Gazlarda elektr toki. Ionlanish va rekombinatsiya jarayonlari mustaqil bo'lmagan gaz razryadlari Reja

3.Gaz chiqarish va uning turlari
Shunday qilib, gazlardagi elektr toki zaryadlangan zarrachalarning ularga qo'llaniladigan elektr maydoni ta'sirida tartibli harakati bilan bog'liq. Bunday zaryadlarning mavjudligi, o'z navbatida, turli xil ionlanish omillari tufayli mumkin.

Shunday qilib, termal ionlanish sezilarli haroratni talab qiladi, ammo ba'zi kimyoviy jarayonlar bilan bog'liq ochiq olov ionlanishga yordam beradi. Olov borligida nisbatan past haroratda ham gazlarda elektr tokining ko'rinishi qayd etiladi va gaz o'tkazuvchanligi bilan tajriba o'tkazish buni tekshirishni osonlashtiradi. Zaryadlangan kondansatör plitalari orasiga yondirgich yoki shamning alangasini qo'yish kerak. Kondensatordagi havo bo'shlig'i tufayli ilgari ochilgan sxema yopiladi. Zanjirga ulangan galvanometr oqim mavjudligini ko'rsatadi.
Gazlardagi elektr toki gaz razryadi deb ataladi. Shuni yodda tutish kerakki, razryadning barqarorligini ta'minlash uchun ionizatorning ta'siri doimiy bo'lishi kerak, chunki doimiy rekombinatsiya tufayli gaz o'zining elektr o'tkazuvchanlik xususiyatlarini yo'qotadi. Gazlardagi elektr tokining ba'zi tashuvchilari - ionlar elektrodlarda neytrallanadi, boshqalari - elektronlar anodga tushadi, maydon manbasining "plyus" ga yuboriladi. Agar ionlashtiruvchi omil ishlashni to'xtatsa, gaz darhol yana dielektrikga aylanadi va oqim to'xtaydi. Tashqi ionizatorning ta'siriga bog'liq bo'lgan bunday oqim o'z-o'zidan saqlanmaydigan razryad deyiladi.
Elektr tokining gazlar orqali o'tish xususiyatlari oqim kuchining kuchlanishga alohida bog'liqligi - oqim kuchlanishining xarakteristikasi bilan tavsiflanadi.
Joriy kuchlanishga bog'liqlik grafigida gaz razryadning rivojlanishini ko'rib chiqaylik. Kuchlanish U 1 ma'lum bir qiymatga ko'tarilganda, oqim unga mutanosib ravishda ortadi, ya'ni Ohm qonuni bajariladi. Kinetik energiya va shuning uchun gazdagi zaryadlarning tezligi oshadi va bu jarayon rekombinatsiyadan oldinda. U 1 dan U 2 gacha bo'lgan kuchlanish qiymatlarida bu munosabatlar buziladi; U 2 ga yetganda, barcha zaryad tashuvchilar rekombinatsiya qilish uchun vaqt topa olmasdan elektrodlarga etib boradilar. Barcha bepul to'lovlar ishtirok etadi va kuchlanishning yanada oshishi oqimning oshishiga olib kelmaydi. Zaryadlar harakatining bunday tabiati to'yingan oqim deb ataladi. Shunday qilib, gazlardagi elektr toki ham ionlangan gazning turli quvvatdagi elektr maydonlarida harakat qilish xususiyatlariga bog'liq deb aytishimiz mumkin.
Elektrodlar orasidagi potentsial farq yetganda ma'lum qiymat U 3, kuchlanish elektr maydonining gazning ko'chkiga o'xshash ionlanishiga olib kelishi uchun etarli bo'ladi. Erkin elektronlarning kinetik energiyasi molekulalarning zarba ionlanishi uchun allaqachon etarli. Shu bilan birga, ko'pchilik gazlarda ularning tezligi taxminan 2000 km / s va undan yuqori (u v=600 U i taxminiy formulasi bilan hisoblanadi, bu erda U i ionlanish potentsiali). Ayni paytda gazning parchalanishi sodir bo'ladi va ichki ionlanish manbai tufayli oqimning sezilarli darajada oshishi sodir bo'ladi. Shuning uchun bunday tushirish mustaqil deb ataladi.
Bu holda tashqi ionizatorning mavjudligi gazlarda elektr tokini ushlab turishda endi rol o'ynamaydi. O'z-o'zidan tushirish turli sharoitlar va elektr maydon manbasining turli xarakteristikalari bilan u ma'lum xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. O'z-o'zidan zaryadsizlanishning porlash, uchqun, yoy va toj kabi turlari mavjud. Biz ushbu turlarning har biri uchun qisqacha elektr tokining gazlarda qanday harakat qilishini ko'rib chiqamiz.
O'z-o'zidan tushirishni boshlash uchun 100 (va undan kam) dan 1000 voltgacha bo'lgan potentsial farq etarli. Shuning uchun past oqim kuchi (10 -5 A dan 1 A gacha) bilan tavsiflangan porlash oqimi bir necha millimetr simob bosimida sodir bo'ladi.
Noyob gaz va sovuq elektrodlari bo'lgan naychada paydo bo'ladigan porlash oqimi elektrodlar orasidagi nozik nurli shnurga o'xshaydi. Agar biz gazni quvurdan chiqarishni davom ettirsak, filament yuviladi va simobning o'ndan bir millimetr bosimida porlash naychani deyarli to'ldiradi. Katod yaqinida porlash yo'q - qorong'u katod bo'shlig'ida. Qolganlari ijobiy ustun deb ataladi. Bunday holda, oqimning mavjudligini ta'minlaydigan asosiy jarayonlar qorong'u katod maydonida va unga tutash hududda aniq lokalizatsiya qilinadi. Bu erda zaryadlangan gaz zarralari tezlashadi, elektronlarni katoddan chiqarib yuboradi.
Yorqin razryadda ionlanishning sababi katoddan elektron chiqarishdir. Katod tomonidan chiqarilgan elektronlar gaz molekulalarining zarba ionlanishini hosil qiladi, paydo bo'ladigan musbat ionlar katoddan ikkilamchi emissiyaga olib keladi va hokazo. Ijobiy ustunning porlashi, asosan, qo'zg'atilgan gaz molekulalari tomonidan fotonlarning orqaga qaytishi bilan bog'liq va turli gazlar ma'lum bir rangning porlashi bilan tavsiflanadi. Ijobiy ustun faqat elektr zanjirining bir qismi sifatida porlash razryad hosil qilishda ishtirok etadi. Agar siz elektrodlarni yaqinlashtirsangiz, siz ijobiy ustunning yo'qolishiga erishishingiz mumkin, ammo tushirish to'xtamaydi. Biroq, elektrodlar orasidagi masofaning yanada qisqarishi bilan porlash oqimi mavjud bo'lishi mumkin emas.
Shuni ta'kidlash kerakki, uchun bu turdagi gazlardagi elektr toki, ba'zi jarayonlar fizikasi hali to'liq yoritilgan emas. Masalan, razryadda ishtirok etuvchi katod yuzasidagi maydonni kengaytirish uchun oqimning kuchayishiga olib keladigan kuchlarning tabiati noaniqligicha qolmoqda.
uchqun chiqishi
Uchqunning buzilishi impulsli xarakterga ega. Bu normal atmosferaga yaqin bosimlarda, elektr maydon manbaining kuchi statsionar oqimni ushlab turish uchun etarli bo'lmagan hollarda sodir bo'ladi. Bunday holda, maydon kuchi yuqori va 3 MV / m ga yetishi mumkin. Hodisa gazdagi razryadli elektr tokining keskin oshishi bilan tavsiflanadi, shu bilan birga kuchlanish juda tez pasayadi va razryad to'xtaydi. Keyin potentsial farq yana ortadi va butun jarayon takrorlanadi.
Ushbu turdagi tushirish bilan qisqa muddatli uchqun kanallari hosil bo'ladi, ularning o'sishi elektrodlar orasidagi har qanday nuqtadan boshlanishi mumkin. Buning sababi shundaki, ta'sir ionizatsiyasi tasodifiy joylarda sodir bo'ladi bu daqiqa ionlarning eng katta kontsentratsiyasi. Uchqun kanali yaqinida gaz tez qiziydi va issiqlik kengayishiga uchraydi, bu esa akustik to'lqinlarni keltirib chiqaradi. Shu sababli, uchqun chiqishi yorilish, shuningdek, issiqlik va yorqin nurning chiqishi bilan birga keladi. Ko'chkining ionlash jarayonlari uchqun kanalida 10 ming darajagacha va undan ko'p yuqori bosim va harorat hosil qiladi.
Tabiiy uchqun chiqishining eng yorqin misoli chaqmoqdir. Chaqmoqning asosiy uchqun kanalining diametri bir necha santimetrdan 4 m gacha, kanal uzunligi esa 10 km ga yetishi mumkin. Oqimning kattaligi 500 ming amperga etadi va momaqaldiroq buluti va Yer yuzasi o'rtasidagi potentsial farq milliard voltga etadi.
321 km uzunlikdagi eng uzun chaqmoq 2007 yilda AQShning Oklaxoma shtatida kuzatilgan. Davomiylik bo'yicha rekordchi 2012 yilda Frantsiya Alp tog'larida qayd etilgan chaqmoq bo'ldi - bu 7,7 soniyadan ortiq davom etdi. Chaqmoq urilganda havo 30 ming darajagacha qizib ketishi mumkin, bu Quyoshning ko'rinadigan yuzasi haroratidan 6 baravar yuqori.
Elektr maydoni manbasining kuchi etarlicha katta bo'lgan hollarda, uchqun razryadi yoy razryadiga aylanadi.
Ushbu turdagi o'z-o'zidan zaryadsizlanish yuqori oqim zichligi va past (porlashdan kamroq) kuchlanish bilan tavsiflanadi. Elektrodlarning yaqinligi tufayli buzilish masofasi kichik. Chiqarish katod yuzasidan elektronning chiqishi bilan boshlanadi (metall atomlari uchun ionlanish potentsiali gaz molekulalariga nisbatan kichik). Elektrodlar orasidagi buzilish paytida gaz elektr tokini o'tkazadigan sharoitlar yaratiladi va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uchqun chiqishi paydo bo'ladi. Agar kuchlanish manbasining kuchi etarlicha katta bo'lsa, uchqun razryadlari barqaror elektr yoyga aylanadi.
Arkni tushirish paytida ionlanish deyarli 100% ga etadi, oqim kuchi juda yuqori va 10 dan 100 ampergacha bo'lishi mumkin. Atmosfera bosimida kamon 5-6 ming darajagacha, katod esa 3 ming darajagacha qizdirishga qodir, bu uning yuzasidan kuchli termion emissiyaga olib keladi. Anodni elektronlar bilan bombardimon qilish qisman vayron bo'lishiga olib keladi: uning ustida chuqurchalar hosil bo'ladi - harorat taxminan 4000 ° S bo'lgan krater. Bosimning oshishi haroratning yanada oshishiga olib keladi.