Mavzu: Gazlarda elektr toki Mundarija Kirish I bob. Gazlarda elektr toki haqida umumiy ma’lumotlar va asosiy nazariyalar

Gazlarda elektr toki
Gazning zaryadsizlanishi - bu oqimni gaz orqali o'tish jarayoni. Tajribadan ko'rinib turibdiki, harorat ko'tarilganda havo o'tkazuvchanligi oshadi. Isitishdan tashqari, gaz o'tkazuvchanligini boshqa yo'llar bilan, masalan, radiatsiya ta'siri ostida oshirish mumkin.
Oddiy sharoitlarda gazlar asosan neytral atomlar va molekulalardan iborat va shuning uchun dielektriklardir. Biz gaz bilan nurlanish orqali harakat qilsak yoki uni qizdirsak, ba'zi atomlar musbat ionlarga va elektronlarga - ionlasha boshlaydi. Gazning ionlanishi qizdirilganda molekulalar va atomlarning tezligi juda kuchli oshib, bir-biri bilan to'qnashganda ular ionlarga aylanishiga olib keladi.
Gaz o'tkazuvchanligi
Gazlarda o'tkazuvchanlik asosan elektronlar tomonidan amalga oshiriladi. Gazlarda ikkita o'tkazuvchanlik birlashtiriladi: elektron va ion. Elektrolit eritmalaridan farqli o'laroq, gazlarda ion hosil bo'lishi qizdirilganda yoki tashqi ionizatorlarning ta'sirida sodir bo'ladi - nurlanish, elektrolit eritmalarida ion hosil bo'lishi esa molekulalararo aloqalarning zaiflashishi natijasida yuzaga keladi.
Agar biron bir vaqtda ionizator gazda harakat qilishni to'xtatsa, u holda oqim ham to'xtaydi. Bunday holda, musbat zaryadlangan ionlar va elektronlar yana birlashishi mumkin - rekombin. Agar tashqi maydon bo'lmasa, u holda zaryadlangan zarralar faqat rekombinatsiya natijasida yo'qoladi.
Agar ionizatorning harakati to'xtatilmasa, u holda dinamik muvozanat o'rnatiladi. Dinamik muvozanat holatida yangi hosil bo'lgan zarralar juftlari (ionlar va elektronlar) soni rekombinatsiya natijasida yo'qolgan juftlar soniga teng bo'ladi.
Gazlarda o'z-o'zidan va o'zini o'zi ta'minlaydigan elektr zaryadlari mavjud.
Gazda oqadigan elektr tokining fenomeni, faqat gazga biron bir tashqi ta'sir bo'lganda kuzatiladi, o'zini o'zi ta'minlamaydigan elektr zaryadi deyiladi. Elektronni atomdan ajratish jarayoni atomni ionlash deb ataladi. Elektronni atomdan ajratish uchun sarflanadigan minimal energiya ionlanish energiyasi deyiladi. Qisman yoki to'liq ionlangan gaz deyiladi, bunda musbat va manfiy zaryadlarning zichligi bir xil bo'ladi plazma.
O'z-o'zidan ishlamaydigan zaryadsizlanishda elektr tokining tashuvchilari musbat ionlar va manfiy elektronlardir. Hozirgi kuchlanish xarakteristikasi sek. 54. SIA sohasida - o'z-o'zidan to'kilmaydigan tushirish. Samolyot sohasida tushirish mustaqil bo'ladi.
Mustaqil ravishda zaryadsizlantirishda, atom ionlanishining usullaridan biri bu elektron ta'sirli ionlashdir. Elektron A ta sirli A yo'lida elektronni atomdan ajratish bo'yicha ishlarni bajarish uchun etarli k kinetik energiyani olganda elektronga ta'sir ionlash mumkin bo'ladi. Gazlardagi mustaqil zaryadsizlanish turlari - uchqun, toj, yoy va puflash zaryadlari.
Uchqun chiqishi turli xil zaryadlangan va katta potentsial farqga ega bo'lgan ikkita elektrod o'rtasida paydo bo'ladi. Qarama-qarshi zaryadlangan jismlar orasidagi kuchlanish 40000 V ga etadi. Uchqun tushishi qisqa muddatli, uning mexanizmi elektron zarbadir. Chaqmoq - uchqun tushirishining bir turi.
Masalan, uchi va tekisligi o'rtasida yoki elektr uzatish simlari va Yer yuzasi o'rtasida hosil bo'ladigan bir xil bo'lmagan elektr maydonlarida gazlarda o'z-o'zidan tushirishning maxsus shakli paydo bo'ladi. toj zaryadsizlanishi.
Elektr yoyini tushirish U 1802 yilda rus olimi V.V.Petrov tomonidan kashf qilingan. 40-50 V kuchlanishda ikkita elektrod elektrodlari o'zaro aloqa qilganda, ba'zi joylarda katta elektr qarshilikka ega kichik qismlar paydo bo'ladi. Ushbu joylar juda issiq, elektronlar chiqaradi, ular elektrodlar orasidagi atomlar va molekulalarni ionlashtiradi. Arkdagi elektr tokining tashuvchilari musbat zaryadlangan ionlar va elektronlardir.
Kamaytirilgan bosim ostida yuzaga keladigan zaryad deyiladi yaltiroq tushirish. Bosimning pasayishi bilan elektronning o'rtacha erkin yo'li ko'payadi va to'qnashuvlar orasidagi vaqt ichida u pastroq intensivlik bilan elektr maydonida ionlash uchun etarli energiya oladi. Bo'shatish elektron ion ko'chkisi bilan amalga oshiriladi.
Oddiy sharoitlarda gazlar neytral atomlardan yoki molekulalardan iborat; gazlarda bepul zaryadlar deyarli yo'q. Shuning uchun gazlar dielektriklar - elektr toki ular orqali o'tmaydi.
Biz "deyarli yo'q" deb aytdik, chunki aslida har doim gazlarda, xususan, havoda ma'lum miqdorda bepul zaryadlangan zarralar mavjud. Ular er qobig'ini tashkil etuvchi radioaktiv moddalarning nurlanishining ionlashtiruvchi ta'siri, quyoshdan keladigan ultrabinafsha va rentgen nurlari, shuningdek kosmik nurlar - Yer atmosferasiga kosmosdan kirib kelayotgan yuqori energiyali zarralar oqimlari natijasida paydo bo'ladi. Keyinchalik, biz ushbu haqiqatga qaytamiz va uning ahamiyatini muhokama qilamiz, ammo hozircha biz shuni ta'kidlaymizki, odatdagi sharoitlarda "tabiiy" miqdordagi bepul zaryadlar natijasida hosil bo'lgan gazlarning o'tkazuvchanligi ahamiyatsiz va bunga e'tibor bermaslik mumkin.
Elektr zanjiridagi kalitlarning harakati havo bo'shlig'ining izolyatsion xususiyatlariga asoslanadi (1-rasm). Masalan, yorug'lik tugmachasidagi kichik havo bo'shlig'i xonangizdagi elektr zanjirini ochish uchun etarli.
Shakl 1. Kalit
Shu bilan birga, gaz bo'shlig'ida elektr toki paydo bo'lishi uchun sharoit yaratish mumkin. Keling, quyidagi tajribani ko'rib chiqaylik.
Havo kondensatorining plitalarini zaryad qilamiz va ularni sezgir galvanometr bilan bog'laymiz (2-rasm, chapda). Xona haroratida va juda nam bo'lmagan havo sharoitida galvanometr sezilarli oqimni ko'rsatmaydi: bizning havo bo'shligimiz, aytgandek, elektr o'tkazuvchisi emas
Kondensator plitalari o'rtasida elektr tokining paydo bo'lishi havoda alangalanish ta'siri ostida paydo bo'lganligini anglatadi bepul to'lovlar. Aynan qanday?
Tajriba shuni ko'rsatadiki, gazlardagi elektr toki bu zaryadlangan zarralarning tartibli harakati uch xil. Bu shunday elektronni, musbat ionlar va manfiy ionlari.
Bu zaryadlarning gazda qanday paydo bo'lishini ko'rib chiqaylik.
Gaz haroratining oshishi bilan uning zarralari - molekulalar yoki atomlarning termal tebranishlari kuchayadi. Zarralarning bir-biriga ta'sir qilishi boshlanadigan kuchga etadi ionlashuvi - neytral zarralarning elektron va musbat ionlarga parchalanishi (3-rasm).

Ionlanish darajasi parchalanadigan gaz zarralari sonining zarrachalar umumiy soniga nisbati deyiladi. Masalan, agar ionlanish darajasi teng bo'lsa, demak, bu asl gaz zarralari musbat ion va elektronga parchalanadi.
Gazni ionlash darajasi haroratga bog'liq va uning oshishi bilan keskin oshadi. Vodorod uchun, masalan, past haroratda ionlanish darajasi oshmaydi va yuqoridagi haroratda ionlanish darajasi yaqinroq bo'ladi (ya'ni, vodorod deyarli butunlay ionlangan (qisman yoki to'liq ionlangan gaz deyiladi) plazma)).
Yuqori haroratdan tashqari, gaz ionlanishiga olib keladigan boshqa omillar ham mavjud.
Biz ularni yuqorida aytib o'tdik: bular radioaktiv nurlanish, ultrabinafsha, rentgen va gamma nurlari, kosmik zarralar. Gazni ionlashiga olib keladigan har qanday omil deyiladi ionizator.
Shunday qilib, ionlash o'z-o'zidan emas, balki ionlashtiruvchi ta'sirida sodir bo'ladi.
Ayni paytda, teskari jarayon davom etmoqda - rekombinatsiya, ya'ni elektron va musbat ionning neytral zarrachaga qo'shilishi (4-rasm).

Shakl 4. Rekombinatsiya
Rekombinatsiyaning sababi juda oddiy: bu zaryadlangan zaryadlangan elektronlar va ionlarning Kulon tortishishidir. Elektr kuchlari ta'siri ostida bir-biriga qarab shoshilib, ular neytral atom (yoki gaz turiga qarab molekula) hosil qilish imkoniyatiga ega bo'ladilar.
Ionizatorning harakatining doimiy intensivligida dinamik muvozanat o'rnatiladi: birlik vaqtiga parchalanadigan zarralarning o'rtacha soni rekombinatsiya qilingan zarralarning o'rtacha soniga teng bo'ladi (boshqacha aytganda, ionlanish tezligi rekombinatsiya tezligiga teng bo'ladi) Agar ionizatorning harakati kuchaytirilsa (masalan, haroratni oshirish uchun), u holda dinamik muvozanat o'zgaradi. yon tomonga ionlashishi va gazdagi zaryadlangan zarralarning konsentratsiyasi oshadi. Aksincha, agar siz ionizatorni o'chirsangiz, unda rekombinatsiya ustunlik qila boshlaydi va bepul zaryadlar asta-sekin butunlay yo'q bo'lib ketadi.
Shunday qilib, ijobiy ionlar va elektronlar ionlash natijasida gazda paydo bo'ladi. Uchinchi turdagi zaryadlar - manfiy ionlar qaerdan keladi? Juda oddiy: elektron neytral atomni urib, unga qo'shilishi mumkin! Ushbu jarayon shaklda ko'rsatilgan. 5.

Shakl 5. Salbiy ionning paydo bo'lishi
Shu tarzda hosil bo'lgan manfiy ionlar musbat ionlar va elektronlar bilan birga oqim hosil bo'lishida ishtirok etadi.