Protok električne struje u plinovima. Električna struja u plinovima: definicija, karakteristike i zanimljive činjenice

Nastaje usmjerenim kretanjem slobodnih elektrona i da u tom slučaju ne dolazi do promjena u tvari od koje je provodnik napravljen.

Takvi provodnici kod kojih prolaz električne struje nije praćen hemijskim promjenama u njihovoj tvari nazivaju se provodnici prve vrste. To uključuje sve metale, ugalj i niz drugih tvari.

Ali u prirodi postoje i provodnici električne struje u kojima se tokom prolaska struje javljaju hemijske pojave. Ovi provodnici se nazivaju provodnici druge vrste. To uglavnom uključuje različite otopine kiselina, soli i lužina u vodi.

Ako u staklenu posudu sipate vodu i dodate nekoliko kapi sumporne kiseline (ili neke druge kiseline ili lužine), a zatim uzmete dvije metalne ploče i spojite na njih provodnike, spuštajući te ploče u posudu, i spojite izvor struje na ostale krajeve provodnika kroz prekidač i ampermetar, tada će se gas osloboditi iz rastvora, i nastaviće se neprekidno sve dok je krug zatvoren jer zakiseljena voda je zaista provodnik. Osim toga, ploče će početi da se prekrivaju mjehurićima plina. Ovi mjehurići će tada odlomiti ploče i izaći.

Kada električna struja prođe kroz otopinu, dolazi do kemijskih promjena koje rezultiraju oslobađanjem plina.

Provodniki druge vrste nazivaju se elektroliti, a pojava koja se javlja u elektrolitu kada kroz njega prolazi električna struja je.

Metalne ploče umočene u elektrolit nazivaju se elektrodama; jedan od njih, spojen na pozitivni pol izvora struje, naziva se anoda, a drugi, spojen na negativni pol, naziva se katoda.

Šta određuje prolazak električne struje u tekućem provodniku? Ispada da se u takvim rastvorima (elektroliti) molekuli kiseline (alkalije, soli) pod uticajem rastvarača (u ovom slučaju vode) razlažu na dve komponente, i Jedna čestica molekule ima pozitivan električni naboj, a druga negativna.

Čestice molekula koje imaju električni naboj nazivaju se joni. Kada se kiselina, sol ili alkalija otopi u vodi, u otopini se pojavljuje veliki broj pozitivnih i negativnih jona.

Sada bi trebalo postati jasno zašto je električna struja prošla kroz otopinu, jer se stvorio napon između elektroda spojenih na izvor struje, drugim riječima, ispostavilo se da je jedna od njih pozitivno, a druga negativno. Pod uticajem ove potencijalne razlike, pozitivni ioni su se počeli mešati prema negativnoj elektrodi - katodi, a negativni ioni - prema anodi.

Tako je haotično kretanje jona postalo uređeno suprotno kretanje negativnih jona u jednom pravcu i pozitivnih u drugom. Ovaj proces prijenosa naboja predstavlja protok električne struje kroz elektrolit i događa se sve dok postoji razlika potencijala na elektrodama. S nestankom razlike potencijala, struja kroz elektrolit prestaje, uređeno kretanje iona se poremeti i ponovo počinje haotično kretanje.

Kao primjer, razmotrimo fenomen elektrolize pri propuštanju električne struje kroz otopinu bakar sulfata CuSO4 sa bakrenim elektrodama spuštenim u njega.

Fenomen elektrolize kada struja prolazi kroz rastvor bakar sulfata: C - posuda sa elektrolitom, B - izvor struje, C - prekidač

Ovdje će također doći do suprotnog kretanja jona prema elektrodama. Pozitivni ion će biti ion bakra (Cu), a negativni ion će biti ion kiselog ostatka (SO4). Ioni bakra, u kontaktu sa katodom, će se isprazniti (priključiti elektrone koji nedostaju), odnosno pretvoriti se u neutralne molekule čistog bakra i taložiti na katodu u obliku tankog (molekularnog) sloja.

Negativni ioni, koji dođu do anode, također se ispuštaju (odustavljaju višak elektrona). Ali u isto vrijeme, oni ulaze u kemijsku reakciju s bakrom anode, zbog čega se kiselom ostatku SO4 dodaje molekul bakra Cu i formira se molekul bakrenog sulfata CuS O4, koji se vraća nazad na elektrolit.

Pošto ovaj hemijski proces traje dugo, bakar se taloži na katodi, oslobađajući se iz elektrolita. U ovom slučaju, elektrolit, umjesto molekula bakra koji su otišli na katodu, prima nove molekule bakra zbog rastvaranja druge elektrode - anode.

Isti proces se događa ako se umjesto bakrenih koriste cink elektrode, a elektrolit je otopina cink sulfata ZnSO4. Cink će se također prenositi sa anode na katodu.

dakle, razlika između električne struje u metalima i tekućim provodnicima leži u tome što su u metalima nosioci naboja samo slobodni elektroni, odnosno negativni naboji, dok ga u elektrolitima nose suprotno nabijene čestice tvari - joni koji se kreću u suprotnim smjerovima. Zato to kažu Elektroliti pokazuju ionsku provodljivost.

Fenomen elektrolize otkrio je 1837. B. S. Jacobi, koji je izveo brojne eksperimente na istraživanju i poboljšanju izvora kemijske struje. Jacobi je otkrio da je jedna od elektroda smještena u otopini bakar sulfata postala obložena bakrom kada je električna struja prošla kroz nju.

Ovaj fenomen se zove galvanizacija, sada nalazi izuzetno široku praktičnu primjenu. Jedan primjer za to je premazivanje metalnih predmeta tankim slojem drugih metala, npr. niklovanje, pozlaćivanje, posrebrivanje itd.

Gasovi (uključujući vazduh) ne provode električnu struju u normalnim uslovima. Na primjer, gole, koje su obješene paralelno jedna uz drugu, nađu se izolirane jedna od druge slojem zraka.

Međutim, pod uticajem visoke temperature, velikih potencijalnih razlika i drugih razloga, gasovi se, poput provodnika tečnosti, ioniziraju, odnosno u njima se pojavljuju čestice molekula gasa u velikim količinama, koje, budući da su nosioci električne energije, olakšavaju prolaz električne energije. struja kroz gas.

Ali u isto vrijeme, ionizacija plina se razlikuje od ionizacije tekućeg vodiča. Ako se u tečnosti molekul raspadne na dva naelektrisana dela, onda se u gasovima pod uticajem jonizacije uvek odvajaju elektroni od svakog molekula i ion ostaje u obliku pozitivno naelektrisanog dela molekula.

Čim prestane jonizacija gasa, on će prestati da bude provodljiv, dok tečnost uvek ostaje provodnik električne struje. Posljedično, provodljivost plina je privremena pojava, ovisno o djelovanju vanjskih uzroka.

Međutim, postoji još jedan koji se zove lučno pražnjenje ili jednostavno električni luk. Fenomen električnog luka otkrio je početkom 19. veka prvi ruski elektroinženjer V.V.

V.V Petrov je kroz brojne eksperimente otkrio da se između dva uglja povezana na izvor struje javlja neprekidno električno pražnjenje, praćeno jakom svjetlošću. U svojim spisima V.V Petrov je napisao da se u ovom slučaju „mračni mir može osvijetliti prilično jarko“. Tako je prvo dobijeno električno svjetlo, koje je praktično primijenio drugi ruski elektroinženjer Pavel Nikolajevič Jabločkov.

Svijeća Yablochkov, čiji se rad temelji na korištenju električnog luka, napravila je pravu revoluciju u elektrotehnici tih dana.

Lučno pražnjenje se i danas koristi kao izvor svjetlosti, na primjer u reflektorima i projekcijskim uređajima. Visoka temperatura lučnog pražnjenja omogućava njegovu upotrebu. Trenutno se lučne peći, napajane jakom strujom, koriste u brojnim industrijama: za topljenje čelika, livenog gvožđa, ferolegura, bronce itd. A 1882. godine, N.N. Benardos je prvi put koristio lučno pražnjenje za rezanje i zavarivanje metala.

U gasno-svetlosnim cevima, fluorescentnim lampama, stabilizatorima napona, tzv užarenog gasnog pražnjenja.

Varničko pražnjenje se koristi za mjerenje velikih potencijalnih razlika pomoću kugličnog razmaka, čije su elektrode dvije metalne kuglice s poliranom površinom. Kuglice se pomiču i na njih se primjenjuje izmjerena razlika potencijala. Zatim se kuglice zbližavaju dok između njih ne preskoči iskra. Poznavajući prečnik kuglica, udaljenost između njih, pritisak, temperaturu i vlažnost, pronađite potencijalnu razliku između kuglica pomoću posebnih tablica. Ova metoda može mjeriti potencijalne razlike reda desetina hiljada volti sa tačnošću od nekoliko procenata.

U normalnim uslovima, gasovi su dielektrici, jer sastoje se od neutralnih atoma i molekula i nemaju dovoljno slobodnih naboja. Plinovi postaju provodnici samo kada su na neki način ionizirani. Proces ionizacije plinova uključuje uklanjanje jednog ili više elektrona iz atoma iz nekog razloga. Kao rezultat, umjesto neutralnog atoma, pozitivni ion I elektron.

Razlaganje molekula na ione i elektrone naziva se jonizacija gasa.

Neki od rezultirajućih elektrona mogu biti zarobljeni drugim neutralnim atomima, a zatim negativno nabijenih jona.

Dakle, u jonizovanom gasu postoje tri vrste nosilaca naboja: elektroni, pozitivni ioni i negativni.

Uklanjanje elektrona iz atoma zahtijeva utrošak određene količine energije - energija jonizacije W i. Energija jonizacije zavisi od hemijske prirode gasa i energetskog stanja elektrona u atomu. Dakle, za uklanjanje prvog elektrona iz atoma dušika potrebna je energija 14,5 eV, za uklanjanje drugog elektrona - 29,5 eV, a za uklanjanje trećeg - 47,4 eV.

Faktori koji uzrokuju jonizaciju gasa se nazivaju jonizatori.

Postoje tri vrste jonizacije: toplotna jonizacija, fotojonizacija i udarna jonizacija.

Termička ionizacija nastaje kao rezultat sudara atoma ili molekula plina na visokoj temperaturi ako kinetička energija relativnog kretanja čestica u sudaru premašuje energiju vezanja elektrona u atomu.

Fotojonizacija nastaje pod utjecajem elektromagnetnog zračenja (ultraljubičastog, rendgenskog ili γ-zračenja), kada se energija potrebna za odvajanje elektrona od atoma na njega prenosi kvantom zračenja.

Ionizacija elektronskim udarom(ili udarna jonizacija) je formiranje pozitivno nabijenih jona kao rezultat sudara atoma ili molekula s brzim elektronima visoke kinetičke energije.

Proces ionizacije plina uvijek prati suprotan proces redukcije neutralnih molekula iz suprotno nabijenih jona zbog njihove električne privlačnosti. Ovaj fenomen se zove rekombinacija. Prilikom rekombinacije oslobađa se energija jednaka energiji utrošenoj na jonizaciju. To može uzrokovati, na primjer, žarenje plina.

Ako je djelovanje ionizatora nepromijenjeno, tada se u ioniziranom plinu uspostavlja dinamička ravnoteža, u kojoj se isti broj molekula obnavlja u jedinici vremena dok se raspadaju na ione. U tom slučaju koncentracija nabijenih čestica u joniziranom plinu ostaje nepromijenjena. Ako se djelovanje ionizatora zaustavi, tada će rekombinacija početi prevladavati nad ionizacijom i broj iona će se brzo smanjiti na gotovo nulu. Shodno tome, prisustvo naelektrisanih čestica u gasu je privremena pojava (dok jonizator radi).

U nedostatku vanjskog polja, nabijene čestice se kreću haotično.

Ispuštanje gasa

Kada se jonizovani gas stavi u električno polje, električne sile počinju da deluju na slobodna naelektrisanja i ona se kreću paralelno sa naponskim linijama: elektroni i negativni ioni ka anodi, pozitivni ioni ka katodi (slika 1). Na elektrodama se ioni pretvaraju u neutralne atome, dajući ili prihvatajući elektrone, čime se dovršava krug. U gasu nastaje električna struja.

Električna struja u plinovima- ovo je usmjereno kretanje jona i elektrona.

Električna struja u plinovima se naziva gasno pražnjenje.

Ukupna struja u gasu sastoji se od dva toka naelektrisanih čestica: toka koji ide ka katodi i toka usmerenog ka anodi.

Gasovi kombinuju elektronsku provodljivost, sličnu provodljivosti metala, sa ionskom provodljivošću, sličnom vodljivosti vodenih rastvora ili talina elektrolita.

Dakle, provodljivost gasova ima jonsko-elektronskog karaktera.

Hajde da izvedemo sledeći eksperiment.

slika

Spojimo elektrometar na diskove ravnog kondenzatora. Nakon toga punimo kondenzator. Pri normalnim temperaturama i suhom zraku, kondenzator će se vrlo sporo prazniti. Iz ovoga možemo zaključiti da je struja u zraku između diskova vrlo mala.

Dakle, u normalnim uslovima gas je dielektrik. Ako sada zagrijemo zrak između ploča kondenzatora, igla elektrometra će se brzo približiti nuli i, posljedično, kondenzator će se isprazniti. To znači da se u zagrijanom plinu uspostavlja električna struja, a takav plin će djelovati kao provodnik.

Električna struja u plinovima

Gasno pražnjenje je proces prolaska struje kroz plin. Iz iskustva je jasno da sa povećanjem temperature provodljivost vazduha raste. Osim zagrijavanjem, provodljivost plina može se povećati i na druge načine, na primjer, izlaganjem zračenju.

U normalnim uvjetima, plinovi se uglavnom sastoje od neutralnih atoma i molekula, te su stoga dielektrici. Kada izložimo gas zračenju ili ga zagrejemo, neki od atoma počinju da se raspadaju na pozitivne ione i elektrone – da se ioniziraju. Ionizacija plina nastaje zbog činjenice da se pri zagrijavanju brzina molekula i atoma vrlo snažno povećava, a kada se međusobno sudaraju, raspadaju se na ione.

Provodljivost gasa

Provođenje u plinovima se odvija uglavnom putem elektrona. Gasovi kombinuju dvije vrste provodljivosti: elektronsku i ionsku. Za razliku od rastvora elektrolita, u gasovima do stvaranja jona dolazi ili prilikom zagrevanja ili usled dejstva spoljašnjih jonizatora - zračenja, dok je u rastvorima elektrolita stvaranje jona uzrokovano slabljenjem međumolekulskih veza.

Ako u nekom trenutku jonizator prestane da deluje na gas, struja će takođe prestati. U tom slučaju, pozitivno nabijeni ioni i elektroni mogu se ponovo ujediniti - rekombinirati. Ako nema vanjskog polja, tada će nabijene čestice nestati samo zbog rekombinacije.

Ako se djelovanje ionizatora ne prekine, tada će se uspostaviti dinamička ravnoteža. U stanju dinamičke ravnoteže, broj novonastalih parova čestica (jona i elektrona) bit će jednak broju parova koji nestaju - zbog rekombinacije.

Ovo je kratak sažetak.

Rad na punoj verziji se nastavlja

Predavanje2 1

Struja u gasovima

1. Opće odredbe

definicija: Fenomen prolaska električne struje kroz gasove naziva se gasno pražnjenje.

Ponašanje gasova u velikoj meri zavisi od njegovih parametara, kao što su temperatura i pritisak, i ti se parametri prilično lako menjaju. Stoga je tok električne struje u plinovima složeniji nego u metalima ili u vakuumu.

Gasovi ne poštuju Ohmov zakon.

2. Ionizacija i rekombinacija

Gas se u normalnim uslovima sastoji od praktički neutralnih molekula, stoga izuzetno slabo provodi električnu struju. Međutim, pod vanjskim utjecajima, elektron se može otrgnuti od atoma i pojavljuje se pozitivno nabijeni ion. Osim toga, elektron se može vezati za neutralni atom i formirati negativno nabijeni ion. Na ovaj način je moguće dobiti jonizovani gas, tj. plazma.

Spoljašnji utjecaji uključuju zagrijavanje, zračenje energetskim fotonima, bombardiranje drugim česticama i jakim poljima, tj. isti uslovi koji su neophodni za elementarnu emisiju.

Elektron u atomu nalazi se u potencijalnoj bušotini, a da bi pobjegao odatle, atomu se mora dati dodatna energija, koja se zove energija ionizacije.

Uz fenomen jonizacije, uočava se i fenomen rekombinacije, tj. kombinacija elektrona i pozitivnog jona da bi se formirao neutralni atom. Ovaj proces se odvija uz oslobađanje energije jednake energiji jonizacije. Ova energija se može koristiti za zračenje ili grijanje. Lokalno zagrijavanje plina dovodi do lokalne promjene tlaka. Što opet dovodi do pojave zvučnih talasa. Dakle, plinsko pražnjenje je praćeno svjetlosnim, toplinskim i bučnim efektima.

3. Strujno-naponske karakteristike gasnog pražnjenja.

U početnim fazama potrebno je djelovanje vanjskog ionizatora.

U OAW sekciji struja postoji pod uticajem spoljašnjeg ionizatora i brzo dostiže zasićenje kada sve jonizovane čestice učestvuju u formiranju struje. Ako uklonite vanjski jonizator, struja prestaje.

Ova vrsta pražnjenja naziva se nesamoodrživo plinsko pražnjenje. Kada pokušate povećati napon u plinu, pojavljuju se lavine elektrona, a struja raste pri gotovo konstantnom naponu, koji se naziva napon paljenja (IC).

Od ovog trenutka pražnjenje postaje nezavisno i nema potrebe za vanjskim jonizatorom. Broj iona može postati toliko velik da se otpor međuelektrodnog razmaka smanjuje i napon (VSD) u skladu s tim pada.

Zatim, u međuelektrodnom razmaku, područje kroz koje prolazi struja počinje da se sužava, a otpor raste, a samim tim raste i napon (MU).

Kada pokušate povećati napon, plin postaje potpuno ioniziran. Otpor i napon padaju na nulu, a struja se povećava mnogo puta. Rezultat je lučno pražnjenje (EF).

Strujno-naponska karakteristika pokazuje da plin uopće ne poštuje Ohmov zakon.

4. Procesi u gasu

Procesi koji mogu dovode do formiranja prikazanih elektronskih lavina na slici.

Ovo su elementi Townsendove kvalitativne teorije.

5. Svjetleće pražnjenje.

Pri niskim pritiscima i niskim naponima ovo pražnjenje se može uočiti.

K – 1 (mračni Aston prostor).

1 – 2 (svetleći katodni film).

2 – 3 (tamni Crookes prostor).

3 – 4 (sjaj prve katode).

4 – 5 (tamni Faradejev prostor)

5 – 6 (stub pozitivne anode).

6 – 7 (anodni tamni prostor).

7 – A (anodni sjaj).

Ako anodu učinite pomičnom, tada se dužina pozitivnog stupa može podesiti bez praktične promjene dimenzija K – 5 područja.

U tamnim područjima čestice se ubrzavaju i dobijaju energiju u svijetlim područjima, javljaju se procesi ionizacije i rekombinacije.

Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispita: nosioci besplatnih električnih naboja u plinovima.

U normalnim uslovima, gasovi se sastoje od električno neutralnih atoma ili molekula; U gasovima gotovo da i nema besplatnih naknada. Stoga su gasovi dielektrika- električna struja ne prolazi kroz njih.

Rekli smo „skoro nikakav“ jer zapravo gasovi, a posebno vazduh, uvek sadrže određenu količinu slobodnih naelektrisanih čestica. Pojavljuju se kao rezultat jonizujućih efekata zračenja radioaktivnih supstanci koje čine Zemljinu koru, ultraljubičastog i rendgenskog zračenja Sunca, kao i kosmičkih zraka - tokova visokoenergetskih čestica koje prodiru u Zemljinu atmosferu iz spoljašnje sredine. prostor. Kasnije ćemo se vratiti na ovu činjenicu i raspravljati o njenoj važnosti, ali za sada ćemo samo napomenuti da je u normalnim uslovima provodljivost gasova, uzrokovana „prirodnim“ iznosom slobodnih naelektrisanja, zanemarljiva i može se zanemariti.

Djelovanje prekidača u električnim krugovima zasniva se na izolacijskim svojstvima zračnog raspora (slika 1). Na primjer, mali zračni razmak u prekidaču svjetla dovoljan je da otvori električni krug u vašoj sobi.

Rice. 1. Ključ

Međutim, moguće je stvoriti uslove pod kojima se električna struja pojavljuje u plinskom procjepu. Razmotrimo sljedeće iskustvo.

Napunimo ploče zračnog kondenzatora i spojimo ih na osjetljivi galvanometar (slika 2, lijevo). Na sobnoj temperaturi i ne previše vlažnom zraku, galvanometar neće pokazati nikakvu primjetnu struju: naš zračni otvor, kao što smo rekli, nije provodnik električne energije.

Rice. 2. Pojava struje u vazduhu

Sada unesite plamen gorionika ili svijeće u razmak između ploča kondenzatora (slika 2, desno). Pojavljuje se struja! Zašto?

Besplatna doplata za plin

Pojava električne struje između ploča kondenzatora znači da se u zraku pod utjecajem plamena pojavio besplatne naknade. Koje tačno?

Iskustvo pokazuje da je električna struja u plinovima uređeno kretanje nabijenih čestica tri vrste. Ovo elektrona, pozitivni joni I negativni joni.

Hajde da shvatimo kako se ova naelektrisanja mogu pojaviti u gasu.

Kako temperatura plina raste, toplinske vibracije njegovih čestica - molekula ili atoma - postaju sve intenzivnije. Sudar čestica jedne o drugu dostiže takvu silu da počinje jonizacija- raspad neutralnih čestica na elektrone i pozitivne jone (slika 3).

Rice. 3. Ionizacija

Stepen jonizacije je odnos broja raspadnutih čestica gasa i ukupnog početnog broja čestica. Na primjer, ako je stupanj ionizacije jednak , onda to znači da su se originalne čestice plina razbile na pozitivne ione i elektrone.

Stepen jonizacije gasa zavisi od temperature i naglo raste sa temperaturom. Za vodonik, na primjer, na temperaturi ispod, stepen ionizacije ne prelazi , a na temperaturi iznad, stepen ionizacije je blizu (to jest, vodonik je skoro potpuno jonizovan (djelimično ili potpuno jonizovani gas se naziva plazma)).

Pored visoke temperature, postoje i drugi faktori koji uzrokuju jonizaciju gasa.

Već smo ih usput spomenuli: to su radioaktivno zračenje, ultraljubičasto, rendgensko i gama zračenje, kosmičke čestice. Svaki takav faktor koji uzrokuje jonizaciju gasa naziva se jonizator.

Dakle, jonizacija se ne dešava sama od sebe, već pod uticajem ionizatora.

Istovremeno se dešava i obrnuti proces - rekombinacija, odnosno ponovno ujedinjenje elektrona i pozitivnog jona u neutralnu česticu (slika 4).

Rice. 4. Rekombinacija

Razlog za rekombinaciju je jednostavan: to je Kulonova privlačnost suprotno nabijenih elektrona i jona. Jureći jedni prema drugima pod utjecajem električnih sila, oni se susreću i mogu formirati neutralni atom (ili molekulu, ovisno o vrsti plina).

Pri konstantnom intenzitetu djelovanja ionizatora uspostavlja se dinamička ravnoteža: prosječan broj čestica koje se raspadaju u jedinici vremena jednak je prosječnom broju čestica koje se rekombiniraju (drugim riječima, brzina ionizacije je jednaka brzini rekombinacije). djelovanje ionizatora se povećava (na primjer, povećanjem temperature), tada će se dinamička ravnoteža pomjeriti na stranu ionizacije, a koncentracija nabijenih čestica u plinu će se povećati. Naprotiv, ako isključite ionizator, rekombinacija će početi prevladavati, a besplatni naboji će postupno potpuno nestati.

Dakle, pozitivni ioni i elektroni se pojavljuju u plinu kao rezultat ionizacije. Odakle dolazi treći tip naboja - negativni joni? Vrlo je jednostavno: elektron može pogoditi neutralni atom i vezati se za njega! Ovaj proces je prikazan na sl. 5.

Rice. 5. Pojava negativnog jona

Tako formirani negativni ioni će učestvovati u stvaranju struje zajedno sa pozitivnim jonima i elektronima.

Nesamoodrživo pražnjenje

Ako ne postoji vanjsko električno polje, slobodni naboji podliježu haotičnom toplinskom kretanju zajedno s neutralnim česticama plina. Ali kada se primeni električno polje, počinje uređeno kretanje naelektrisanih čestica - električna struja u gasu.

Rice. 6. Nesamoodrživo pražnjenje

Na sl. Na slici 6 vidimo tri vrste nabijenih čestica koje nastaju u plinskom procjepu pod djelovanjem jonizatora: pozitivni ioni, negativni ioni i elektroni. Električna struja u plinu nastaje kao rezultat suprotnog kretanja nabijenih čestica: pozitivni ioni - do negativne elektrode (katode), elektrona i negativnih iona - do pozitivne elektrode (anode).

Elektroni, udarajući u pozitivnu anodu, usmjeravaju se kroz strujni krug na "plus" izvora struje. Negativni joni daju dodatni elektron anodi i, postajući neutralne čestice, vraćaju se u gas; elektron dat anodi takođe juri ka “plusu” izvora. Pozitivni joni, koji dolaze na katodu, uzimaju elektrone odatle; nastali deficit elektrona na katodi se odmah nadoknađuje njihovom isporukom tamo iz „minus” izvora. Kao rezultat ovih procesa dolazi do uređenog kretanja elektrona u vanjskom kolu. Ovo je električna struja koju bilježi galvanometar.

Opisani proces prikazan na sl. 6, zv nesamopražnjenje u gasu. Zašto zavisna? Stoga je za njegovo održavanje neophodan stalan rad ionizatora. Uklonimo ionizator - i struja će stati, jer će mehanizam koji osigurava pojavu slobodnih naboja u plinskom jazu nestati. Prostor između anode i katode ponovo će postati izolator.

Strujno-naponske karakteristike gasnog pražnjenja

Ovisnost struje kroz plinski zazor od napona između anode i katode (tzv. strujno-naponska karakteristika gasnog pražnjenja) prikazan je na sl. 7.

Rice. 7. Strujno-naponske karakteristike gasnog pražnjenja

Pri nultom naponu, jačina struje je prirodno nula: nabijene čestice vrše samo termičko kretanje, nema uređenog kretanja između elektroda.

Pri niskom naponu struja je također niska. Činjenica je da nisu sve nabijene čestice predodređene da dođu do elektroda: neki pozitivni ioni i elektroni pronalaze jedni druge i rekombinuju se tokom svog kretanja.

Kako se napon povećava, slobodni naboji razvijaju sve veću brzinu, a manje su šanse da se pozitivni ion i elektron sretnu i rekombinuju. Stoga sve veći dio nabijenih čestica dospijeva do elektroda, a struja raste (presjek ).

Pri određenoj vrijednosti napona (tački), brzina kretanja naboja postaje toliko visoka da rekombinacija uopće nema vremena da se dogodi. Od sada Sve naelektrisane čestice nastale pod dejstvom ionizatora dospevaju do elektroda, i struja dostiže zasićenje- naime, jačina struje prestaje da se menja sa povećanjem napona. To će se dogoditi do određene tačke.

Samopražnjenje

Nakon prolaska tačke, jačina struje naglo raste s povećanjem napona - nezavisna kategorija. Sada ćemo shvatiti šta je to.

Nabijene čestice plina se kreću od sudara do sudara; u intervalima između sudara ubrzava ih električno polje, povećavajući njihovu kinetičku energiju. I tako, kada napon postane dovoljno velik (ta ista tačka), elektroni tokom svog slobodnog puta postižu takve energije da ih pri sudaru sa neutralnim atomima jonizuju! (Upotrebom zakona održanja impulsa i energije, može se pokazati da elektroni (a ne ioni) ubrzani električnim poljem imaju maksimalnu sposobnost ioniziranja atoma.)

tzv jonizacija elektronskim udarom. Elektroni izbačeni iz joniziranih atoma također se ubrzavaju električnim poljem i sudaraju se s novim atomima, sada ih ionizirajući i stvarajući nove elektrone. Kao rezultat nastale lavine elektrona, broj ioniziranih atoma se brzo povećava, zbog čega se jakost struje također brzo povećava.

Broj besplatnih punjenja postaje toliko velik da nestaje potreba za vanjskim jonizatorom. Možete ga jednostavno ukloniti. Kao rezultat, sada se stvaraju slobodne nabijene čestice interni procesi koji se dešavaju u gasu - zato se pražnjenje naziva nezavisnim.

Ako je plinski jaz pod visokim naponom, tada nije potreban ionizator za samopražnjenje. Dovoljno je imati samo jedan slobodan elektron u gasu i lavina elektrona koja je gore opisana će početi. I uvijek će postojati barem jedan slobodan elektron!

Podsjetimo još jednom da u plinu, čak i pod normalnim uvjetima, postoji određena „prirodna“ količina slobodnih naelektrisanja, zbog jonizujućeg radioaktivnog zračenja iz zemljine kore, visokofrekventnog zračenja Sunca i kosmičkih zraka. Videli smo da je pri niskim naponima provodljivost gasa izazvana ovim slobodnim naelektrisanjem zanemarljiva, ali sada - pri visokim naponima - oni će generisati lavinu novih čestica, što dovodi do nezavisnog pražnjenja. Desiće se, kako kažu, slom gasni jaz.

Jačina polja potrebna za razgradnju suhog zraka je približno kV/cm. Drugim riječima, da bi iskra skočila između elektroda razdvojenih centimetrom zraka, na njih se mora primijeniti kilovoltni napon. Zamislite koliki je napon potreban da se probije nekoliko kilometara zraka! Ali upravo takvi kvarovi nastaju tokom grmljavine - to su munje, vama dobro poznate.