Önfenntartó és nem önfenntartó gázkibocsátások. Nem független és független kategóriák – Tudáshipermarket

Elektromos önfenntartó és nem önfenntartó kisülések különböző gázkörnyezetekben bizonyos körülmények között előfordulnak. Általában egy személy független kisülést használ. A cikk ezeket a jelenségeket jellemzi.

Mi van a gázokban?

Mielőtt egy független és nem önellátó gázkisülést vizsgálnánk, definiáljuk ezt a jelenséget. Kisülés alatt elektromos áram fellépését értjük a gázban. Mivel a gáznemű közegek természetüknél fogva szigetelők, ez azt jelenti, hogy az áramot a bennük lévő szabad elektromos töltéshordozók okozzák. Rajtuk kívül elektromos térnek is léteznie kell, hogy a töltések iránymozgást szerezzenek.

Elektromos mezőt úgy lehet létrehozni, hogy külső potenciálkülönbséget adunk egy gáztérfogatra (elektródák jelenléte: negatív katód és pozitív anód).

A következő folyamatok lehetnek töltéshordozók forrásai:

• Termikus ionizáció. Nagy energiájú gázrészecskék (atomok, molekulák) mechanikai ütközése és az elektronok kiütése miatt keletkezik. Ez a folyamat akkor aktiválódik, amikor a hőmérséklet emelkedik.
• Fotoionizáció. Lényege egy nagy energiájú foton elektron általi elnyelésében és az atomtól való elválasztásában rejlik.
• Hideg elektron emisszió. Ez a katód felületének ionokkal történő bombázása miatt következik be.
• Termionikus emisszió. Ez a folyamat a nagy energiájú elektronok katódról történő kipárolgásából és a plazma ezt követő ionizációjában való részvételéből adódik.

A megnevezett folyamatok alapozzák meg a kibocsátási típusok (független és nem független) osztályozását.

A kisülési függetlenség fogalma

Tekintsük a katódcső esetét. Ez egy lezárt tartály, amelyben bizonyos nyomás alatt van némi gáz. Ennek a csőnek a végein elektródák vannak. Ha kis potenciálkülönbséget alkalmaznak rájuk, akkor gyakorlatilag nem keletkezik áram. Ennek oka a megfelelő számú töltéshordozó hiánya.

Ha felmelegíti a gázt vagy ultraibolya sugárzásnak teszi ki, a voltmérő azonnal érzékeli az áram megjelenését. Ez a nem önfenntartó mentesítés egyértelmű példája. Azért hívják így, mert létezéséhez külső ionizációs forrás (sugárzás, hőmérséklet) szükséges. Amint ezt a forrást eltávolítják, a voltmérő leolvasása ismét nullává válik.

Ha külső ionizációs források hiányában a cső elektródái közötti feszültség megnő, akkor áram kezd megjelenni, amely több szakaszon megy keresztül (telítettség, növekedés, csökkenés). Ebben az esetben független elektromos kisülésről beszélnek. Ehhez már nincs szükség külső forrásokra, a szükséges töltéshordozók a rendszeren belül keletkeznek. Képződésük folyamata ugyanaz, mint a nem önfenntartó kisülésnél. Nagy feszültség és nagy áramsűrűség esetén a katódelektronok hőkibocsátása is hozzáadódik.

A kisülés áram-feszültség jellemzői

Kényelmes a gáz önfenntartó és nem önfenntartó kisülések vizsgálata, ha a feszültség áramtól való függését (vagy fordítva) használjuk, amit általában áram-feszültség karakterisztikának neveznek. Lehetővé teszi nemcsak a rendszerben lévő feszültség és áram nagyságának, hanem a benne előforduló elektromos folyamatok megítélését is.

Az alábbiakban az áram-feszültség karakterisztika látható, amely tükrözi a kisülésfejlődés összes fő fázisát.

Amint látja, három van belőlük: sötét, parázsló és ív. A cikk későbbi részében ezeket a fázisokat részletesebben ismertetjük.

Sötét váladékozás

Ezt az AC intervallum írja le. Az U feszültség növekedésével az I áram növekszik az ionmozgás sebességének növekedése miatt. Ezek a sebességek azonban alacsonyak, így nem önfenntartó kisülés lép fel. A BC régióban eléri a telítést és függetlenné válik, mivel az ionok sebessége elegendő ahhoz, hogy a katód bombázásakor elektronokat üthessen ki belőle. Ezek az elektronok a gáz további ionizációjához vezetnek.

A sötét töltés azért kapta ezt a nevet, mert fénye gyakorlatilag nulla: alacsony plazmakoncentráció, alacsony áramok (10 -8 A), ionok és elektronok rekombinációjának hiánya.

Izzó kisülés

Az áram-feszültség karakterisztikán a C és F pont közötti zónának felel meg. Az ábrán látható, hogy a feszültség változik (esik és emelkedik), az áram folyamatosan növekszik. Két alzóna érdekes:

1. OE pontok - normál izzás kisülés. A jelenlegi növekedés oka itt a gázban lévő plazmaterület növekedésével függ össze. Azaz eleinte keskeny kis csatornákról van szó, majd az elektronok hidegemissziója miatt addig tágulnak, amíg el nem érik a cső teljes térfogatát. Ettől a pillanattól kezdve van átmenet a következő alzónába.
2. EF pontok - rendellenes kisülés. Az önkisülés árama a gázban a forró elektronkibocsátás következtében növekedni kezd. A katód hőmérséklete fokozatosan emelkedik, és negatív töltésű részecskéket bocsát ki.

Minden neon- és fénycső a normál izzítási tartományban működik.

Szikra- és ívkisülések

Az ilyen típusú spontán kisülések az ábrán az FG zónát fedik le. A legbonyolultabb folyamatok itt játszódnak le.

Amikor az elektródák közötti feszültség a maximális értékre emelkedik (F pont), és aktiválódik az elektronok hőemissziója a katódról, akkor kedvező feltételek jönnek létre az instabil szikrakisülés kialakulásához. Rövid távú meghibásodásokat (mikroszekundumokat) jelent, amelyek jellegzetes cikkcakk alakúak. A természetben feltűnő példa a légkörben lévő villámlás.

A kisülés keskeny csatornákon, úgynevezett streamereken keresztül történik. Erősen ionizált plazma keskeny szaggatott vonalai, amelyek összekötik a katód felületét az anóddal. Az áramerősség bennük eléri a több tízezer ampert.

A szikratöltés stabilizálása stabil ív kialakulásához vezet (G pont). Ebben az esetben a csőben lévő gáz teljes térfogata erősen ionizált plazma. A katód felületét 5000-6000 K-re, az anódot pedig 3000 K-re melegítik. A katód ilyen erős melegítése úgynevezett „forró pontok” kialakulásához vezet rajta, amelyek a termionos elektronok erőteljes forrásává válnak. és ennek az elektródának az eróziós kopását okozzák. Az ívkisülés során a feszültség nem magas (több tíz volt), de az áram elérheti a 100 A-t vagy többet. A hegesztési ív kiváló példa erre a típusú kisülésre.

Így a gázokban az önfenntartó és nem önfenntartó kisülések létezése annak ionizációs és plazmaképződési mechanizmusainak köszönhető, amelyek a rendszerben növekvő feszültség és áramerősség mellett alakulnak ki.

A becsapódásos ionizáció következtében kialakuló lavinák fentebb tárgyalt folyamata nem veszíti el a nem önfenntartó kisülés jellegét, mert Ha a külső ionizátor leáll, a kisülés gyorsan eltűnik.

A töltéslavina előfordulása és kialakulása azonban nem korlátozódik a becsapódásos ionizáció folyamatára. A gázkisülési rés elektródáin a feszültség további, viszonylag kis növekedésével a pozitív ionok nagyobb energiához jutnak, és a katódba ütközve elektronokat ütnek ki belőle, másodlagos elektronemisszió . A keletkező szabad elektronok az anódhoz vezető úton a gázmolekulák ütközési ionizációját idézik elő. Az elektromos mezőben a katód felé vezető pozitív ionok maguk ionizálják a gázmolekulákat.

Ha a katódból minden egyes elektron képes felgyorsítani és a gázmolekulák ütközési ionizációját előidézni, akkor a kisülés a külső ionizáló hatásának megszűnése után is megmarad. Azt a feszültséget, amelyen az önkisülés kialakul, ún áramköri feszültség.

Az elmondottak alapján független kisülés olyan gázkisülésnek nevezzük, amelyben a gázban a gázra adott feszültség által előidézett folyamatok következtében áramhordozók keletkeznek. Azok. ez a kisülés az ionizátor működésének leállása után is folytatódik.

Amikor az elektródák közötti rést teljesen vezető gázkisüléses plazma borítja, akkor kezdődik bontás . Azt a feszültséget, amelynél az elektródák közötti rés lebomlik, nevezzük áttörési feszültség. A megfelelő elektromos térerősséget pedig ún átütő feszültség.

Tekintsük az önálló kisülés előfordulásának és fenntartásának feltételeit.

A gázrés elektródái közötti nagy feszültségeknél az áramerősség jelentősen megnő. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a külső ionizáló hatására keletkező elektronok, amelyeket az elektromos tér erősen felgyorsít, semleges gázmolekulákkal ütköznek és ionizálják azokat. Ennek eredményeként, másodlagos elektronokÉs pozitív ionok(1. folyamat, 8.4. ábra). A pozitív ionok a katód felé, az elektronok pedig az anód felé mozognak. A másodlagos elektronok újraionizálják a gázmolekulákat, ezért az elektronok és ionok összszáma növekedni fog, ahogy az elektronok lavinaszerűen az anód felé haladnak. Ez az oka az elektromos áram növekedésének. A leírt folyamat az ún ütési ionizáció.

Az elektronok hatására bekövetkező ütési ionizáció azonban nem elegendő a kisülés fenntartásához a külső ionizátor eltávolításakor. Ehhez az szükséges, hogy az elektronikus lavinákat „reprodukálják”, azaz. hogy egyes folyamatok hatására új elektronok jelenjenek meg a gázban. Ezek a következő folyamatok:

• az elektromos tér által felgyorsított pozitív ionok a katódba ütközve elektronokat ütnek ki onnan (2. folyamat);
• a pozitív ionok gázmolekulákkal ütközve gerjesztett állapotba helyezik őket; az ilyen molekulák alapállapotba való átmenete fotonok kibocsátásával jár (3. folyamat);
• egy semleges molekula által elnyelt foton ionizálja, és megtörténik a molekulák fotonionizációs folyamata (4. folyamat);
• elektronok kiütése a katódból fotonok hatására (5. folyamat);
• végül a gázrés elektródái közötti jelentős feszültségeknél eljön az a pillanat, amikor az elektronoknál rövidebb szabad úttal rendelkező pozitív ionok elegendő energiát szereznek a gázmolekulák ionizálásához (6. folyamat), és ionlavina zúdul a negatív lemezre. Amikor az elektronlavina mellett ionlavina is előfordul, az áramerősség gyakorlatilag feszültségnövekedés nélkül növekszik.

7. témakör Folyadékok és gázok elektromos vezetőképessége.

§1. Elektromos áram a gázokban.

§2. Nem önfenntartó és független gázkibocsátás.

§3. A nem önfenntartó ürítés típusai és műszaki felhasználásuk.

4. §. A plazma fogalma.

§5. Elektromos áram folyadékokban.

6. §. Az elektrolízis törvényei.

§7. Az elektrolízis műszaki alkalmazásai (csináld magad).

Elektromos áram a gázokban.

Normál körülmények között a gázok dielektrikumok, és csak akkor válnak vezetővé, ha valamilyen módon ionizálják őket. Az ionizátorok lehetnek röntgensugarak, kozmikus sugarak, ultraibolya sugarak, radioaktív sugárzás, intenzív melegítés stb.

Ionizációs folyamat A gázok azt jelentik, hogy egy ionizátor hatására egy vagy több elektron leválik az atomokról. Ennek eredményeként a semleges atom helyett pozitív ion és elektron jelenik meg.

Az ionizáló működése során keletkező elektronok és pozitív ionok hosszú ideig nem létezhetnek külön-külön, és újra egyesülve ismét atomokat vagy molekulákat képeznek. Ezt a jelenséget az ún rekombináció.

Ha egy ionizált gázt elektromos térbe helyezünk, a szabad töltésekre elektromos erők hatnak, amelyek párhuzamosan sodródnak a feszültségvonalakkal – elektronok és negatív ionok anód(valamilyen eszköz elektródája, amely az áramforrás pozitív pólusára van csatlakoztatva), pozitív ionok - a katód(valamilyen eszköz elektródája, amely egy áramforrás negatív pólusára van csatlakoztatva). Az elektródáknál az ionok semleges atomokká alakulnak, elektronokat adnak vagy fogadnak el, és ezzel teljessé teszik az áramkört. A gázban elektromos áram keletkezik. A gázokban lévő elektromos áramot ún gázkisülés. És így, a gázok vezetőképessége elektron-ionos természetű.

Nem önfenntartó és független gázkibocsátás.

Állítsunk össze egy áramforrást, egy voltmérőt, egy ampermérőt és két légrésszel elválasztott fémlemezt tartalmazó elektromos áramkört.

Ha ionizátort helyez el a légrés közelében, elektromos áram jelenik meg az áramkörben, amely az ionizátor hatására eltűnik.

Az elektromos áramot nem önvezető gázban ún nem önfenntartó gázkibocsátás. A kisülési áram elektródák közötti potenciálkülönbségtől való függésének grafikonja - a gázkisülés áram-feszültség jellemzője:

Az OA egy olyan szakasz, ahol betartják Ohm törvényét. Csak a töltött részecskék egy része éri el az elektródákat, néhány rekombinálódik;

AB - az Ohm-törvény arányossága megsérül, és az áramtól kezdve nem változik. Az adott ionizátorral lehetséges legnagyobb áramerősséget nevezzük telítési áram ;

Nap – független gázkibocsátás, ebben az esetben a gázkisülés a külső ionizáló leállása után is folytatódik a keletkező ionok és elektronok miatt. ütési ionizáció(áramütés ionizációja); akkor következik be, amikor az elektródák közötti potenciálkülönbség növekszik (előfordul elektronlavina).

LABORATÓRIUMI MUNKA 2.5

"Gázkisülés vizsgálata tiratron segítségével"

A munka célja: nem önfenntartó és önfenntartó gázkisülés során a gázokban lezajló folyamatok tanulmányozása, a tiratron működési elvének tanulmányozása, a tiratron áram-feszültség és indítási jellemzőinek megalkotása.

ELMÉLETI RÉSZ

Gázok ionizálása. Nem önfenntartó és önfenntartó gázkibocsátás

A gázok atomjai és molekulái normál hétköznapi körülmények között elektromosan semlegesek, azaz. nem tartalmaznak szabad töltéshordozókat, ami azt jelenti, hogy a vákuumréshez hasonlóan nem vezetnek elektromosságot. A valóságban a gázok mindig tartalmaznak bizonyos mennyiségű szabad elektront, pozitív és negatív ionokat, ezért bár rosszul vezetik az elektromosságot. jelenlegi.

A gázban lévő szabad töltéshordozók általában a gázatomok elektronhéjából történő elektronok kilökődése eredményeként jönnek létre, azaz. ennek eredményeként ionizálás gáz A gázionizáció külső energiahatás eredménye: melegítés, részecskék (elektronok, ionok stb.) bombázása, elektromágneses besugárzás (ultraibolya, röntgen, radioaktív stb.). Ebben az esetben az elektródák között elhelyezkedő gáz elektromos áramot vezet, amit ún gázkisülés. Erő ionizáló faktor ( ionizáló) az egységnyi térfogatú gázban egységnyi idő alatt ionizáció eredményeként létrejövő ellentétes töltésű töltéshordozók párjainak száma. Az ionizációs folyamat mellett van egy fordított folyamat is - rekombináció: ellentétes töltésű részecskék kölcsönhatása, ami elektromosan semleges atomok vagy molekulák megjelenését és elektromágneses hullámok kibocsátását eredményezi. Ha egy gáz elektromos vezetőképességéhez külső ionizátor szükséges, akkor ilyen kisülést nevezünk függő. Ha az alkalmazott elektromos tér (EF) kellően nagy, akkor a külső tér hatására az ütési ionizáció eredményeként keletkező szabad töltéshordozók száma elegendőnek bizonyul az elektromos kisülés fenntartásához. Az ilyen kisüléshez nincs szükség külső ionizátorra, és az úgynevezett független.

Tekintsük egy gázkisülés áram-feszültség karakterisztikáját (CVC) az elektródák között elhelyezkedő gázban (1. ábra).

Egy nem önfenntartó gázkisülésben a gyenge EF (I) tartományban az ionizáció eredményeként létrejövő töltések száma megegyezik az egymással rekombináló töltések számával. Ennek a dinamikus egyensúlynak köszönhetően a szabad töltéshordozók koncentrációja a gázban gyakorlatilag állandó marad, és ennek következtében Ohm törvénye (1):

Ahol E– elektromos térerősség; n– koncentráció; j- pillanatnyi sűrűség.

És ( ) – a pozitív és negatív töltéshordozók mobilitása;<υ > a töltés irányú mozgásának sodródási sebessége.

A nagy elektronsűrűségű (II) tartományban a gáz (I) áramtelítettsége figyelhető meg, mivel az ionizátor által létrehozott összes hordozó részt vesz az irányított sodródásban, az áram létrehozásában.

A (III) mező további növekedésével a gyorsított sebességgel mozgó töltéshordozók (elektronok és ionok) semleges atomokat és gázmolekulákat ionizálnak. ütési ionizáció), melynek eredményeként további töltéshordozók keletkeznek és elektronlavina(az elektronok könnyebbek, mint az ionok, és jelentősen felgyorsulnak az elektronsugárban) – az áramsűrűség nő ( gázlöketet). Ha a külső ionizátort rekombinációs folyamatok miatt kikapcsolják, a gázkisülés leáll.

E folyamatok eredményeként elektron-, ion- és fotonáramok képződnek, a részecskék száma lavinaszerűen növekszik, és az áramerősség meredeken növekszik úgy, hogy az elektródák közötti elektronsűrűség gyakorlatilag nem nő. Felmerül független gázkibocsátás. A fizetésképtelen gázkisülésről függetlenre való átmenetet nevezzük email bontásés az elektródák közötti feszültség , Ahol d– az elektródák közötti távolság ún áttörési feszültség.

E-mailhez A lebomlás során szükséges, hogy az elektronoknak úthosszuk mentén legyen idejük a gázmolekulák ionizációs potenciálját meghaladó mozgási energiához jutni, másrészt a pozitív ionoknak az úthosszuk mentén legyen idejük, hogy nagyobb mozgási energiát szerezzenek, mint a a katód anyaga. Mivel a szabad út az elektródák konfigurációjától, a köztük lévő távolságtól (d) és az egységnyi térfogatra jutó részecskék számától (és így a nyomástól) függ, az önkisülés gyulladása az elektródák közötti távolság változtatásával szabályozható. elektródák d változatlan konfigurációjukkal és a nyomás változtatásával P. Ha a munka Pd azonosnak bizonyul, ha más dolgok azonosak, akkor a megfigyelt bontás természetének azonosnak kell lennie. Ez a következtetés tükröződött a kísérletben törvény e (1889) német. fizika F. Pashena(1865–1947):

A gázkisülés gyújtási feszültsége a gáznyomás és a Pd elektródák távolságának adott értékéhez egy adott gázra jellemző állandó érték. .

Az önkisülésnek többféle típusa van.

Izzó kisülés alacsony nyomáson fordul elő. Ha a 30–50 cm hosszú üvegcsőbe forrasztott elektródákra több száz voltos állandó feszültséget vezetünk, fokozatosan kiszivattyúzva a levegőt a csőből, akkor 5,3–6,7 kPa nyomáson kisülés jelenik meg fény formájában, katódról anódra kanyargó vöröses zsinór. A nyomás további csökkenésével a zsinór megvastagodik, és ≥ 13 Pa nyomáson a kisülés a 2. ábrán sematikusan látható formát ölti. 2.

Egy vékony világító réteget 1 közvetlenül a katódra visznek fel katódfilm , majd 2 – katód sötét tér , amely később 3. világító réteggé változik – parázsló izzás , melynek a katód oldalán éles határvonal van, az anód oldalon fokozatosan eltűnik. Az 1-3 rétegek alkotják az izzítókisülés katód részét. A parázsló fény mögött jön Faraday sötét űr - 4. A cső többi része meg van töltve világító gázzal - pozitív oszlop - 5.

A potenciál egyenlőtlenül változik a cső mentén (lásd 2. ábra). Szinte a teljes feszültségesés a kisülés első területein következik be, beleértve a sötét katódteret is.

A kisülés fenntartásához szükséges fő folyamatok a katód részében zajlanak:

1) a pozitív ionok, amelyeket a katódpotenciálesés felgyorsít, bombázzák a katódot és kiütik belőle az elektronokat;

2) Az elektronok a katódrészben felgyorsulnak és elegendő energiát nyernek és ionizálják a gázmolekulákat. Sok elektron és pozitív ion keletkezik. A parázsló izzás tartományában az elektronok és ionok intenzív rekombinációja megy végbe, energia szabadul fel, amelynek egy részét további ionizációra használják fel. A Faraday sötét térbe behatoló elektronok fokozatosan energiát halmoznak fel, így létrejönnek a plazma létezéséhez szükséges feltételek (nagy fokú gázionizáció). A pozitív oszlop a gázkisüléses plazmát jelenti. Vezetőként működik, amely összeköti az anódot a katód részekkel. A pozitív oszlop fényét főként a gerjesztett molekulák alapállapotba való átmenete okozza. Különböző gázok molekulái az ilyen átmenetek során különböző hullámhosszú sugárzást bocsátanak ki. Ezért az oszlop izzása minden gázra jellemző színnel rendelkezik. Ezt izzócsövek készítésére használják. A neoncsövek piros, az argoncsövek kékes-zöld fényt adnak.

Ívkisülés normál és magas vérnyomás esetén figyelhető meg. Ebben az esetben az áram eléri a tíz és több száz ampert, és a gázrés feszültsége több tíz voltra csökken. Ilyen kisülés érhető el kisfeszültségű forrásból, ha az elektródákat először egymáshoz illesztjük, amíg érintkeznek. Az érintkezési ponton az elektródák a Joule-hő hatására nagyon felforrósodnak, majd miután eltávolították őket egymástól, a katód a termoemisszió következtében elektronforrássá válik. A kisülést támogató fő folyamatok a katódból származó termikus emisszió és a molekulák termikus ionizációja, amelyet az elektródák közötti résben lévő gáz magas hőmérséklete okoz. Szinte az egész elektródák közötti tér tele van magas hőmérsékletű plazmával. Vezetőként szolgál, amelyen keresztül a katód által kibocsátott elektronok elérik az anódot. A plazma hőmérséklete ~6000 K. A katód magas hőmérsékletét pozitív ionokkal bombázva tartják fenn. Az anód viszont a gázrésből ráeső gyors elektronok hatására jobban felmelegszik, sőt meg is olvadhat és felszínén mélyedés - kráter - az ív legfényesebb helyén alakul ki. Elektromos ív először 1802-ben szerezték be. V. Petrov orosz fizikus (1761–1834), aki két szenet használt elektródaként. A vörösen izzó szénelektródák vakító fényt adtak, és közöttük egy fényes világító gázoszlop jelent meg - egy elektromos ív. Az ívkisülést erős fényforrásként használják projektor spotlámpákban, valamint fémek vágására és hegesztésére. Hidegkatódos ívkisülés van. Elektronok jelennek meg a katódból származó térkibocsátás miatt, a gáz hőmérséklete alacsony. A molekulák ionizációja az elektronok becsapódása miatt következik be. A katód és az anód között gázkisüléses plazma jelenik meg.

Szikrakisülés két elektróda között fordul elő, amelyek között nagy az EF feszültség . Egy szikra ugrik az elektródák között, úgy néz ki, mint egy fényesen izzó csatorna, összekötve mindkét elektródát. A szikra közelében lévő gáz magas hőmérsékletre melegszik fel, nyomáskülönbség lép fel, ami hanghullámok megjelenéséhez, jellegzetes recsegő hanghoz vezet.

A szikra keletkezését elektronlavinák kialakulása előzi meg a gázban. Minden lavina alapítója egy elektron, amely erős elektronsugárban felgyorsul és molekulák ionizációját idézi elő. A keletkező elektronok viszont felgyorsulnak és a következő ionizációt produkálják, az elektronok számának lavina növekedése következik be - lavina.

A keletkező pozitív ionok nem játszanak jelentős szerepet, mert inaktívak. Az elektronlavinák metszik egymást, és egy vezető csatorna alakul ki streamer, amely mentén az elektronok a katódról az anódra áramlanak – előfordul bontás.

Az erős szikrakisülésre példa a villámlás. A zivatarfelhő különböző részei különböző előjelű töltéseket hordoznak ("–" a Föld felé néz). Ezért, ha a felhők ellentétes töltésű részekkel találkoznak, szikrabomlás lép fel közöttük. A töltött felhő és a Föld közötti potenciálkülönbség ~10 8 V.

A szikrakisülés robbanások és égési folyamatok indítására szolgál (a belső égésű motorok dugaszai), a töltött részecskék szikraszámlálókban történő regisztrálására, fémfelületek kezelésére stb.

Korona (koszorúér) folyás különböző görbületű elektródák között fordul elő (az egyik elektróda vékony huzal vagy pont). A koronakisülés során a molekulák ionizációja és gerjesztése nem a teljes elektródák közötti térben, hanem a csúcs közelében megy végbe, ahol az intenzitás magas és meghaladja E bontás. Ebben a részben a gáz úgy világít, mint az elektródát körülvevő korona.

A plazma és tulajdonságai

Vérplazma erősen ionizált gáz, amelyben a pozitív és negatív töltések koncentrációja közel azonos. Megkülönböztetni magas hőmérsékletű plazma , ami ultra-magas hőmérsékleten fordul elő, és gázkisüléses plazma , ami gázkisülés során következik be.

A plazma a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

Magas fokú ionizáció, a határértékben - teljes ionizáció (az összes elektron el van választva az atommagoktól);

A pozitív és negatív részecskék koncentrációja a plazmában közel azonos;

magas elektromos vezetőképesség;

Világít;

Erős kölcsönhatás elektromos és mágneses mezőkkel;

A plazmában lévő elektronok nagy frekvenciájú (>10 8 Hz) rezgései, amelyek a plazma általános rezgését okozzák;

Nagyszámú részecske egyidejű kölcsönhatása.

A gázok jó szigetelők nem túl magas hőmérsékleten és a légkörhöz közeli nyomáson. Ha egy feltöltött elektrométert száraz légköri levegőbe helyez, töltése hosszú ideig változatlan marad. Ez azzal magyarázható, hogy a gázok normál körülmények között semleges atomokból és molekulákból állnak, és nem tartalmaznak szabad töltéseket (elektronokat és ionokat). A gáz csak akkor válik áramvezetővé, ha egyes molekulái ionizálódnak. Az ionizáláshoz a gázt valamilyen ionizáló hatásnak kell kitenni: például elektromos kisülés, röntgen, sugárzás vagy UV sugárzás, gyertyaláng stb. (utóbbi esetben a gáz elektromos vezetőképességét a fűtés okozza).

A gázok ionizációja során egy vagy több elektron levál egy atom vagy molekula külső elektronhéjáról, ami szabad elektronok és pozitív ionok képződéséhez vezet. Az elektronok semleges molekulákhoz és atomokhoz kapcsolódhatnak, negatív ionokká alakítva azokat. Ezért az ionizált gáz pozitív és negatív töltésű ionokat és szabad elektronokat tartalmaz. E A gázokban lévő elektromos áramot gázkisülésnek nevezzük. Így a gázok áramát előjelek és elektronok ionjai hozzák létre. Az ilyen mechanizmusú gázkisülést anyagátadás kíséri, pl. Az ionizált gázok a második típusú vezetők közé tartoznak.

Ahhoz, hogy egy elektront eltávolítsunk egy molekuláról vagy atomról, bizonyos mennyiségű A munkát kell elvégezni, és pl. elkölteni egy kis energiát. Ezt az energiát hívják ionizációs energia , amelynek értéke a különböző anyagok atomjainál a 4÷25 eV tartományba esik. Az ionizációs folyamatot általában mennyiségileg egy mennyiséggel jellemezzük, ún ionizációs potenciál :

A gázban végbemenő ionizációs folyamattal egyidejűleg mindig megtörténik a fordított folyamat - a rekombináció folyamata: pozitív és negatív ionok vagy pozitív ionok és elektronok találkoznak, újraegyesülnek egymással, hogy semleges atomokat és molekulákat képezzenek. Minél több ion jelenik meg az ionizátor hatására, annál intenzívebb a rekombinációs folyamat.

Szigorúan véve egy gáz elektromos vezetőképessége sohasem nulla, hiszen mindig tartalmaz szabad töltéseket, amelyek a Föld felszínén jelenlévő radioaktív anyagok sugárzása, valamint a kozmikus sugárzás hatására keletkeznek. Az ionizáció intenzitása e tényezők hatására alacsony. A levegőnek ez a jelentéktelen elektromos vezetőképessége töltések szivárgását okozza a villamosított testekből, még akkor is, ha azok jól szigeteltek.

A gázkisülés jellegét a gáz összetétele, hőmérséklete és nyomása, az elektródák mérete, konfigurációja és anyaga, valamint az alkalmazott feszültség és áramsűrűség határozza meg.

Tekintsünk egy gázrést tartalmazó áramkört (ábra), amely folyamatos, állandó intenzitású ionizáló hatásnak van kitéve. Az ionizátor működése következtében a gáz némi elektromos vezetőképességre tesz szert, és áram folyik az áramkörben. Az ábra két ionizátor áram-feszültség karakterisztikáját mutatja (áram a rákapcsolt feszültség függvényében). A második ionizáló termelékenysége (az ionizátor által a gázrésben 1 másodperc alatt előállított ionpárok száma) nagyobb, mint az elsőé. Feltételezzük, hogy az ionizátor termelékenysége állandó és egyenlő n 0-val. Nem túl alacsony nyomáson a leszakadt elektronok szinte mindegyikét befogják a semleges molekulák, negatív töltésű ionokat képezve. A rekombinációt figyelembe véve feltételezzük, hogy mindkét előjelű ionok koncentrációja azonos és egyenlő n-nel. A különböző előjelű ionok átlagos sodródási sebessége elektromos térben eltérő: , . b - és b + – gázionok mobilitása. Most az I. régióra, figyelembe véve (5) a következőket írhatjuk:

Amint látható, az I. tartományban a feszültség növekedésével az áram növekszik, ahogy a sodródási sebesség nő. A rekombináló ionpárok száma a sebesség növekedésével csökken.

II. régió - a telítési áram tartománya - az ionizátor által létrehozott összes ion eléri az elektródákat anélkül, hogy ideje lenne rekombinálni. Telítettségi áramsűrűség

j n = q n 0 d, (28)

ahol d a gázrés szélessége (az elektródák közötti távolság). Amint a (28) pontból látható, a telítési áram az ionizátor ionizáló hatásának mértéke.

Az U p p-nél (III. régió) nagyobb feszültségnél az elektronok sebessége eléri azt az értéket, hogy semleges molekulákkal ütközve ütési ionizációt képesek előidézni. Ennek eredményeként további An 0 ionpárok jönnek létre. Az A mennyiséget gázerősítési együtthatónak nevezzük . A III. régióban ez az együttható nem n 0-tól, hanem U-tól függ. Így. az elektródákat U konstans mellett elérő töltés egyenesen arányos az ionizátor teljesítményével - n 0 és az U feszültséggel. Emiatt a III. tartományt arányossági tartománynak nevezzük. U pr – arányossági küszöb. Az A gázerősítési tényező értéke 1 és 10 4 között van.

A IV. tartományban, a részleges arányosság tartományában a gázerősítési együttható n 0-tól kezd függeni. Ez a függőség U növekedésével növekszik. Az áramerősség meredeken növekszik.

A 0 ÷ U g feszültségtartományban csak akkor van áram a gázban, ha az ionizátor aktív. Ha az ionizátor működését leállítják, a kisülés is leáll. Azokat a kisüléseket, amelyek csak külső ionizátorok hatására léteznek, nem önfenntartónak nevezzük.

Az Ug feszültség a régió, a Geiger régió küszöbértéke, amely annak az állapotnak felel meg, amikor a gázrésben a folyamat az ionizátor kikapcsolása után sem szűnik meg, azaz. a kisülés önálló kisülési jelleget nyer. A primer ionok csak lendületet adnak a gázkisülésnek. Ebben a régióban mindkét jel masszív ionjai ionizáló képességre tesznek szert. Az áram nagysága nem függ n 0 -tól.

A VI tartományban a feszültség olyan magas, hogy a kisülés, ha egyszer bekövetkezik, nem áll le - a folyamatos kisülés tartománya.