaz hajmiga tashqi potentsial farqni qo'llash orqali elektr maydoni yaratilishi mumkin (elektrodlarning mavjudligi: manfiy katod va musbat anod).

Quyidagi jarayonlar zaryad tashuvchilar manbalari bo'lishi mumkin:

• Termal ionlanish. Bu yuqori energiyali gaz zarralari (atomlar, molekulalar) ning mexanik to'qnashuvi va ulardan elektronlarni chiqarib tashlash natijasida paydo bo'ladi. Bu jarayon harorat ko'tarilganda faollashadi.
• Fotoionlashtirish. Uning mohiyati yuqori energiyali fotonning elektron tomonidan yutilishi va uning atomdan ajralishidadir.
• Sovuq elektron emissiyasi. Bu katod yuzasini ionlar bilan bombardimon qilish natijasida yuzaga keladi.
• Termion emissiyasi. Bu jarayon katoddan yuqori energiyali elektronlarning bug'lanishi va ularning plazmaning keyingi ionlanishida ishtirok etishi bilan bog'liq.

Nomlangan jarayonlar oqim turlarini (mustaqil va mustaqil bo'lmagan) tasniflash asosida yotadi.

Bo'shatish mustaqilligi tushunchasi

Keling, katod trubkasi bilan ishni ko'rib chiqaylik. Bu muhrlangan idish bo'lib, unda ma'lum bir bosim ostida gaz mavjud. Ushbu trubaning uchlarida elektrodlar mavjud. Agar ularga kichik potentsial farq qo'llanilsa, amalda hech qanday oqim paydo bo'lmaydi. Bu etarli miqdordagi zaryad tashuvchilarning yo'qligi bilan bog'liq.

Agar siz gazni qizdirsangiz yoki uni ultrabinafsha nurlanishiga ta'sir qilsangiz, voltmetr darhol oqim ko'rinishini aniqlaydi. Bu yorqin misol mustaqil bo'lmagan toifa. Bu shunday deyiladi, chunki uning mavjudligi uchun tashqi ionlanish manbai (radiatsiya, harorat) zarur. Ushbu manba olib tashlangandan so'ng, voltmetr ko'rsatkichlari yana nolga aylanadi.

Agar, yo'qligida tashqi manbalar ionlanish trubaning elektrodlari orasidagi kuchlanishni oshiradi, oqim paydo bo'la boshlaydi, u bir necha bosqichlardan o'tadi (to'yinganlik, ko'payish, pasayish). Bunday holda, ular mustaqil elektr zaryadsizlanishi haqida gapirishadi. Endi u tashqi manbalarni talab qilmaydi, zarur zaryad tashuvchilar tizimning o'zida ishlab chiqariladi. Ularning hosil bo'lish jarayonlari o'zini o'zi saqlamaydigan oqim bilan bir xil bo'lib qoladi. Yuqori kuchlanish va yuqori oqim zichligida katod elektronlarining termal emissiyasi ham qo'shiladi.

Chiqarishning joriy kuchlanish xususiyatlari

Agar kuchlanishning oqimga (yoki aksincha) bog'liqligidan foydalansak, gazning o'z-o'zidan va o'z-o'zidan ta'minlanmagan razryadlarini o'rganish qulay bo'ladi, bu odatda oqim kuchlanishining xarakteristikasi deb ataladi. Bu nafaqat tizimdagi kuchlanish va oqimning kattaligini, balki undagi elektr jarayonlarini ham baholashga imkon beradi.

Quyida oqim kuchlanishining xarakteristikasi keltirilgan bo'lib, u oqim rivojlanishining barcha asosiy bosqichlarini aks ettiradi.

Ko'rib turganingizdek, ularning uchtasi bor: qorong'i, yonayotgan va yoy. Keyinchalik maqolada biz ushbu bosqichlarni batafsilroq tasvirlab beramiz.

Qorong'i oqindi

U AC oralig'i bilan tavsiflanadi. U kuchlanish ortishi bilan ion harakati tezligining oshishi hisobiga tok I kuchayadi. Biroq, bu tezliklar past, shuning uchun o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan oqim paydo bo'ladi. Miloddan avvalgi mintaqada u to'yinganlikka erishadi va mustaqil bo'ladi, chunki ionlarning tezligi katodni bombardimon qilishda undan elektronlarni urib tushirish uchun etarli bo'ladi. Bu elektronlar gazning qo'shimcha ionlanishiga olib keladi.

Qorong'i zaryad bu nomni oldi, chunki uning porlashi deyarli nolga teng: past plazma kontsentratsiyasi, past oqim (10 -8 A), ionlar va elektronlarning rekombinatsiyasi yo'qligi.

Yorqin oqim

Joriy kuchlanish xarakteristikasi bo'yicha u C va F nuqtalari orasidagi zonaga to'g'ri keladi. Rasmdan kuchlanishning o'zgarishi (tushishi va ko'tarilishi) va oqim doimiy ravishda ortib borayotganini ko'rish mumkin. Ikki kichik zona qiziqish uyg'otadi:

1. OE nuqtalari - normal porlash oqimi. Bu erda joriy o'sish sababi gazdagi plazma maydonining oshishi bilan bog'liq. Ya'ni, dastlab bu tor kichik kanallar, keyin elektronlarning sovuq emissiyasi tufayli ular naychaning butun hajmiga yetguncha kengayadi. Shu paytdan boshlab keyingi pastki zonaga o'tish mavjud.
2. EF nuqtalari - anormal oqim. Gazdagi bu o'z-o'zidan razryadning oqimi issiq elektron emissiyasi tufayli kuchaya boshlaydi. Katodning harorati asta-sekin o'sib boradi va u manfiy zaryadlangan zarrachalarni chiqara boshlaydi.

Barcha neon va lyuminestsent lampalar oddiy porlash deşarj hududida ishlaydi.

Uchqun va yoy oqimlari

Ushbu turdagi spontan zaryadsizlanishlar rasmdagi FG zonasini qamrab oladi. Bu erda eng murakkab jarayonlar sodir bo'ladi.

Elektrodlar orasidagi kuchlanish maksimal qiymatga (F nuqtasi) ko'tarilganda va katoddan elektronlarning termal emissiyasi faollashtirilganda, beqaror uchqun oqimining shakllanishi uchun qulay sharoitlar yaratiladi. U xarakterli zigzag shakliga ega bo'lgan qisqa muddatli buzilishlarni (mikrosoniyalarni) ifodalaydi. Tabiatdagi yorqin misol atmosferadagi chaqmoqdir.

Chiqarish oqimlar deb ataladigan tor kanallar orqali sodir bo'ladi. Ular katod yuzasini anod bilan bog'laydigan yuqori ionlashtirilgan plazmaning tor singan chiziqlari. Ulardagi oqim kuchi o'n minglab amperga etadi.

Uchqun zaryadini barqarorlashtirish barqaror yoy hosil bo'lishiga olib keladi (G nuqtasi). Bunda trubadagi gazning butun hajmi yuqori darajada ionlashgan plazma hisoblanadi. Katod yuzasi 5000-6000 K gacha, anod esa 3000 K gacha qiziydi. Katodning bunday kuchli isishi uning ustida "issiq nuqtalar" deb ataladigan hosil bo'lishiga olib keladi. kuchli manba termion elektronlar bu elektrodning eroziv aşınmasının sababidir. Arkning zaryadsizlanishi paytida kuchlanish yuqori emas (bir necha o'nlab volt), lekin oqim 100 A yoki undan ko'proqqa yetishi mumkin. Payvandlash yoyi bu turdagi tushirishning yorqin namunasidir.

Shunday qilib, gazlarda o'z-o'zidan va o'z-o'zini ushlab turmaydigan razryadlarning mavjudligi tizimda kuchlanish va oqim kuchayishi bilan uning ionlanishi va plazma hosil bo'lish mexanizmlari bilan bog'liq.

2.5-son LABORATORIYA ISHI

"Tiratron yordamida gaz ajralishini o'rganish"

Ishning maqsadi: gazlarda o'z-o'zidan va o'z-o'zidan ajralish paytida gazlarda sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganish, tiratronning ishlash printsipini o'rganish, tiratronning tok kuchlanish va ishga tushirish xarakteristikalarini qurish.

NAZARIY QISM

Gazlarning ionlanishi. O'z-o'zidan ta'minlanmaydigan va o'z-o'zidan gaz chiqarish

Oddiy kundalik sharoitda gazlarning atomlari va molekulalari elektr neytraldir, ya'ni. bepul zaryad tashuvchilarni o'z ichiga olmaydi, ya'ni vakuum bo'shlig'i kabi ular elektr tokini o'tkazmasligi kerak. Haqiqatda, gazlar har doim ma'lum miqdordagi erkin elektronlarni, ijobiy va salbiy ionlarni o'z ichiga oladi va shuning uchun yomon bo'lsa ham, elektr tokini o'tkazadi. joriy.

Gazdagi erkin zaryad tashuvchilar odatda undan elektronlarning chiqishi natijasida hosil bo'ladi elektron qobiq gaz atomlari, ya'ni. Natijada ionlanish gaz Gazning ionlanishi tashqi energiya ta'sirining natijasidir: isitish, zarralar (elektronlar, ionlar va boshqalar) tomonidan bombardimon qilish, elektromagnit nurlanish (ultrabinafsha, rentgen nurlari, radioaktiv va boshqalar). Bunday holda, elektrodlar orasida joylashgan gaz elektr tokini o'tkazadi, bu deyiladi gaz chiqishi. Quvvat ionlashtiruvchi omil ( ionlashtiruvchi) - vaqt birligida gazning birlik hajmida ionlanish natijasida hosil bo'lgan qarama-qarshi zaryadlangan zaryad tashuvchilar juftlari soni. Ionlash jarayoni bilan bir qatorda teskari jarayon ham mavjud - rekombinatsiya: qarama-qarshi zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'siri, buning natijasida elektr neytral atomlar yoki molekulalar paydo bo'ladi va chiqariladi elektromagnit to'lqinlar. Agar gazning elektr o'tkazuvchanligi tashqi ionlashtiruvchining mavjudligini talab qilsa, bunday razryad deyiladi. qaram. Agar qo'llaniladigan elektr maydoni (EF) etarlicha katta bo'lsa, u holda tashqi maydon ta'sirida zarba ionlanishi natijasida hosil bo'lgan erkin zaryad tashuvchilar soni elektr razryadni ushlab turish uchun etarli bo'lib chiqadi. Bunday tushirish tashqi ionlashtiruvchini talab qilmaydi va chaqiriladi mustaqil.

Keling, elektrodlar orasida joylashgan gazdagi gazning oqim kuchlanish xususiyatini (CVC) ko'rib chiqaylik (1-rasm).

Kuchsiz EF (I) mintaqasida o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan gaz razryadda ionlanish natijasida hosil bo'lgan zaryadlar soni bir-biri bilan rekombinatsiyalangan zaryadlar soniga teng. Ushbu dinamik muvozanat tufayli gazdagi erkin zaryad tashuvchilarning kontsentratsiyasi deyarli doimiy bo'lib qoladi va natijada Ohm qonuni (1):

Qayerda E- kuchlanish elektr maydoni; n- diqqat; j- oqim zichligi.

Va ( ) – mos ravishda musbat va manfiy zaryad tashuvchilarning harakatchanligi;<υ > – zaryadning yo'nalishli harakatining drift tezligi.

Yuqori elektron zichligi (II) mintaqasida gazda (I) oqim bilan to'yinganligi kuzatiladi, chunki ionlashtiruvchi tomonidan yaratilgan barcha tashuvchilar oqim hosil qilishda yo'naltirilgan siljishda ishtirok etadilar.

Maydonning (III) yanada ortishi bilan tezlashtirilgan tezlikda harakatlanadigan zaryad tashuvchilar (elektronlar va ionlar) neytral atomlar va gaz molekulalarini ionlashtiradi ( ta'sir ionlashuvi), buning natijasida qo'shimcha zaryad tashuvchilar hosil bo'ladi va elektron ko'chkisi(elektronlar ionlardan engilroq va elektron nurda sezilarli darajada tezlashadi) - oqim zichligi ortadi ( gazni kuchaytirish). Rekombinatsiya jarayonlari tufayli tashqi ionlashtiruvchi o'chirilganda, gazning chiqishi to'xtaydi.

Ushbu jarayonlar natijasida elektronlar, ionlar va fotonlarning oqimlari hosil bo'ladi, zarralar soni ko'chki kabi ko'payadi va elektrodlar orasidagi elektron zichligi deyarli o'zgarmagan holda oqimning keskin o'sishi kuzatiladi. Turadi mustaqil gaz chiqarish. To'lovga qodir bo'lmagan gaz razryaddan mustaqil holatga o'tish deyiladi elektron pochta sindirish, va elektrodlar orasidagi kuchlanish , Qayerda d– elektrodlar orasidagi masofa deyiladi buzilish kuchlanishi.

Elektron pochta uchun Emirilish paytida elektronlar yo'l uzunligi bo'ylab gaz molekulalarining ionlanish potentsialidan oshib ketadigan kinetik energiya olish uchun vaqtga ega bo'lishi kerak, boshqa tomondan, ularning yo'l uzunligi bo'ylab musbat ionlar ish funktsiyasidan kattaroq kinetik energiyaga ega bo'lishlari kerak. katodli material. Erkin yo'l elektrodlarning konfiguratsiyasiga, ular orasidagi masofaga va birlik hajmdagi zarrachalar soniga (demak, bosimga) bog'liq bo'lganligi sababli, o'z-o'zidan zaryadsizlanishning yonishini elektrodlar orasidagi masofani o'zgartirish orqali boshqarish mumkin. elektrodlar d ularning o'zgarmagan konfiguratsiyasi va bosimni o'zgartirishi bilan P. Agar ish Pd bir xil bo'lib chiqadi, boshqa narsalar teng bo'lsa, u holda kuzatilgan buzilishning tabiati bir xil bo'lishi kerak. Bu xulosa eksperimentalda o'z aksini topdi qonun e (1889) nemis. fizika F. Pashena(1865–1947):

Gaz bosimi mahsulotining ma'lum bir qiymati va elektrodlar orasidagi masofa Pd uchun gaz razryadning ateşleme kuchlanishi ma'lum bir gazning doimiy qiymati hisoblanadi. .

O'z-o'zidan tushirishning bir necha turlari mavjud.

Yorqin oqim past bosimlarda yuzaga keladi. Agar 30-50 sm uzunlikdagi shisha trubkaga lehimlangan elektrodlarga bir necha yuz voltli doimiy kuchlanish qo'llanilsa, asta-sekin trubadan havo chiqarib yuborilsa, u holda 5,3-6,7 kPa bosimda yorug'lik shaklida oqim paydo bo'ladi, katoddan anodga o'ralgan qizg'ish shnur. Bosimning yanada pasayishi bilan shnur qalinlashadi va ≥ 13 Pa bosimda oqim sxematik ravishda shaklda ko'rsatilgan shaklga ega. 2.

Yupqa nurli qatlam 1 to'g'ridan-to'g'ri katodga qo'llaniladi katod plyonkasi , keyin 2 - katodli qorong'u bo'shliq , keyinchalik yorug'lik qatlami 3 ga aylanadi - yonayotgan nur , katod tomonida keskin chegaraga ega bo'lib, anod tomonida asta-sekin yo'qoladi. 1-3 qatlamlar porlash razryadning katod qismini tashkil qiladi. Yonayotgan nurning orqasida Faraday qorong'u makon - 4. Naychaning qolgan qismi yorqin gaz bilan to'ldirilgan - ijobiy ustun - 5.

Potensial quvur bo'ylab notekis ravishda o'zgaradi (2-rasmga qarang). Deyarli barcha kuchlanish tushishi tushirishning birinchi joylarida, shu jumladan qorong'u katod bo'shlig'ida sodir bo'ladi.

Raqamni ushlab turish uchun zarur bo'lgan asosiy jarayonlar uning katod qismida sodir bo'ladi:

1) katod potentsialining pasayishi bilan tezlashtirilgan ijobiy ionlar katodni bombardimon qiladi va undan elektronlarni uradi;

2) elektronlar katod qismida tezlashadi va etarli energiya oladi va gaz molekulalarini ionlashtiradi. Ko'p elektronlar va musbat ionlar hosil bo'ladi. Yonayotgan porlash hududida elektronlar va ionlarning intensiv rekombinatsiyasi sodir bo'ladi, energiya chiqariladi, uning bir qismi qo'shimcha ionlash uchun ishlatiladi. Faraday qorong'i fazosiga kirib boradigan elektronlar asta-sekin energiya to'playdi, shuning uchun plazma mavjudligi uchun zarur bo'lgan sharoitlar paydo bo'ladi (gazning yuqori ionlanishi). Ijobiy ustun gaz chiqarish plazmasini ifodalaydi. U anodni katod qismlari bilan bog'laydigan o'tkazgich vazifasini bajaradi. Ijobiy ustunning porlashi, asosan, qo'zg'atilgan molekulalarning asosiy holatga o'tishi natijasida yuzaga keladi. Turli gazlarning molekulalari bunday o'tishlarda turli to'lqin uzunlikdagi nurlanishni chiqaradi. Shuning uchun ustunning porlashi har bir gazning rang xususiyatiga ega. Bu porlash quvurlarini tayyorlash uchun ishlatiladi. Neon naychalari qizil, argon naychalari ko'k-yashil rang beradi.

Ark zaryadsizlanishi normal va yuqori qon bosimida kuzatiladi. Bunday holda, oqim o'nlab va yuzlab amperlarga etadi va gaz bo'shlig'idagi kuchlanish bir necha o'nlab voltlarga tushadi. Bunday tushirishni past kuchlanishli manbadan olish mumkin, agar elektrodlar birinchi marta ular tegmaguncha birlashtirilsa. Aloqa nuqtasida elektrodlar Joule issiqligi tufayli juda qizib ketadi va ular bir-biridan chiqarilgandan so'ng, katod termion emissiya tufayli elektronlar manbai bo'ladi. Bo'shatishni qo'llab-quvvatlovchi asosiy jarayonlar katoddan termion emissiya va elektrodlararo bo'shliqdagi gazning yuqori haroratidan kelib chiqqan molekulalarning termal ionlanishidir. Deyarli butun elektrodlararo bo'shliq yuqori haroratli plazma bilan to'ldirilgan. U katod tomonidan chiqarilgan elektronlar anodga etib boradigan o'tkazgich bo'lib xizmat qiladi. Plazma harorati ~6000 K. Katodning yuqori harorati uni musbat ionlar bilan bombardimon qilish orqali saqlanadi. O'z navbatida, gaz bo'shlig'idan unga tushadigan tez elektronlar ta'sirida anod ko'proq qiziydi va hatto erishi mumkin va uning yuzasida depressiya hosil bo'ladi - krater - yoyning eng yorqin joyi. Elektr yoyi birinchi marta 1802 yilda olingan. Rus fizigi V. Petrov (1761-1834), u ikki bo'lak ko'mirni elektrod sifatida ishlatgan. Qizil-issiq uglerod elektrodlari ko'zni qamashtiruvchi porlashni berdi va ular orasida yorqin gaz ustuni - elektr yoyi paydo bo'ldi. Manba sifatida yoy zaryadsizlanishi ishlatiladi yorqin nur proyektorlarda va proyeksiya qurilmalarida, shuningdek, metallarni kesish va payvandlash uchun. Sovuq katod yoyi chiqishi mavjud. Elektronlar katoddan maydon emissiyasi tufayli paydo bo'ladi; gaz harorati past. Molekulalarning ionlanishi elektron ta'sirlar tufayli sodir bo'ladi. Katod va anod o'rtasida gaz deşarj plazmasi paydo bo'ladi.

Uchqun chiqishi ular orasidagi yuqori EF kuchlanishli ikkita elektrod o'rtasida sodir bo'ladi . Elektrodlar orasidan uchqun sakrab, har ikkala elektrodni bir-biriga bog'lab turadigan yorqin nurli kanalga o'xshaydi. Uchqun yaqinidagi gaz yuqori haroratgacha qiziydi, bosim farqi paydo bo'ladi, bu esa olib keladi tovush to'lqinlari, xarakterli shitirlash ovozi.

Uchqun paydo bo'lishidan oldin gazda elektron ko'chkilar paydo bo'ladi. Har bir ko'chkining asoschisi elektron bo'lib, u kuchli elektron nurida tezlashadi va molekulalarning ionlanishini keltirib chiqaradi. Olingan elektronlar, o'z navbatida, tezlashadi va keyingi ionlanishni hosil qiladi, elektronlar sonining ko'payishi sodir bo'ladi - qor ko'chkisi.

Olingan ijobiy ionlar muhim rol o'ynamaydi, chunki ular faol emas. Elektron ko'chkilar kesishadi va o'tkazuvchi kanal hosil bo'ladi strelkachi, elektronlar katoddan anodga oqib o'tadi - sodir bo'ladi sindirish.

Kuchli uchqun chiqishi misoli chaqmoqdir. Momaqaldiroq bulutining turli qismlari turli belgilardagi zaryadlarni olib yuradi ("–" Yerga qaragan). Shuning uchun, agar bulutlar qarama-qarshi zaryadlangan qismlar bilan birlashsa, ular orasida uchqun parchalanishi sodir bo'ladi. Zaryadlangan bulut va Yer orasidagi potentsial farq ~10 8 V ni tashkil qiladi.

Uchqun chiqishi portlash va yonish jarayonlarini (ichki yonuv dvigatellaridagi vilkalar) boshlash, uchqun hisoblagichlarida zaryadlangan zarralarni ro'yxatga olish, metall yuzalarni qayta ishlash va boshqalar uchun ishlatiladi.

Korona (koronar) oqindi turli egriliklarga ega bo'lgan elektrodlar o'rtasida paydo bo'ladi (elektrodlardan biri nozik sim yoki nuqta). Tojni oqizish paytida molekulalarning ionlanishi va qo'zg'alishi butun elektrodlararo bo'shliqda emas, balki intensivligi yuqori va undan yuqori bo'lgan uchi yaqinida sodir bo'ladi. E sindirish. Bu qismda gaz porlaydi, nur elektrodni o'rab turgan toj ko'rinishiga ega.

Plazma va uning xossalari

Plazma musbat va manfiy zaryadlarning konsentratsiyasi deyarli bir xil bo'lgan yuqori ionlangan gazdir. Farqlash yuqori haroratli plazma , ultra yuqori haroratlarda sodir bo'ladi va gaz chiqarish plazmasi , bu gazni chiqarish vaqtida sodir bo'ladi.

Plazma quyidagi xususiyatlarga ega:

Oliy daraja ionlanish, chegarada - to'liq ionlanish (barcha elektronlar yadrolardan ajratilgan);

Plazmadagi ijobiy va manfiy zarrachalar kontsentratsiyasi deyarli bir xil;

yuqori elektr o'tkazuvchanligi;

Yorqinlik;

Elektr bilan kuchli o'zaro ta'sir va magnit maydonlar;

Plazmaning umumiy tebranishini keltirib chiqaradigan yuqori chastotali (>10 8 Hz) plazmadagi elektronlarning tebranishlari;

Ko'p sonli zarralarning bir vaqtning o'zida o'zaro ta'siri.

Elektr toki - bu elektr zaryadlangan zarralarning tartibli harakati natijasida yuzaga keladigan oqim. Zaryadlarning harakati elektr tokining yo'nalishi sifatida qabul qilinadi. Elektr toki qisqa muddatli va uzoq muddatli bo'lishi mumkin.

Elektr toki tushunchasi

Chaqmoq zaryadsizlanishi paytida elektr toki paydo bo'lishi mumkin, bu qisqa muddatli deb ataladi. Va oqimni uzoq vaqt ushlab turish uchun elektr maydoni va erkin elektr zaryad tashuvchilarning mavjudligi zarur.

Elektr maydoni turli zaryadlangan jismlar tomonidan yaratiladi. Oqim kuchi - bu vaqt oralig'ida o'tkazgichning kesimi orqali uzatilgan zaryadning ushbu vaqt oralig'iga nisbati. U amperda o'lchanadi.

Guruch. 1. Joriy formula

Gazlardagi elektr toki

Gaz molekulalari normal sharoitda elektr tokini o'tkazmaydi. Ular izolyatorlar (dielektriklar). Biroq, agar shartlar o'zgarsa muhit, keyin gazlar elektr o'tkazgichga aylanishi mumkin. Ionlanish natijasida (qizilganda yoki ta'sirlanganda radioaktiv nurlanish) gazlarda elektr toki paydo bo'ladi, bu ko'pincha "elektr zaryadsizlanishi" atamasi bilan almashtiriladi.

O'z-o'zidan ta'minlangan va o'z-o'zidan ta'minlanmagan gaz tashuvchilar

Gazdagi chiqindilar mustaqil yoki o'z-o'zidan ta'minlanmagan bo'lishi mumkin. Oqim bepul to'lovlar paydo bo'lganda mavjud bo'la boshlaydi. O'z-o'zidan barqaror bo'lmagan razryadlar unga tashqi kuch, ya'ni tashqi ionlashtiruvchi ta'sir etar ekan, mavjud bo'ladi. Ya'ni, agar tashqi ionizator ishlashni to'xtatsa, u holda oqim to'xtaydi.

Gazlardagi elektr tokining o'z-o'zidan chiqishi tashqi ionizator to'xtatilgandan keyin ham mavjud. Fizikada mustaqil razryadlar sokin, porlash, yoy, uchqun, tojga bo'linadi.

• Tinch - mustaqil toifalarning eng zaiflari. Undagi oqim kuchi juda kichik (1 mA dan oshmaydi). Bu tovush yoki yorug'lik hodisalari bilan birga kelmaydi.
• Yonayotgan - agar siz jim deşarjda kuchlanishni oshirsangiz, u keyingi darajaga o'tadi - porlashi razryad. Bunday holda, rekombinatsiya bilan birga keladigan porlash paydo bo'ladi. Rekombinatsiya – teskari ionlanish jarayoni, elektron va musbat ionning uchrashishi. Bakteritsid va yoritish lampalarida qo'llaniladi.

Guruch. 2. Yorqin oqim

• yoy - joriy quvvat 10 A dan 100 A gacha. Ionizatsiya deyarli 100% ni tashkil qiladi. Ushbu turdagi tushirish, masalan, payvandlash mashinasini ishlatishda sodir bo'ladi.

Guruch. 3. Arkning zaryadsizlanishi

• Uchqun – yoyni zaryadsizlantirish turlaridan biri deb hisoblash mumkin. Juda uchun bunday tushirish paytida qisqa vaqt ma'lum miqdorda elektr energiyasi oqadi.
• Korona oqishi – molekulalarning ionlanishi kichik egrilik radiusli elektrodlar yonida sodir bo'ladi. Ushbu turdagi zaryad elektr maydonining kuchi to'satdan o'zgarganda paydo bo'ladi.

Biz nimani o'rgandik?

Gazning atomlari va molekulalarining o'zi neytraldir. Ular tashqariga ta'sir qilganda zaryad oladilar. Gazlardagi elektr toki haqida qisqacha gapiradigan bo'lsak, u zarrachalarning yo'naltirilgan harakatini ifodalaydi (katodga musbat ionlar va anodga manfiy ionlar). Gaz ionlanganda uning o'tkazuvchanlik xususiyatlari yaxshilanishi ham muhimdir.

Mavzu bo'yicha test

Hisobotni baholash

O'rtacha reyting: 4.1. Qabul qilingan umumiy baholar: 436.

Gazlar juda yuqori bo'lmagan haroratlarda va atmosferaga yaqin bosimlarda yaxshi izolyatorlardir. Agar siz zaryadlangan elektrometrni quruq atmosfera havosiga qo'ysangiz, uning zaryadi uzoq vaqt davomida o'zgarishsiz qoladi. Bu normal sharoitda gazlar neytral atom va molekulalardan iborat bo'lib, ularda erkin zaryadlar (elektron va ionlar) bo'lmasligi bilan izohlanadi. Gaz faqat uning ba'zi molekulalari ionlanganda elektr tokini o'tkazuvchiga aylanadi. Ionlash uchun gazga qandaydir ionlashtiruvchi ta'sir ko'rsatishi kerak: masalan, elektr razryadlari, rentgen nurlari, radiatsiya yoki ultrabinafsha nurlanishi, sham alangasi va boshqalar. (oxirgi holatda gazning elektr o'tkazuvchanligi isitishdan kelib chiqadi).

Gazlarni ionlash jarayonida atom yoki molekulaning tashqi elektron qobig'idan bir yoki bir nechta elektron chiqariladi, bu esa erkin elektronlar va musbat ionlarning hosil bo'lishiga olib keladi. Elektronlar neytral molekulalar va atomlarga yopishib, ularni manfiy ionlarga aylantirishi mumkin. Shuning uchun ionlangan gazda musbat va manfiy zaryadlangan ionlar va erkin elektronlar mavjud. E Gazlardagi elektr toki gaz deşarji deb ataladi. Shunday qilib, gazlardagi oqim ikkala belgilar va elektronlarning ionlari tomonidan yaratiladi. Bunday mexanizmga ega bo'lgan gazning chiqishi materiyaning uzatilishi bilan birga bo'ladi, ya'ni. Ionlangan gazlar ikkinchi turdagi o'tkazgichlar sifatida tasniflanadi.

Molekula yoki atomdan bitta elektronni olib tashlash uchun ma'lum miqdordagi ishni bajarish kerak A va, ya'ni. bir oz energiya sarflang. Bu energiya deyiladi ionlanish energiyasi , ularning qiymatlari atomlar uchun turli moddalar 4÷25 eV oralig'ida yotadi. Ionlanish jarayoni odatda chaqirilgan miqdor bilan miqdoriy jihatdan tavsiflanadi ionlanish potentsiali :

Gazda ionlanish jarayoni bilan bir vaqtda har doim teskari jarayon sodir bo'ladi - rekombinatsiya jarayoni: musbat va manfiy ionlar yoki ijobiy ionlar va elektronlar, neytral atomlar va molekulalarni hosil qilish uchun bir-biri bilan uchrashadi, qayta birlashadi. Ionlashtiruvchi ta'sirida qancha ko'p ionlar paydo bo'lsa, rekombinatsiya jarayoni shunchalik kuchli bo'ladi.

To'g'ri aytganda, gazning elektr o'tkazuvchanligi hech qachon nolga teng bo'lmaydi, chunki u har doim Yer yuzasida mavjud bo'lgan radioaktiv moddalardan nurlanish, shuningdek kosmik nurlanish ta'sirida hosil bo'lgan erkin zaryadlarni o'z ichiga oladi. Bu omillar ta'sirida ionlanishning intensivligi past bo'ladi. Havoning bu ahamiyatsiz elektr o'tkazuvchanligi elektrlashtirilgan jismlardan, hatto ular yaxshi izolyatsiya qilingan bo'lsa ham, zaryadlarning oqib ketishiga olib keladi.

Gaz chiqarishning tabiati gazning tarkibi, uning harorati va bosimi, elektrodlarning o'lchami, konfiguratsiyasi va materiali, shuningdek qo'llaniladigan kuchlanish va oqim zichligi bilan belgilanadi.

Ionizatorning doimiy, doimiy intensiv ta'siriga duchor bo'lgan gaz bo'shlig'ini o'z ichiga olgan sxemani ko'rib chiqaylik (rasm). Ionizatorning ta'siri natijasida gaz bir oz elektr o'tkazuvchanligiga ega bo'ladi va kontaktlarning zanglashiga olib keladi. Rasmda ikkita ionizator uchun joriy kuchlanish xususiyatlari (oqimga nisbatan qo'llaniladigan kuchlanish) ko'rsatilgan. Ikkinchi ionizatorning unumdorligi (1 sekundda gaz bo'shlig'ida ionlashtiruvchi tomonidan ishlab chiqarilgan ion juftlari soni) birinchisidan kattaroqdir. Ionizatorning unumdorligi doimiy va n 0 ga teng deb faraz qilamiz. Juda past bo'lmagan bosimda deyarli barcha ajratilgan elektronlar neytral molekulalar tomonidan ushlanib, manfiy zaryadlangan ionlarni hosil qiladi. Rekombinatsiyani hisobga olib, ikkala belgining ionlarining konsentratsiyasi bir xil va n ga teng deb faraz qilamiz. Elektr maydonidagi turli belgili ionlarning o'rtacha siljish tezligi har xil: , . b - va b + – gaz ionlarining harakatchanligi. Endi I mintaqa uchun (5) ni hisobga olgan holda yozishimiz mumkin:

Ko'rinib turibdiki, I mintaqada kuchlanish kuchayishi bilan oqim kuchayadi, chunki drift tezligi oshadi. Tezlik ortishi bilan rekombinatsiya qiluvchi ionlar juftlari soni kamayadi.

II hudud - to'yinganlik oqimi mintaqasi - ionizator tomonidan yaratilgan barcha ionlar rekombinatsiyaga vaqt topa olmasdan elektrodlarga etib boradi. To'yingan oqim zichligi

j n = q n 0 d, (28)

bu erda d - gaz bo'shlig'ining kengligi (elektrodlar orasidagi masofa). (28) dan ko'rinib turibdiki, to'yinganlik oqimi ionlashtiruvchining ionlashtiruvchi ta'sirining o'lchovidir.

U p p (III hudud) dan kattaroq kuchlanishda elektronlarning tezligi shunday qiymatga etadiki, ular neytral molekulalar bilan to'qnashganda ular zarba ionlanishini keltirib chiqarishga qodir. Natijada qo'shimcha An 0 ion juftlari hosil bo'ladi. A miqdori gazning daromad koeffitsienti deb ataladi . III mintaqada bu koeffitsient n 0 ga bog'liq emas, balki U ga bog'liq. doimiy U da elektrodlar yetib zaryad ionizatorning ishlashi bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi - n 0 va kuchlanish U. Shu sababli, mintaqa III proportsionallik hududi deb ataladi. U pr – mutanosiblik chegarasi. Gazni kuchaytirish koeffitsienti A 1 dan 10 4 gacha qiymatlarga ega.

IV mintaqada qisman proporsionallik mintaqasida gazning daromad koeffitsienti n ga bog'liq bo'la boshlaydi 0. Bu bog'liqlik U ortishi bilan ortadi. Oqim keskin ortadi.

0 ÷ U g kuchlanish oralig'ida gazdagi oqim faqat ionizator faol bo'lganda mavjud. Agar ionizatorning harakati to'xtatilsa, tushirish ham to'xtaydi. Faqat tashqi ionizatorlar ta'sirida mavjud bo'lgan razryadlar o'z-o'zidan barqaror bo'lmagan deb ataladi.

Voltage Ug - mintaqaning ostonasi, Geiger mintaqasi, gaz bo'shlig'idagi jarayon ionlashtiruvchi o'chirilgandan keyin ham yo'qolmagan holatga mos keladi, ya'ni. razryad mustaqil razryad xarakterini oladi. Birlamchi ionlar faqat gaz razryadining paydo bo'lishiga turtki beradi. Bu mintaqada ikkala belgining massiv ionlari ham ionlanish qobiliyatiga ega bo'ladi. Oqimning kattaligi n 0 ga bog'liq emas.

VI mintaqada kuchlanish shunchalik yuqoriki, zaryadsizlanish, bir marta sodir bo'lganda, to'xtamaydi - uzluksiz zaryadsizlanish hududi.