Опубліковано Залишити коментар

Електричний струм у газах

Електричний струм у газах

Електричний струм у газах. Гази складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і в нормальних умовах не мають вільних носіїв заряду (електронів або іонів), отже вони є діелектриками. Однак, якщо змінити умови довкілля, наприклад при нагріванні або під дією радіоактивного випромінювання, гази іонізуються, та можуть стати провідниками електрики.

Іонізація газів – відрив від їх атомів або молекул електронів під впливом зовнішнього середовища.

Механізм іонізації в газах полягає в наступному: під впливом зовнішнього середовища електрон може бути вирваний, і молекула, що залишається, набуває позитивного заряду.

А вирваний електрон не залишається вільним, він захоплюється однією чи декількома нейтральними молекулами та передає їм негативний заряд. У результаті виходить пара позитивно заряджених іонів під впливом зовнішнього електричного поля ці іони починають рухатися, і виникає електричний струм.

Мірою процесу іонізації є інтенсивність іонізації, що вимірюється числом пар протилежно зряджених частинок, які виникають в одиниці об’єму газу за одиницю часу.

Для того, щоб електрон відірвався від атома, йому необхідно витратити певну енергію – енергію іонізації. Ця енергія є різною для різних речовин і залежить від будови атома.

Протилежним процесу іонізації є рекомбінація – з’єднання протилежно заряджених часток в нейтральні атоми (молекули). При незмінному в часі дії зовнішнього іонізатора між процесами іонізації і рекомбінації встановлюється динамічна рівновага при якій число заново створених пар протилежно заряджених часток рівно числу пар що з’єднались в нейтральні атоми (молекули).

Не самостійний газовий розряд

Несамостійним газовим розрядом називають електропровідність газів яка викликана зовнішніми іонізаторами.

Такий газовий розряд характеризується залежністю сили струму від напруги між електродами.

При підвищенні напруги росте кількість заряджених частинок, які досягають електрода і виростає сила струму до значення І=Ін, при якому всі заряджені частинки, які виникають в об’ємі газу в одиницю часу, досягають електродів. При цьому U=Uн.

Рис. 1.

Електричний струм у газах

Максимальна сила струму Ін можлива при даній інтенсивності іонізації називається струмом насичення:

Ін=еN0 – максимальне число пар одновалентних іонів,що виникли в об’ємі газу за 1 секунду. Крутий ріст струму на ділянці АВ зв’язано з виникненням ударної іонізації.

Ударна іонізація – процес іонізації електронним ударом, у якому прискорені електричним полем електрони, зіштовхуючись із нейтральними молекулами, вибивають їх валентні електрони. Для цього кінетична енергія Wк налітаючого електрона повинна бути більшою за роботу Aіон іонізації молекули газу: Wк ≥ Aіон.

Самостійний газовий розряд

Газовий розряд який продовжується після того, як закінчується дія зовнішнього іонізатора називається самостійним газовим розрядом. Він підтримується за рахунок іонів і електронів що виникли в результаті ударної іонізації. Несамостійний газовий розряд переходить в самостійний при напрузі Uз (Рис. 1.) між електродами яка називається напругою запалювання. Процес цього переходу називається електричним пробоєм газу.

В залежності від тику газу і прикладеної напруги до електродів розрізняють декілька типів самостійного розряду в газах.

При низькому тиску від сотих долей до декількох мм рт. ст. спостерігається тліючий розряд. В ньому виділяють чотири області:

1-катодний темний простір,

 2-негативне (тліюче) світіння,

3- фарадєєво темний простір,

4-позитивний стовб розряда.

Області 1-3 складають катодну частину розряду. Біля катода на межі областей 1-2 велика концентрація позитивних іонів внаслідок чого різко падає потенціал в розряді. В області 2 прискорені електрони є джерелом ударної іонізації. Тліюче світіння в цій області викликане рекомбінацією електронів і позитивних іонів в нейтральні атоми. В області 4- постійна і велика концентрація позитивних іонів і електронів що зумовлена ударною іонізацією атомів газу електронами.

Електричний струм у газах

Коронний розряд

Коронний розряд – це самостійний газовий розряд, який виникає в різко неоднорідних полях у електродів з великою кривизною поверхні (наприклад, тонкі дроти або вістря).

Головна умова виникнення розряду — підвищена напруженість електричного поля біля вістря. У той момент, коли напруженість поля досягає граничного значення (для повітря – близько 30 кВ/см), навколо електрода виникає світіння, що має вигляд корони, за що розряд і отримав свою назву.

Іскровий розряд

Іскровий розряд виникає в газі зазвичай при атмосферному тиску. Він характеризується уривчастою формою. За зовнішнім виглядом іскровий розряд являє собою пучок яскравих зигзагоподібних тонких смуг, що розгалужуються, миттєво пронизують розрядний проміжок, що швидко гаснуть і постійно змінюють один одного. Ці смужки називають іскровими каналами.

Після того, як розрядний проміжок «пробитий» іскровим каналом, опір його стає малим, через канал проходить короткочасний імпульс струму великої сили, протягом якого на розрядний проміжок припадає лише незначна напруга. Якщо потужність джерела невелика, то після цього імпульсу струму розряд припиняється. Напруга між електродами починає підвищуватися до колишнього значення, і пробій газу повторюється з утворенням нового іскрового каналу.

У природних умовах іскровий розряд спостерігається у вигляді блискавки.

Дуговий розряд

Дуговий розряд – це форма розряду при великій густині струму і відносно невисокою напругою між електродами в декілька десятків вольт. Головна причина розряду є інтенсивна термоелектронна емісія розжареного катода. Електрони прискорюються електричним полем і виникає ударна іонізація молекул газу, зменшується електричний опір газового проміжку і його провідність різко виростає. Між електродами виникає стовб яркого світла газу.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.