ผู้ค้นพบกระแสไฟฟ้าในก๊าซ การแนะนำ

มันถูกสร้างขึ้นจากการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระ และในกรณีนี้จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสารที่ตัวนำเกิดขึ้น.

ตัวนำดังกล่าวซึ่งกระแสไฟฟ้าไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารนั้นเรียกว่า ตัวนำประเภทแรก. ซึ่งรวมถึงโลหะทั้งหมด ถ่านหิน และสารอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

แต่ยังมีตัวนำกระแสไฟฟ้าในธรรมชาติซึ่งปรากฏการณ์ทางเคมีเกิดขึ้นระหว่างการไหลของกระแสไฟฟ้า ตัวนำเหล่านี้เรียกว่า ตัวนำประเภทที่สอง. ซึ่งรวมถึงสารละลายต่างๆ ที่เป็นกรด เกลือ และด่างในน้ำเป็นหลัก

หากคุณเทน้ำลงในภาชนะแก้วและเติมกรดซัลฟิวริกลงไปสองสามหยด (หรือกรดหรือด่างอื่นๆ) จากนั้นนำแผ่นโลหะสองแผ่นมาเชื่อมต่อตัวนำเข้าด้วยกัน โดยลดแผ่นเหล่านี้ลงในภาชนะ และเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเข้ากับ ปลายอีกด้านของตัวนำผ่านสวิตซ์และแอมมิเตอร์ จากนั้น ก๊าซจะถูกปล่อยออกจากสารละลายและจะดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่องตราบเท่าที่วงจรปิดเพราะว่า น้ำที่เป็นกรดนั้นเป็นตัวนำไฟฟ้าจริงๆ นอกจากนี้จานจะเริ่มถูกปกคลุมไปด้วยฟองก๊าซ ฟองเหล่านี้จะแตกออกจากจานและออกมา

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลาย จะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ส่งผลให้มีการปล่อยก๊าซออกมา

ตัวนำชนิดที่สองเรียกว่าอิเล็กโทรไลต์และเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในอิเล็กโทรไลต์เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านนั่นเอง

แผ่นโลหะที่แช่อยู่ในอิเล็กโทรไลต์เรียกว่าอิเล็กโทรด หนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งกำเนิดปัจจุบันเรียกว่าแอโนด และอีกอันเชื่อมต่อกับขั้วลบเรียกว่าแคโทด

อะไรเป็นตัวกำหนดกระแสไฟฟ้าในตัวนำของเหลว? ปรากฎว่าในสารละลาย (อิเล็กโทรไลต์) โมเลกุลของกรด (อัลคาไล, เกลือ) ภายใต้อิทธิพลของตัวทำละลาย (ในกรณีนี้คือน้ำ) แบ่งออกเป็นสององค์ประกอบและ อนุภาคหนึ่งของโมเลกุลมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และอีกอนุภาคมีประจุลบ

อนุภาคของโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่าไอออน เมื่อกรด เกลือ หรืออัลคาไลละลายในน้ำ จะมีไอออนบวกและลบจำนวนมากปรากฏขึ้นในสารละลาย

ตอนนี้ควรชัดเจนว่าเหตุใดกระแสไฟฟ้าจึงไหลผ่านสารละลายเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ากล่าวอีกนัยหนึ่งหนึ่งในนั้นกลายเป็นประจุบวกและอีกอันมีประจุลบ ภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์นี้ ไอออนบวกเริ่มผสมเข้าหาขั้วลบ - แคโทด และไอออนลบ - เข้าหาขั้วบวก

ดังนั้นการเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของไอออนจึงกลายเป็นการตอบโต้การเคลื่อนที่อย่างมีระเบียบของไอออนลบในทิศทางหนึ่งและไอออนบวกในทิศทางอื่น กระบวนการถ่ายโอนประจุนี้ประกอบด้วยการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์ และเกิดขึ้นตราบเท่าที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าทั่วทั้งอิเล็กโทรด เมื่อความต่างศักย์หายไป กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์จะหยุด การเคลื่อนที่ตามลำดับของไอออนจะหยุดชะงัก และการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายก็เริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง

ตัวอย่างเช่น พิจารณาปรากฏการณ์อิเล็กโทรไลซิสเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลาย คอปเปอร์ซัลเฟต CuSO4 ที่มีอิเล็กโทรดทองแดงลดลงเข้าไป

ปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรไลซิสเมื่อกระแสไหลผ่านสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต: C - ภาชนะที่มีอิเล็กโทรไลต์, B - แหล่งกำเนิดกระแส, C - สวิตช์

ในที่นี้จะมีการเคลื่อนตัวสวนทางของไอออนไปยังอิเล็กโทรดด้วย ไอออนบวกจะเป็นไอออนทองแดง (Cu) และไอออนลบจะเป็นไอออนตกค้างของกรด (SO4) ไอออนของทองแดงที่สัมผัสกับแคโทดจะถูกปล่อยออกมา (การยึดอิเล็กตรอนที่หายไป) กล่าวคือ พวกมันจะกลายเป็นโมเลกุลที่เป็นกลางของทองแดงบริสุทธิ์ และจะถูกสะสมบนแคโทดในรูปแบบของชั้นบาง ๆ (โมเลกุล)

ไอออนลบเมื่อไปถึงขั้วบวกก็จะถูกปล่อยออกมาเช่นกัน (พวกมันจะให้อิเล็กตรอนส่วนเกิน) แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็เข้ามา ปฏิกิริยาเคมีด้วยทองแดงของขั้วบวกซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลทองแดง Cu ถูกเติมลงใน SO4 ที่เป็นกรดและเกิดโมเลกุลของคอปเปอร์ซัลเฟต CuS O4 ซึ่งถูกส่งกลับไปยังอิเล็กโทรไลต์

เนื่องจากกระบวนการทางเคมีนี้ใช้เวลานาน ทองแดงจึงสะสมอยู่บนแคโทดและปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีนี้อิเล็กโทรไลต์แทนที่จะเป็นโมเลกุลทองแดงที่ไปยังแคโทดจะได้รับโมเลกุลทองแดงใหม่เนื่องจากการละลายของอิเล็กโทรดที่สอง - ขั้วบวก

กระบวนการเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากใช้อิเล็กโทรดสังกะสีแทนทองแดง และอิเล็กโทรไลต์นั้นเป็นสารละลายของซิงค์ซัลเฟต ZnSO4 สังกะสีจะถูกถ่ายโอนจากขั้วบวกไปยังแคโทดด้วย

ดังนั้น, ความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าในโลหะและตัวนำของเหลวอยู่ในความจริงที่ว่าในโลหะ ตัวพาประจุเป็นเพียงอิเล็กตรอนอิสระ กล่าวคือ ประจุลบ ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์นั้นถูกพาไปด้วยอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกันของสาร นั่นคือไอออนที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นพวกเขาจึงพูดอย่างนั้น อิเล็กโทรไลต์แสดงค่าการนำไฟฟ้าไอออนิก

ปรากฏการณ์อิเล็กโทรไลซิสถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2380 โดย B. S. Jacobi ซึ่งทำการทดลองมากมายในการวิจัยและปรับปรุง แหล่งสารเคมีปัจจุบัน จาโคบีพบว่าอิเล็กโทรดตัวหนึ่งที่วางอยู่ในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตถูกเคลือบด้วยทองแดงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การชุบด้วยไฟฟ้า, ตอนนี้มีขนาดใหญ่มาก การใช้งานจริง. ตัวอย่างหนึ่งของสิ่งนี้คือการเคลือบวัตถุโลหะด้วยชั้นบาง ๆ ของโลหะอื่น ๆ เช่น ชุบนิกเกิล ชุบทอง ชุบเงิน ฯลฯ

ก๊าซ (รวมถึงอากาศ) จะไม่นำกระแสไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ เช่น พวกที่เปลือยเปล่าถูกแขวนขนานกัน พบว่าตัวเองถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นอากาศ

อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพล อุณหภูมิสูงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นอย่างมากและเหตุผลอื่น ๆ ก๊าซเช่นตัวนำของเหลวถูกแตกตัวเป็นไอออนเช่น พวกมันปรากฏใน ปริมาณมากอนุภาคของโมเลกุลของก๊าซที่เป็นตัวพาไฟฟ้าช่วยให้กระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซได้สะดวก

แต่ในขณะเดียวกัน อิออไนเซชันของก๊าซแตกต่างจากอิออไนเซชันของตัวนำของเหลว หากในของเหลวโมเลกุลสลายตัวออกเป็นสองส่วนที่มีประจุจากนั้นในก๊าซภายใต้อิทธิพลของการไอออไนเซชันอิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากแต่ละโมเลกุลเสมอและไอออนจะยังคงอยู่ในรูปของส่วนที่มีประจุบวกของโมเลกุล

เมื่อแก๊สหยุดการแตกตัวเป็นไอออน แก๊สจะหยุดเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ในขณะที่ของเหลวยังคงเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าอยู่เสมอ ดังนั้นการนำก๊าซจึงเป็นปรากฏการณ์ชั่วคราว ขึ้นอยู่กับการกระทำของสาเหตุภายนอก

แต่มีอีกอันหนึ่งเรียกว่า ปล่อยส่วนโค้งหรือเพียงแค่อาร์คไฟฟ้า ปรากฏการณ์ของอาร์คไฟฟ้าถูกค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียคนแรก V.V. Petrov

V.V. Petrov จากการทดลองหลายครั้งพบว่าระหว่างถ่านสองก้อนที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในอากาศพร้อมกับแสงสว่าง ในงานเขียนของเขา V.V. Petrov เขียนว่าในกรณีนี้ "ความสงบที่มืดมนสามารถส่องสว่างได้ค่อนข้างสว่าง" นี่คือวิธีการรับแสงไฟฟ้าครั้งแรกซึ่งนำไปใช้จริงโดยวิศวกรไฟฟ้าชาวรัสเซียอีกคน Pavel Nikolaevich Yablochkov

Yablochkov Candle ซึ่งการทำงานมีพื้นฐานมาจากการใช้อาร์คไฟฟ้าทำให้เกิดการปฏิวัติอย่างแท้จริงในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าในสมัยนั้น

การปล่อยส่วนโค้งยังคงใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในปัจจุบัน เช่น ในสปอตไลท์และอุปกรณ์ฉายภาพ อุณหภูมิสูงของการปล่อยส่วนโค้งทำให้สามารถใช้งานได้ ปัจจุบัน เตาอาร์คซึ่งขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าที่สูงมากถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท: สำหรับการถลุงเหล็ก เหล็กหล่อ โลหะผสมเหล็ก ทองแดง ฯลฯ และในปี 1882 N.N. Benardos ได้ใช้การปล่อยส่วนโค้งสำหรับการตัดและเชื่อมโลหะเป็นครั้งแรก

ในหลอดแก๊ส, หลอดฟลูออเรสเซนต์, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่า การปล่อยก๊าซเรืองแสง.

การปล่อยประกายไฟใช้ในการวัดความต่างศักย์ขนาดใหญ่โดยใช้ช่องว่างของลูกบอล โดยอิเล็กโทรดจะเป็นลูกบอลโลหะสองลูกที่มีพื้นผิวมันเงา ลูกบอลถูกแยกออกจากกันและนำความต่างศักย์ที่วัดได้ไปใช้ จากนั้นลูกบอลจะถูกนำเข้ามาใกล้กันมากขึ้นจนกระทั่งประกายไฟกระโดดไปมาระหว่างลูกบอลเหล่านั้น เมื่อทราบเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล ระยะห่างระหว่างลูกบอล ความดัน อุณหภูมิ และความชื้นในอากาศ ค้นหาความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างลูกบอลโดยใช้ตารางพิเศษ วิธีนี้สามารถวัดความแตกต่างที่เป็นไปได้ของลำดับนับหมื่นโวลต์ด้วยความแม่นยำเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์

กระแสไฟฟ้าคือการไหลที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าตามคำสั่ง การเคลื่อนที่ของประจุถือเป็นทิศทางของกระแสไฟฟ้า ไฟฟ้าอาจเป็นระยะสั้นและระยะยาว

แนวคิดเรื่องกระแสไฟฟ้า

ในระหว่างการปล่อยฟ้าผ่า กระแสไฟฟ้าอาจเกิดขึ้นได้ซึ่งเรียกว่าระยะสั้น และเพื่อรักษากระแสไฟฟ้าให้คงอยู่เป็นเวลานาน จำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้าและพาหะประจุไฟฟ้าฟรี

สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุต่างกัน ความแรงของกระแสคืออัตราส่วนของประจุที่ถ่ายโอนผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงเวลาหนึ่งต่อช่วงเวลานี้ มีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์

ข้าว. 1. สูตรปัจจุบัน

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ

โมเลกุลของก๊าซไม่นำกระแสไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ พวกมันเป็นฉนวน (ไดอิเล็กทริก) อย่างไรก็ตามหากเงื่อนไขเปลี่ยนแปลง สิ่งแวดล้อมก๊าซก็จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ อันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออน (เมื่อถูกความร้อนหรือภายใต้อิทธิพลของรังสีกัมมันตภาพรังสี) กระแสไฟฟ้าจะปรากฏในก๊าซซึ่งมักถูกแทนที่ด้วยคำว่า "การปล่อยประจุไฟฟ้า"

การปล่อยก๊าซแบบพึ่งพาตนเองและไม่ยั่งยืน

การปลดปล่อยก๊าซสามารถเป็นอิสระหรือไม่สามารถพึ่งพาตนเองได้ ปัจจุบันเริ่มมีอยู่เมื่อมีค่าบริการฟรีปรากฏขึ้น การปล่อยประจุที่ไม่ยั่งยืนนั้นจะเกิดขึ้นตราบใดที่แรงภายนอกกระทำต่อมัน นั่นก็คือ ไอออไนเซอร์ภายนอก นั่นคือหากเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอกหยุดทำงาน กระแสไฟฟ้าจะหยุดทำงาน

การคายประจุกระแสไฟฟ้าในก๊าซด้วยตนเองยังคงมีอยู่แม้หลังจากการหยุดการทำงานของไอออไนเซอร์ภายนอกแล้วก็ตาม การปล่อยประจุอิสระในฟิสิกส์แบ่งออกเป็นแบบเงียบ, เรืองแสง, ส่วนโค้ง, จุดประกาย, โคโรนา

• เงียบ – หมวดหมู่อิสระที่อ่อนแอที่สุด ความแรงในปัจจุบันมีขนาดเล็กมาก (ไม่เกิน 1 mA) มันไม่ได้มาพร้อมกับปรากฏการณ์เสียงหรือแสง
• ระอุ – หากคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในการคายประจุแบบเงียบ มันจะไปที่ระดับถัดไป – การคายประจุแบบเรืองแสง ในกรณีนี้แสงจะปรากฏขึ้นซึ่งมาพร้อมกับการรวมตัวกันใหม่ การรวมตัวกันอีกครั้ง – กระบวนการรีเวอร์สอิออไนเซชัน การพบกันของอิเล็กตรอนและไอออนบวก ใช้ในโคมไฟฆ่าเชื้อแบคทีเรียและโคมไฟส่องสว่าง

ข้าว. 2. การปล่อยแสง

• อาร์ค – ความแรงของกระแสไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 10 A ถึง 100 A. ไอออนไนซ์เกือบ 100% การคายประจุประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อใช้งานเครื่องเชื่อม

ข้าว. 3. การปลดปล่อยส่วนโค้ง

• สปาร์ค – ถือได้ว่าเป็นการปล่อยส่วนโค้งประเภทหนึ่ง ในระหว่างการคายประจุไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจะไหลในเวลาอันสั้นมาก
• การปล่อยโคโรนา – ไอออไนเซชันของโมเลกุลเกิดขึ้นใกล้กับอิเล็กโทรดที่มีรัศมีความโค้งเล็กน้อย ประจุประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อความแรงของสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงกะทันหัน

เราได้เรียนรู้อะไรบ้าง?

อะตอมและโมเลกุลของก๊าซนั้นมีความเป็นกลาง พวกเขาชาร์จเมื่อสัมผัสกับภายนอก หากพูดสั้นๆ เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าในก๊าซ มันแสดงถึงการเคลื่อนที่โดยตรงของอนุภาค (ไอออนบวกไปยังแคโทด และไอออนลบไปยังขั้วบวก) สิ่งสำคัญคือเมื่อก๊าซถูกไอออนไนซ์ คุณสมบัติการนำไฟฟ้าของแก๊สจะดีขึ้น

นี่เป็นเรื่องย่อสั้นๆ

การทำงานในเวอร์ชันเต็มยังคงดำเนินต่อไป

บรรยาย2 1

กระแสในก๊าซ

1. บทบัญญัติทั่วไป

คำนิยาม: ปรากฏการณ์กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านก๊าซเรียกว่า การปล่อยก๊าซ.

พฤติกรรมของก๊าซขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของมันอย่างมาก เช่น อุณหภูมิและความดัน และพารามิเตอร์เหล่านี้เปลี่ยนแปลงได้ง่ายมาก ดังนั้นการไหลของกระแสไฟฟ้าในก๊าซจึงซับซ้อนกว่าในโลหะหรือในสุญญากาศ

ก๊าซไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม

2. ไอออนไนซ์และการรวมตัวกันใหม่

แก๊สที่ สภาวะปกติประกอบด้วยโมเลกุลที่เป็นกลางในทางปฏิบัติดังนั้นจึงนำกระแสไฟฟ้าได้แย่มาก อย่างไรก็ตาม ภายใต้อิทธิพลภายนอก อิเล็กตรอนสามารถถูกฉีกออกจากอะตอมและไอออนที่มีประจุบวกจะปรากฏขึ้น นอกจากนี้อิเล็กตรอนยังสามารถเกาะติดกับอะตอมที่เป็นกลางและก่อให้เกิดไอออนที่มีประจุลบได้ ด้วยวิธีนี้จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับก๊าซไอออไนซ์เช่น พลาสมา

อิทธิพลภายนอก ได้แก่ ความร้อน การฉายรังสีด้วยโฟตอนที่มีพลัง การระดมยิงด้วยอนุภาคอื่นและสนามแม่เหล็กที่รุนแรง เช่น เงื่อนไขเดียวกันกับที่จำเป็นสำหรับการปล่อยมลพิษเบื้องต้น

อิเล็กตรอนในอะตอมอยู่ในหลุมศักย์ และเพื่อที่จะหลบหนีจากหลุมนั้น อะตอมจะต้องได้รับพลังงานเพิ่มเติม ซึ่งเรียกว่าพลังงานไอออไนเซชัน

สาร	พลังงานไอออไนเซชัน, eV
อะตอมไฮโดรเจน	13,59
โมเลกุลไฮโดรเจน	15,43
ฮีเลียม	24,58
อะตอมออกซิเจน	13,614
โมเลกุลออกซิเจน	12,06

นอกจากปรากฏการณ์ไอออไนซ์แล้ว ยังพบปรากฏการณ์การรวมตัวกันอีกครั้งอีกด้วย เช่น การรวมกันของอิเล็กตรอนและไอออนบวกเพื่อสร้างอะตอมที่เป็นกลาง กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงานเท่ากับพลังงานไอออไนเซชัน พลังงานนี้สามารถนำไปใช้ในการแผ่รังสีหรือความร้อนได้ การทำความร้อนเฉพาะที่ของแก๊สทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันในท้องถิ่น ซึ่งจะนำไปสู่การปรากฏตัวของคลื่นเสียง ดังนั้นการปล่อยก๊าซจึงมาพร้อมกับแสงความร้อนและเสียง

3. ลักษณะแรงดันกระแสของการปล่อยก๊าซ

ในระยะเริ่มแรก จำเป็นต้องมีการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอก

ในส่วน OAW กระแสจะอยู่ภายใต้อิทธิพลของไอออไนเซอร์ภายนอก และจะถึงความอิ่มตัวอย่างรวดเร็วเมื่ออนุภาคไอออไนซ์ทั้งหมดมีส่วนร่วมในการก่อตัวของกระแส หากคุณถอดเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอกออก กระแสไฟฟ้าจะหยุดลง

การปล่อยประเภทนี้เรียกว่าการปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืน เมื่อคุณพยายามเพิ่มแรงดันไฟฟ้าในก๊าซ อิเล็กตรอนถล่มจะปรากฏขึ้น และกระแสจะเพิ่มขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าเกือบคงที่ซึ่งเรียกว่าแรงดันการจุดระเบิด (IC)

นับจากนี้เป็นต้นไป การคายประจุจะเป็นอิสระต่อกัน และไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างประจุไอออนภายนอก จำนวนไอออนอาจมีขนาดใหญ่มากจนความต้านทานของช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดลดลง และแรงดันไฟฟ้า (VSD) จะลดลงตามไปด้วย

จากนั้น ในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด พื้นที่ที่กระแสไหลผ่านเริ่มแคบลง และความต้านทานเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้า (MU) เพิ่มขึ้น

เมื่อคุณพยายามเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ก๊าซจะแตกตัวเป็นไอออนโดยสมบูรณ์ ความต้านทานและแรงดันไฟฟ้าลดลงเป็นศูนย์ และกระแสเพิ่มขึ้นหลายครั้ง ผลลัพธ์ที่ได้คือการปล่อยส่วนโค้ง (Eเอฟ).

ลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าก๊าซไม่เป็นไปตามกฎของโอห์มเลย

4. กระบวนการในก๊าซ

กระบวนการที่สามารถทำได้ นำไปสู่การก่อตัวของอิเล็กตรอนถล่มที่แสดงบนภาพ

สิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบของทฤษฎีเชิงคุณภาพของทาวน์เซนด์

5. การปล่อยแสง

ที่ แรงกดดันต่ำและที่แรงดันไฟฟ้าต่ำสามารถสังเกตการคายประจุนี้ได้

K – 1 (สเปซแอสตันมืด)

1 – 2 (ฟิล์มแคโทดเรืองแสง)

2 – 3 (พื้นที่ Crookes มืด)

3 – 4 (การเรืองแสงแคโทดครั้งแรก)

4 – 5 (สเปซฟาราเดย์มืด)

5 – 6 (คอลัมน์ขั้วบวกบวก)

6 – 7 (ช่องว่างขั้วบวก)

7 – A (เรืองแสงขั้วบวก)

หากคุณทำให้ขั้วบวกสามารถเคลื่อนย้ายได้ ความยาวของคอลัมน์บวกจะสามารถปรับได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนขนาดของบริเวณ K - 5

ในพื้นที่มืด อนุภาคจะเร่งและได้รับพลังงาน ในพื้นที่ที่มีแสง กระบวนการไอออไนซ์และการรวมตัวกันใหม่จะเกิดขึ้น

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ

การนำก๊าซที่เป็นอิสระและไม่เป็นอิสระใน สภาพธรรมชาติก๊าซไม่นำกระแสไฟฟ้าเช่น เป็นไดอิเล็กทริก สามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายโดยใช้กระแสไฟฟ้าธรรมดา หากวงจรถูกขัดจังหวะด้วยช่องว่างอากาศ

คุณสมบัติการเป็นฉนวนของก๊าซอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมและโมเลกุลของก๊าซในสถานะธรรมชาตินั้นเป็นอนุภาคที่เป็นกลางและไม่มีประจุ จากที่นี่เป็นที่ชัดเจนว่าในการที่จะทำให้ก๊าซเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามีความจำเป็นต้องแนะนำหรือสร้างพาหะประจุฟรี - อนุภาคที่มีประจุไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในกรณีนี้ เป็นไปได้สองกรณี: อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยการกระทำของปัจจัยภายนอกบางอย่างหรือนำเข้าสู่ก๊าซจากภายนอก - การนำไฟฟ้าที่ไม่เป็นอิสระหรือถูกสร้างขึ้นในก๊าซโดยการกระทำของสนามไฟฟ้า มีอยู่ระหว่างอิเล็กโทรด - ค่าการนำไฟฟ้าอิสระ

ในรูปด้านบน กัลวาโนมิเตอร์ในวงจรแสดงว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าแม้จะมีแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ก็ตาม สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีการนำก๊าซภายใต้สภาวะปกติ

ตอนนี้ให้เราให้ความร้อนแก๊สในช่วง 1-2 จนถึงอุณหภูมิที่สูงมากโดยการใส่หัวเผาที่จุดไว้เข้าไป กัลวาโนมิเตอร์จะบ่งบอกถึงลักษณะของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นที่อุณหภูมิสูง สัดส่วนของโมเลกุลก๊าซที่เป็นกลางจะแตกตัวออกเป็นไอออนบวกและไอออนลบ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ไอออนไนซ์แก๊ส

หากคุณควบคุมกระแสอากาศจากเครื่องเป่าลมขนาดเล็กเข้าไปในช่องว่างก๊าซ และวางเปลวไฟไอออไนซ์ในเส้นทางของกระแสน้ำที่อยู่นอกช่องว่าง กัลวาโนมิเตอร์จะแสดงกระแสบางส่วน

ซึ่งหมายความว่าไอออนจะไม่หายไปทันที แต่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับแก๊ส อย่างไรก็ตาม เมื่อระยะห่างระหว่างเปลวไฟกับช่องว่าง 1-2 เพิ่มขึ้น กระแสจะค่อยๆ อ่อนลงและหายไป ในกรณีนี้ ไอออนที่มีประจุตรงข้ามมีแนวโน้มที่จะเข้าใกล้กันภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดทางไฟฟ้า และเมื่อมาพบกัน จะรวมตัวกันเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง กระบวนการนี้เรียกว่า การรวมตัวกันอีกครั้งไอออน

การทำความร้อนแก๊สให้อุณหภูมิสูงไม่ใช่วิธีเดียวที่จะทำให้โมเลกุลหรืออะตอมของแก๊สแตกตัวเป็นไอออน อะตอมที่เป็นกลางหรือโมเลกุลของก๊าซยังสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยอื่น ๆ

การนำไอออนิกมีคุณสมบัติหลายประการ ดังนั้นไอออนบวกและไอออนลบจึงไม่ใช่โมเลกุลไอออไนซ์เดี่ยวๆ แต่เป็นกลุ่มของโมเลกุลที่ติดอยู่กับอิเล็กตรอนเชิงลบหรือบวก ด้วยเหตุนี้แม้ว่าประจุของแต่ละไอออนจะเท่ากับหนึ่งหรือสองประจุ แต่ไม่ค่อยมากกว่านั้นเป็นประจุพื้นฐาน แต่มวลของพวกมันอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากมวลของอะตอมและโมเลกุลแต่ละตัว ด้วยวิธีนี้ ไอออนของก๊าซจึงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากอิเล็กโทรไลต์ไอออน ซึ่งมักจะเป็นตัวแทนของกลุ่มอะตอมบางกลุ่มเสมอ เนื่องจากความแตกต่างนี้ กฎของฟาราเดย์ซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะของค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ จึงใช้ไม่ได้กับค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซที่เป็นไอออนิก

ข้อที่สองซึ่งสำคัญมากคือความแตกต่างระหว่างค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของก๊าซและค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของอิเล็กโทรไลต์ก็คือกฎของโอห์มไม่ได้ถูกสังเกตสำหรับก๊าซ: คุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันมีความซับซ้อนมากขึ้น คุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันของตัวนำ (รวมถึงอิเล็กโทรไลต์) มีรูปแบบของเส้นตรงเอียง (สัดส่วนของ I และ U) สำหรับก๊าซจะมีรูปร่างที่แตกต่างกัน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการนำไฟฟ้าที่ไม่ยั่งยืนด้วยค่า U เล็กน้อยกราฟจะมีลักษณะเป็นเส้นตรงนั่นคือ กฎของโอห์มยังคงมีผลใช้บังคับอยู่โดยประมาณ เมื่อ U เพิ่มขึ้น เส้นโค้งจะโค้งงอตามแรงตึงและกลายเป็นเส้นตรงแนวนอน

ซึ่งหมายความว่าเริ่มจากแรงดันไฟฟ้าหนึ่ง กระแสไฟฟ้าจะยังคงที่แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นก็ตาม ค่ากระแสคงที่ที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่า กระแสอิ่มตัว.

ไม่ยากที่จะเข้าใจความหมายของผลลัพธ์ที่ได้รับ เริ่มแรกด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น จำนวนไอออนที่ผ่านส่วนตัดขวางการคายประจุจะเพิ่มขึ้นเช่น กระแส I เพิ่มขึ้น เนื่องจากไอออนในสนามที่แรงกว่าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่า อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าไอออนจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน จำนวนไอออนที่ผ่านส่วนนี้ต่อหน่วยเวลาต้องไม่มากกว่าจำนวนไอออนทั้งหมดที่สร้างขึ้นในการคายประจุต่อหน่วยเวลาโดยปัจจัยไอออไนซ์ภายนอก

อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นว่า ถ้าหลังจากถึงกระแสอิ่มตัวในก๊าซแล้ว แรงดันไฟฟ้ายังคงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ วิถีของลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะหยุดชะงักกะทันหัน ที่แรงดันไฟฟ้าสูงพอสมควร กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การกระโดดในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าจำนวนไอออนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในทันที เหตุผลก็คือตัวมันเอง สนามไฟฟ้า: มันส่งความเร็วสูงขนาดนั้นให้กับไอออนบางตัว กล่าวคือ พลังงานมากจนเมื่อไอออนดังกล่าวชนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง โมเลกุลหลังจะแตกออกเป็นไอออน ขณะนี้จำนวนไอออนทั้งหมดไม่ได้ถูกกำหนดโดยปัจจัยไอออไนซ์ แต่โดยการกระทำของสนามแม่เหล็กเอง ซึ่งสามารถรองรับไอออไนซ์ที่จำเป็นได้เอง: การนำไฟฟ้าจากการไม่พึ่งพาตนเองจะเป็นอิสระจากกัน ปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ของการเกิดขึ้นอย่างกะทันหันของการนำไฟฟ้าอิสระซึ่งมีลักษณะของการสลายตัวของช่องว่างก๊าซไม่ได้เป็นเพียงรูปแบบเดียวของการเกิดการนำไฟฟ้าอิสระแม้ว่าจะมีความสำคัญมากก็ตาม

ปล่อยประกายไฟที่ความแรงของสนามไฟฟ้าสูงเพียงพอ (ประมาณ 3 MV/m) ประกายไฟจะปรากฏขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งมีลักษณะเป็นช่องขดลวดที่เรืองแสงเจิดจ้าซึ่งเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง ก๊าซที่อยู่ใกล้ประกายไฟจะร้อนขึ้นถึงอุณหภูมิสูงและขยายตัวอย่างกะทันหันทำให้เกิด คลื่นเสียงและเราได้ยินเสียงแตกที่มีลักษณะเฉพาะ

รูปแบบการปล่อยก๊าซที่อธิบายไว้เรียกว่า ประกายไฟหรือประกายไฟแก๊สแตก เมื่อเกิดประกายไฟ ก๊าซจะสูญเสียคุณสมบัติไดอิเล็กทริกกะทันหันและกลายเป็นตัวนำที่ดี ความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดประกายไฟของก๊าซมีค่าที่แตกต่างกันสำหรับก๊าซต่างๆ และขึ้นอยู่กับสถานะของก๊าซนั้น (ความดัน อุณหภูมิ) ยิ่งระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดมากเท่าใด แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นที่จำเป็นสำหรับการสลายประกายไฟของก๊าซ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่า แรงดันพังทลาย.

เมื่อทราบว่าแรงดันพังทลายขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่มีรูปร่างเฉพาะอย่างไร จึงเป็นไปได้ที่จะวัดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ทราบตามความยาวสูงสุดของประกายไฟได้ อุปกรณ์ของประกายไฟโวลต์มิเตอร์สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงแบบหยาบนั้นขึ้นอยู่กับสิ่งนี้

ประกอบด้วยลูกบอลโลหะสองลูกที่ติดตั้งอยู่บนขาตั้ง 1 และ 2 ขาตั้งที่ 2 พร้อมลูกบอลสามารถขยับเข้ามาใกล้หรือไกลจากครั้งแรกโดยใช้สกรู ลูกบอลเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต้องวัดแรงดันไฟฟ้า และนำมารวมกันจนกระทั่งเกิดประกายไฟ ด้วยการวัดระยะทางโดยใช้สเกลบนขาตั้ง คุณสามารถประมาณแรงดันไฟฟ้าโดยประมาณตามความยาวของประกายไฟได้ (ตัวอย่าง: ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางลูกบอล 5 ซม. และระยะห่าง 0.5 ซม. แรงดันพังทลายคือ 17.5 kV และระยะ 5 ซม. - 100 กิโลโวลต์)

การเกิดขึ้นของการสลายอธิบายได้ดังต่อไปนี้: ในก๊าซจะมีไอออนและอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งเสมอซึ่งเกิดขึ้นจากสาเหตุที่สุ่ม อย่างไรก็ตามมีจำนวนน้อยมากจนก๊าซไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ ที่ความแรงของสนามไฟฟ้าที่สูงเพียงพอ พลังงานจลน์ที่สะสมโดยไอออนในช่วงเวลาระหว่างการชนสองครั้งจะเพียงพอที่จะทำให้เกิดไอออนของโมเลกุลที่เป็นกลางเมื่อเกิดการชนกัน เป็นผลให้เกิดอิเล็กตรอนเชิงลบใหม่และสารตกค้างที่มีประจุบวก - ไอออน - เกิดขึ้น

อิเล็กตรอนอิสระ 1 เมื่อชนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง จะแยกออกเป็นอิเล็กตรอน 2 และไอออนบวกอิสระ เมื่ออิเล็กตรอน 1 และ 2 ชนกันอีกกับโมเลกุลที่เป็นกลาง จะแยกพวกมันออกเป็นอิเล็กตรอน 3 และ 4 อีกครั้ง และไอออนบวกอิสระ เป็นต้น

กระบวนการไอออไนเซชันนี้เรียกว่า ผลกระทบไอออไนเซชันและงานที่ต้องใช้จ่ายเพื่อกำจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอม - งานไอออไนเซชัน. การทำงานของไอออไนซ์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอะตอม ดังนั้น จึงแตกต่างกันไปตามก๊าซต่างๆ

อิเล็กตรอนและไอออนที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของไอออนไนซ์แบบกระแทกจะเพิ่มจำนวนประจุในก๊าซ และในทางกลับกัน พวกมันจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า และสามารถสร้างไอออนไนซ์แบบกระแทกของอะตอมใหม่ได้ ดังนั้นกระบวนการจึงเสริมกำลังตัวเอง และไอออไนเซชันในก๊าซจะมีค่าที่สูงมากอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์นี้คล้ายกับหิมะถล่ม จึงเรียกกระบวนการนี้ว่า หิมะถล่มไอออน.

การก่อตัวของไอออนถล่มคือกระบวนการสลายประกายไฟ และแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่เกิดไอออนถล่มคือแรงดันพังทลาย

ดังนั้นในระหว่างการสลายประกายไฟ สาเหตุของแก๊สไอออไนเซชันคือการทำลายอะตอมและโมเลกุลระหว่างการชนกับไอออน (อิออนแบบกระแทก)

ฟ้าผ่า.ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สวยงามและอันตราย - ฟ้าผ่า - คือการปล่อยประกายไฟในชั้นบรรยากาศ

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 มีการให้ความสนใจกับความคล้ายคลึงภายนอกของฟ้าผ่ากับประกายไฟ มีข้อเสนอแนะว่าเมฆฝนฟ้าคะนองมีประจุไฟฟ้าจำนวนมาก และฟ้าผ่านั้นเป็นประกายไฟขนาดมหึมา ไม่แตกต่างกัน ยกเว้นขนาดจากประกายไฟระหว่างลูกบอลของเครื่องจักรไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวรัสเซีย มิคาอิล วาซิลิเยวิช โลโมโนซอฟ (ค.ศ. 1711-65) ชี้ให้เห็นสิ่งนี้ ผู้ซึ่งจัดการกับปัญหาไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศพร้อมกับประเด็นทางวิทยาศาสตร์อื่น ๆ

สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วในประสบการณ์ปี 1752-53 Lomonosov และนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Benjamin Franklin (1706-90) ซึ่งทำงานพร้อมกันและเป็นอิสระจากกัน

Lomonosov ได้สร้าง "เครื่องจักรฟ้าร้อง" ซึ่งเป็นตัวเก็บประจุที่อยู่ในห้องปฏิบัติการของเขาและชาร์จด้วยไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศผ่านสายไฟซึ่งปลายสายถูกนำออกจากห้องแล้วยกขึ้นบนเสาสูง ในระหว่างที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ประกายไฟสามารถดึงออกจากตัวเก็บประจุได้ด้วยมือ

แฟรงคลินในช่วงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนองได้เล่นว่าวด้วยเชือกซึ่งติดตั้งปลายเหล็ก กุญแจประตูถูกผูกไว้ที่ปลายเชือก เมื่อเชือกเปียกและกลายเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า แฟรงคลินสามารถดึงประกายไฟฟ้าออกจากกุญแจ ชาร์จขวดเลย์เดน และทำการทดลองอื่น ๆ ที่ดำเนินการด้วยเครื่องจักรไฟฟ้า (ควรสังเกตว่าการทดลองดังกล่าวเป็นอันตรายอย่างยิ่ง เนื่องจาก ฟ้าผ่าสามารถโจมตีว่าวได้และในเวลาเดียวกันประจุขนาดใหญ่ก็จะผ่านร่างของผู้ทดลองเข้ามายังโลก มีกรณีที่น่าเศร้าเช่นนี้ในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ ดังนั้น G. V. Richman ซึ่งทำงานร่วมกับ Lomonosov จึงเสียชีวิตใน พ.ศ. 2296 ในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก)

ดังนั้นจึงแสดงให้เห็นว่าเมฆฝนฟ้าคะนองมีประจุไฟฟ้าสูงจริงๆ

ส่วนต่างๆ ของเมฆฝนฟ้าคะนองจะมีประจุของสัญญาณต่างกัน ส่วนใหญ่แล้วส่วนล่างของเมฆ (สะท้อนมายังโลก) มีประจุลบ และส่วนบนมีประจุบวก ดังนั้น หากเมฆสองก้อนเข้าใกล้กันโดยมีส่วนที่ประจุตรงข้ามกัน ฟ้าแลบจะวาบระหว่างเมฆเหล่านั้น อย่างไรก็ตาม การปล่อยฟ้าผ่าสามารถเกิดขึ้นได้ด้วยวิธีอื่น เมฆฟ้าร้องเคลื่อนผ่านโลกไปทำให้เกิดประจุเหนี่ยวนำขนาดใหญ่บนพื้นผิว ดังนั้นเมฆและพื้นผิวโลกจึงก่อตัวเป็นแผ่นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่สองแผ่น ความต่างศักย์ระหว่างเมฆกับโลกถึงค่ามหาศาล ซึ่งวัดได้ในหลายร้อยล้านโวลต์ และสนามไฟฟ้ากำลังแรงปรากฏขึ้นในอากาศ หากความแรงของสนามนี้มีขนาดใหญ่พอก็อาจเกิดการพังทลายได้เช่น สายฟ้าฟาดลงมายังโลก ในเวลาเดียวกัน บางครั้งฟ้าผ่าก็กระทบผู้คนและทำให้เกิดไฟไหม้

จากการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับฟ้าผ่า ประจุประกายไฟมีลักษณะเป็นตัวเลขโดยประมาณต่อไปนี้: แรงดันไฟฟ้า (U) ระหว่างเมฆกับโลก 0.1 GV (กิกะโวลต์);

ความแรงของกระแส (I) ในฟ้าผ่า 0.1 MA (เมกะแอมแปร์);

ระยะเวลาฟ้าผ่า (t) 1 μs (ไมโครวินาที);

เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องส่องสว่างคือ 10-20 ซม.

ฟ้าร้องที่เกิดขึ้นหลังฟ้าผ่ามีต้นกำเนิดเช่นเดียวกับเสียงแตกเมื่อประกายไฟในห้องปฏิบัติการกระโดด กล่าวคือ อากาศภายในช่องฟ้าผ่าจะร้อนมากและขยายตัว ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดคลื่นเสียง คลื่นเหล่านี้ซึ่งสะท้อนจากเมฆ ภูเขา ฯลฯ มักทำให้เกิดเสียงก้องยาว - เสียงฟ้าร้อง

การปล่อยโคโรนาการเกิดหิมะถล่มของไอออนไม่ได้ทำให้เกิดประกายไฟเสมอไป แต่ยังอาจทำให้เกิดการปล่อยประจุประเภทอื่นด้วย - การปล่อยโคโรนา

ให้เรายืดลวดโลหะ ab ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งในสิบของมิลลิเมตร บนฐานที่เป็นฉนวนสูงสองอัน แล้วต่อเข้ากับขั้วลบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้าหลายพันโวลต์ เราจะนำขั้วที่สองของเครื่องกำเนิดมายังโลก ผลลัพธ์ที่ได้คือตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งซึ่งมีแผ่นลวดและผนังห้องซึ่งแน่นอนว่าสื่อสารกับโลก

สนามในตัวเก็บประจุนี้ไม่เหมือนกันมากและความเข้มของมันใกล้กับเส้นลวดเส้นเล็กนั้นสูงมาก โดยค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าและสังเกตสายไฟในที่มืด จะสังเกตได้ว่าที่แรงดันไฟฟ้าระดับหนึ่ง มีแสงอ่อน (โคโรนา) ปรากฏขึ้นใกล้สายไฟ ปกคลุมสายไฟทุกด้าน มันมาพร้อมกับเสียงฟู่และเสียงแตกเล็กน้อย หากมีการเชื่อมต่อกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนระหว่างสายไฟและแหล่งกำเนิดจากนั้นเมื่อมีลักษณะเรืองแสงกัลวาโนมิเตอร์จะแสดงกระแสที่เห็นได้ชัดเจนซึ่งไหลจากเครื่องกำเนิดผ่านสายไฟไปยังสายไฟและจากกระแสดังกล่าวผ่านอากาศของห้องไปยังผนัง ระหว่างเส้นลวดกับผนังนั้นจะถูกถ่ายโอนโดยไอออนที่เกิดขึ้นในห้องเนื่องจากการกระแทกของไอออนไนซ์ ดังนั้นการเรืองแสงของอากาศและการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าบ่งบอกถึงไอออไนซ์ที่รุนแรงของอากาศภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า การปล่อยโคโรนาสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแต่ใกล้กับสายไฟเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นที่ปลายและโดยทั่วไปใกล้กับอิเล็กโทรดใดๆ ก็ตาม ซึ่งใกล้กับบริเวณที่เกิดสนามไฟฟ้าที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่รุนแรงมาก

การประยุกต์ใช้การปล่อยโคโรนา การทำก๊าซให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า (เครื่องตกตะกอนด้วยไฟฟ้า). ทันใดนั้นภาชนะที่เต็มไปด้วยควันก็โปร่งใสโดยสมบูรณ์เมื่ออิเล็กโทรดโลหะแหลมคมที่เชื่อมต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้าถูกเสียบเข้าไป และอนุภาคของแข็งและของเหลวทั้งหมดจะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรด คำอธิบายสำหรับการทดลองมีดังนี้ ทันทีที่โคโรนาจุดประกายในเส้นลวด อากาศภายในท่อจะแตกตัวเป็นไอออนอย่างมาก ไอออนของก๊าซเกาะติดกับอนุภาคฝุ่นและชาร์จประจุเหล่านั้น เนื่องจากมีสนามไฟฟ้าแรงสูงภายในท่อ อนุภาคฝุ่นที่มีประจุจะเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไปยังอิเล็กโทรดซึ่งมันจะจับตัวอยู่

เครื่องนับอนุภาค. เครื่องนับอนุภาคไกเกอร์-มุลเลอร์ประกอบด้วยกระบอกโลหะขนาดเล็กที่มีหน้าต่างปิดด้วยฟอยล์และมีลวดโลหะบางทอดยาวไปตามแกนของกระบอกสูบและเป็นฉนวนจากกระบอกนั้น มิเตอร์เชื่อมต่อกับวงจรที่มีแหล่งกำเนิดกระแสซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าหลายพันโวลต์ แรงดันไฟฟ้าจะถูกเลือกตามความจำเป็นเพื่อให้ปรากฏการคายประจุโคโรนาภายในมิเตอร์

เมื่ออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เร็วเข้าไปในตัวนับ อิเล็กตรอนตัวหลังจะแตกตัวเป็นไอออนโมเลกุลของก๊าซภายในตัวนับ ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการจุดโคโรนาลดลงเล็กน้อย การปล่อยประจุเกิดขึ้นในมิเตอร์และกระแสไฟฟ้าระยะสั้นที่อ่อนแอจะปรากฏขึ้นในวงจร ในการตรวจจับนั้น จะมีการใส่ความต้านทานที่สูงมาก (หลายเมกะโอห์ม) เข้าไปในวงจรและมีการเชื่อมต่ออิเล็กโตรมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนขนานกับมัน แต่ละครั้งที่อิเล็กตรอนเร็วชนกับเคาน์เตอร์ แผ่นอิเล็กโตรมิเตอร์จะโค้งงอ

ตัวนับดังกล่าวทำให้สามารถลงทะเบียนไม่เพียงแต่อิเล็กตรอนเร็วเท่านั้น แต่โดยทั่วไปแล้ว อนุภาคที่มีประจุและเคลื่อนที่เร็วใด ๆ ที่สามารถผลิตไอออนไนซ์ผ่านการชนได้ เครื่องนับสมัยใหม่ตรวจจับการเข้ามาของอนุภาคแม้แต่อนุภาคเดียวได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงสามารถตรวจสอบได้ด้วยความน่าเชื่อถือที่สมบูรณ์และความชัดเจนอย่างยิ่งว่าอนุภาคที่มีประจุเบื้องต้นมีอยู่จริงในธรรมชาติ

สายล่อฟ้า. คาดว่ามีพายุฝนฟ้าคะนองประมาณ 1,800 ลูกเกิดขึ้นพร้อมๆ กันในชั้นบรรยากาศทั่วโลก ทำให้เกิดฟ้าผ่าโดยเฉลี่ยประมาณ 100 ครั้งต่อวินาที และแม้ว่าโอกาสที่บุคคลใดก็ตามจะถูกฟ้าผ่าจะมีน้อยมาก แต่ฟ้าผ่าก็ก่อให้เกิดอันตรายมากมาย ก็เพียงพอแล้วที่จะชี้ให้เห็นว่าในปัจจุบันประมาณครึ่งหนึ่งของอุบัติเหตุทั้งหมดในสายไฟฟ้าขนาดใหญ่มีสาเหตุมาจากฟ้าผ่า ดังนั้นการป้องกันฟ้าผ่าจึงเป็นงานที่สำคัญ

Lomonosov และ Franklin ไม่เพียงแต่อธิบายลักษณะทางไฟฟ้าของฟ้าผ่าเท่านั้น แต่ยังชี้ให้เห็นว่าสามารถสร้างสายล่อฟ้าเพื่อป้องกันฟ้าผ่าได้อย่างไร สายล่อฟ้าเป็นลวดยาว ปลายด้านบนแหลมและเสริมความแข็งแกร่งเหนือจุดสูงสุดของอาคารที่ได้รับการป้องกัน ปลายล่างของเส้นลวดเชื่อมต่อกับแผ่นโลหะ และแผ่นนั้นฝังอยู่ในดินที่ระดับน้ำในดิน ในระหว่างที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ประจุเหนี่ยวนำขนาดใหญ่จะปรากฏขึ้นบนโลกและสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ปรากฏขึ้นที่พื้นผิวโลก แรงดึงของมันสูงมากใกล้กับตัวนำที่มีคม ดังนั้นการปล่อยโคโรนาจึงถูกจุดติดที่ปลายสายล่อฟ้า ส่งผลให้ประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่สามารถสะสมบนอาคารได้ และไม่เกิดฟ้าผ่า ในกรณีที่เกิดฟ้าผ่า (และกรณีดังกล่าวเกิดขึ้นได้ยากมาก) มันจะกระทบกับสายล่อฟ้าและประจุจะตกลงสู่พื้นโลกโดยไม่สร้างความเสียหายให้กับอาคาร

ในบางกรณี การปล่อยโคโรนาจากสายล่อฟ้ามีความรุนแรงมากจนเกิดแสงที่มองเห็นได้ชัดเจนที่ปลาย บางครั้งแสงนี้จะปรากฏใกล้กับวัตถุปลายแหลมอื่นๆ เช่น ที่ปลายเสากระโดงเรือ ยอดไม้แหลมคม เป็นต้น ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตเห็นเมื่อหลายศตวรรษก่อนและทำให้เกิดความสยองขวัญที่เชื่อโชคลางในหมู่กะลาสีเรือที่ไม่เข้าใจแก่นแท้ที่แท้จริงของมัน

อาร์คไฟฟ้าในปี 1802 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย V.V. Petrov (1761-1834) พบว่าหากคุณติดสองชิ้นเข้ากับขั้วของแบตเตอรี่ไฟฟ้าขนาดใหญ่ ถ่านและนำถ่านมาสัมผัสกัน ขยับออกจากกันเล็กน้อย เกิดเปลวไฟสว่างขึ้นระหว่างปลายถ่าน และปลายถ่านก็ร้อนเป็นสีขาว เปล่งแสงพราวออกมา

อุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดในการผลิตอาร์คไฟฟ้าประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองตัวซึ่งจะดีกว่าที่จะไม่ใช้ถ่าน แต่เป็นแท่งที่ทำขึ้นเป็นพิเศษซึ่งได้มาจากการกดส่วนผสมของกราไฟท์เขม่าและสารยึดเกาะ แหล่งที่มาปัจจุบันอาจเป็นเครือข่ายแสงสว่างซึ่งมีลิโน่รวมอยู่ด้วยเพื่อความปลอดภัย

ด้วยการบังคับให้ส่วนโค้งเผาไหม้ด้วยกระแสคงที่ในก๊าซอัด (20 atm) ทำให้อุณหภูมิของปลายขั้วบวกของขั้วบวกสูงถึง 5900°C ได้ กล่าวคือ จนถึงอุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์ คอลัมน์ก๊าซและไอระเหยซึ่งมีการนำไฟฟ้าได้ดีและมีประจุไฟฟ้าไหลผ่านจะมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปอีก การระดมยิงก๊าซและไอเหล่านี้อย่างแรงโดยอิเล็กตรอนและไอออนที่ขับเคลื่อน สนามไฟฟ้าส่วนโค้งจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซในคอลัมน์อยู่ที่ 6,000-7,000°C ไอออนไนซ์ที่รุนแรงของก๊าซนั้นเป็นไปได้เพียงเพราะแคโทดส่วนโค้งปล่อยอิเล็กตรอนจำนวนมากออกมาซึ่งเมื่อมีผลกระทบจะทำให้เกิดไอออนไนซ์ก๊าซในพื้นที่ปล่อย การปล่อยอิเล็กตรอนที่รุนแรงจากแคโทดนั้นมั่นใจได้จากการที่อาร์คแคโทดนั้นถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก (ตั้งแต่ 2200 ถึง 3500°C) เมื่อถ่านหินสัมผัสกันเพื่อจุดไฟส่วนโค้ง ความร้อนของจูลเกือบทั้งหมดของกระแสที่ไหลผ่านถ่านหินจะถูกปล่อยออกมา ณ จุดที่สัมผัสกัน ซึ่งมีความต้านทานสูงมาก ดังนั้นปลายถ่านจึงร้อนมากและนี่ก็เพียงพอแล้วที่ส่วนโค้งจะแยกออกมาระหว่างพวกมันเมื่อแยกออกจากกัน ต่อจากนั้นแคโทดของส่วนโค้งจะยังคงอยู่ในสถานะร้อนโดยกระแสจะไหลผ่านส่วนโค้ง บทบาทหลักการระดมโจมตีแคโทดด้วยไอออนบวกที่ตกกระทบมีบทบาทในเรื่องนี้

ลักษณะแรงดันกระแสของส่วนโค้งนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างสมบูรณ์ ในการคายประจุส่วนโค้ง เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อส่วนโค้งจะลดลง เช่น ส่วนโค้งมีลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสตก

การประยุกต์ใช้การปล่อยส่วนโค้ง. แสงสว่าง. เนื่องจากอุณหภูมิสูง อิเล็กโทรดส่วนโค้งจึงปล่อยแสงพราว (การเรืองแสงของคอลัมน์ส่วนโค้งจะอ่อนลง เนื่องจากการแผ่รังสีของก๊าซมีน้อย) ดังนั้นส่วนโค้งไฟฟ้าจึงเป็นหนึ่งใน แหล่งที่ดีที่สุดสเวต้า กินไฟเพียงประมาณ 3 วัตต์ต่อแคนเดลา และประหยัดพลังงานมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด โคมไฟที่ดีที่สุดหลอดไส้ อาร์คไฟฟ้าถูกใช้ครั้งแรกเพื่อให้แสงสว่างในปี พ.ศ. 2418 โดยวิศวกรและนักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย P.N. Yablochkin (1847-1894) และได้รับชื่อ "แสงรัสเซีย" หรือ "แสงเหนือ" การเชื่อม. อาร์คไฟฟ้าใช้สำหรับเชื่อมชิ้นส่วนโลหะ ชิ้นส่วนที่ถูกเชื่อมทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดบวก เมื่อสัมผัสกับถ่านหินที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า จะมีการสร้างส่วนโค้งระหว่างร่างกายกับถ่านหิน ทำให้โลหะหลอมละลาย ส่วนโค้งของดาวพุธ. สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือส่วนโค้งของปรอทที่ลุกไหม้ในหลอดควอทซ์หรือที่เรียกว่าหลอดควอทซ์ ในหลอดไฟนี้ การปล่อยส่วนโค้งไม่ได้เกิดขึ้นในอากาศ แต่ในบรรยากาศของไอปรอท ซึ่งมีการนำปรอทจำนวนเล็กน้อยเข้าไปในหลอดไฟ และอากาศจะถูกสูบออก แสงอาร์คปรอทอุดมไปด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างมาก ซึ่งมีผลกระทบทางเคมีและสรีรวิทยาที่รุนแรง เพื่อให้สามารถใช้รังสีนี้ได้ โคมไฟไม่ได้ทำจากแก้วซึ่งดูดซับรังสียูวีได้อย่างรุนแรง แต่มาจากควอตซ์หลอมละลาย หลอดปรอทถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาโรคต่างๆ เช่นเดียวกับในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ว่าเป็นแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลตที่แข็งแกร่ง

โดยใช้หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้นเป็นแหล่งข้อมูล

เรียบเรียงโดยนักวิชาการ G.S. ลันด์สเบิร์ก (เล่ม 2) มอสโก สำนักพิมพ์ "Nauka", 2528

เสร็จสมบูรณ์โดย MARKIDONOV TIMUR, อีร์คุตสค์

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State: สื่อเสรี ค่าไฟฟ้าในก๊าซ

ภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซประกอบด้วยอะตอมหรือโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้า แทบไม่มีประจุก๊าซฟรีเลย ดังนั้นก๊าซจึงมี อิเล็กทริก- กระแสไฟฟ้าไม่ผ่านพวกมัน

เราพูดว่า "แทบไม่มีเลย" เพราะในความเป็นจริงแล้ว ในก๊าซและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอากาศ จะมีอนุภาคที่มีประจุอิสระจำนวนหนึ่งอยู่เสมอ พวกมันปรากฏเป็นผลมาจากผลกระทบของการแตกตัวเป็นไอออนของรังสีจากสารกัมมันตภาพรังสีที่ประกอบขึ้นเป็น เปลือกโลก, อัลตราไวโอเลต และ การฉายรังสีเอกซ์ดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับรังสีคอสมิก - กระแสของอนุภาคพลังงานสูงที่เจาะชั้นบรรยากาศของโลกจาก นอกโลก. ต่อจากนั้น เราจะกลับมาที่ข้อเท็จจริงนี้และหารือเกี่ยวกับความสำคัญของมัน แต่สำหรับตอนนี้เราจะเพียงสังเกตว่าภายใต้สภาวะปกติ ค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซที่เกิดจากประจุฟรี "ตามธรรมชาติ" นั้นมีค่าเล็กน้อยและสามารถเพิกเฉยได้

การทำงานของสวิตช์ในวงจรไฟฟ้าขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการเป็นฉนวนของช่องว่างอากาศ (รูปที่ 1) ตัวอย่างเช่น ช่องว่างอากาศเล็กๆ ในสวิตช์ไฟก็เพียงพอที่จะเปิดได้ วงจรไฟฟ้าในห้องของคุณ.

ข้าว. 1 คีย์

อย่างไรก็ตาม สามารถสร้างสภาวะที่กระแสไฟฟ้าปรากฏในช่องว่างก๊าซได้ ลองพิจารณาประสบการณ์ต่อไปนี้

มาชาร์จแผ่นของตัวเก็บประจุอากาศแล้วเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อน (รูปที่ 2 ซ้าย) ที่ อุณหภูมิห้องและไม่มากเกินไป อากาศชื้นกัลวาโนมิเตอร์จะไม่แสดงกระแสไฟฟ้าที่เห็นได้ชัดเจน: ช่องว่างอากาศของเราดังที่เรากล่าวไว้ไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้า

ข้าว. 2. การปรากฏตัวของกระแสในอากาศ

ตอนนี้ให้นำตะเกียงหรือเปลวเทียนมาไว้ในช่องว่างระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ (รูปที่ 2 ขวา) กระแสปรากฏ! ทำไม

ค่าน้ำมันฟรี

การเกิดกระแสไฟฟ้าระหว่างแผ่นคอนเดนเซอร์หมายความว่ามีเปลวไฟปรากฏขึ้นในอากาศ ค่าธรรมเนียมฟรี. อันไหนกันแน่?

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าในก๊าซเป็นการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุ สามประเภท . นี้ อิเล็กตรอน, ไอออนบวกและ ไอออนลบ.

เรามาดูกันว่าประจุเหล่านี้จะปรากฏในก๊าซได้อย่างไร

เมื่ออุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนทางความร้อนของอนุภาค - โมเลกุลหรืออะตอม - จะมีความรุนแรงมากขึ้น การชนกันของอนุภาคต่อกันทำให้เกิดแรงมากจนมันเริ่มต้นขึ้น ไอออนไนซ์- การสลายตัวของอนุภาคที่เป็นกลางเป็นอิเล็กตรอนและไอออนบวก (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ไอออนไนซ์

ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนคืออัตราส่วนของจำนวนอนุภาคก๊าซที่สลายตัวต่อจำนวนอนุภาคเริ่มต้นทั้งหมด ตัวอย่างเช่น หากระดับไอออไนซ์เท่ากับ นั่นหมายความว่าอนุภาคก๊าซดั้งเดิมแตกออกเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอน

ระดับของไอออไนเซชันของแก๊สขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น สำหรับไฮโดรเจน ที่อุณหภูมิต่ำกว่า ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนจะต้องไม่เกิน และที่อุณหภูมิสูงกว่า ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนจะใกล้เคียงกับ (นั่นคือ ไฮโดรเจนจะถูกแตกตัวเป็นไอออนเกือบทั้งหมด (เรียกว่าก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนบางส่วนหรือทั้งหมดเรียกว่า พลาสมา)).

นอกจากอุณหภูมิสูงแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ทำให้เกิดไอออไนซ์ของก๊าซอีกด้วย

เราได้กล่าวถึงไปแล้ว: สิ่งเหล่านี้คือรังสีกัมมันตภาพรังสีอัลตราไวโอเลตรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาอนุภาคคอสมิก เรียกว่าปัจจัยใด ๆ ที่ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซ ไอออไนเซอร์.

ดังนั้นไอออไนซ์จึงไม่เกิดขึ้นเอง แต่อยู่ภายใต้อิทธิพลของไอออไนเซอร์

ในขณะเดียวกัน กระบวนการย้อนกลับก็เกิดขึ้น - การรวมตัวกันอีกครั้งนั่นคือการรวมตัวใหม่ของอิเล็กตรอนและไอออนบวกให้เป็นอนุภาคที่เป็นกลาง (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. การรวมตัวกันอีกครั้ง

เหตุผลในการรวมตัวกันใหม่นั้นง่ายมาก: มันคือแรงดึงดูดของคูลอมบ์ของอิเล็กตรอนและไอออนที่มีประจุตรงข้ามกัน เมื่อพุ่งเข้าหากันภายใต้อิทธิพลของแรงไฟฟ้า พวกมันจะพบกันและสามารถสร้างอะตอมที่เป็นกลาง (หรือโมเลกุล ขึ้นอยู่กับประเภทของก๊าซ)

ที่ความเข้มข้นคงที่ของการกระทำของไอออไนเซอร์ สมดุลไดนามิกจะถูกสร้างขึ้น: จำนวนอนุภาคโดยเฉลี่ยที่สลายตัวต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับจำนวนเฉลี่ยของอนุภาคที่รวมตัวกันใหม่ (กล่าวคือ อัตราการไอออไนเซชันจะเท่ากับอัตราการรวมตัวใหม่) ถ้า การกระทำของไอออไนเซอร์จะเพิ่มขึ้น (เช่น โดยการเพิ่มอุณหภูมิ) จากนั้นสมดุลไดนามิกจะเปลี่ยนไปทางด้านไอออไนซ์ และความเข้มข้นของอนุภาคที่มีประจุในก๊าซจะเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม หากคุณปิดเครื่องสร้างประจุไอออน การรวมตัวกันใหม่จะเริ่มมีอำนาจเหนือกว่า และประจุฟรีจะค่อยๆ หายไปโดยสิ้นเชิง

ดังนั้นไอออนบวกและอิเล็กตรอนจึงปรากฏในก๊าซอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออน ประจุประเภทที่สามมาจากไหน - ไอออนลบ? ง่ายมาก: อิเล็กตรอนสามารถชนอะตอมที่เป็นกลางและเกาะติดกับอะตอมนั้นได้! กระบวนการนี้แสดงไว้ในรูปที่. 5.

ข้าว. 5. การปรากฏตัวของไอออนลบ

ไอออนลบที่เกิดขึ้นจะมีส่วนร่วมในการสร้างกระแสพร้อมกับไอออนบวกและอิเล็กตรอน

การปลดปล่อยที่ไม่ยั่งยืน

หากไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอก ประจุไฟฟ้าจะเกิดความวุ่นวาย การเคลื่อนไหวด้วยความร้อนพร้อมกับอนุภาคก๊าซที่เป็นกลาง แต่เมื่อมีการใช้สนามไฟฟ้า การเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุจะเริ่มขึ้น - กระแสไฟฟ้าในแก๊ส.

ข้าว. 6. การปลดปล่อยที่ไม่ยั่งยืน

ในรูป 6 เราเห็นอนุภาคมีประจุสามประเภทที่เกิดขึ้นในช่องว่างก๊าซภายใต้การกระทำของไอออไนเซอร์: ไอออนบวก ไอออนลบ และอิเล็กตรอน กระแสไฟฟ้าในก๊าซเกิดขึ้นจากการเคลื่อนตัวสวนทางของอนุภาคที่มีประจุ: ไอออนบวก - ไปยังอิเล็กโทรดลบ (แคโทด) อิเล็กตรอนและไอออนลบ - ไปยังอิเล็กโทรดบวก (แอโนด).

อิเล็กตรอนที่ชนขั้วบวกบวกจะถูกส่งผ่านวงจรไปยัง "บวก" ของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ไอออนลบจะปล่อยอิเล็กตรอนเพิ่มเติมให้กับขั้วบวก และเมื่อกลายเป็นอนุภาคที่เป็นกลาง กลับคืนสู่ก๊าซ อิเล็กตรอนที่ให้แก่ขั้วบวกจะรีบไปที่ "บวก" ของแหล่งกำเนิดด้วย ไอออนบวกเมื่อมาถึงแคโทดจะรับอิเล็กตรอนจากที่นั่น ผลการขาดดุลของอิเล็กตรอนที่แคโทดจะได้รับการชดเชยทันทีด้วยการส่งอิเล็กตรอนไปที่นั่นจากแหล่งกำเนิด "ลบ" จากกระบวนการเหล่านี้ทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้รับคำสั่งเกิดขึ้นในวงจรภายนอก นี่คือกระแสไฟฟ้าที่บันทึกโดยกัลวาโนมิเตอร์

กระบวนการที่อธิบายไว้ในรูปที่ 1 6 เรียกว่า ไม่ปลดปล่อยตัวเองในก๊าซ ทำไมต้องพึ่ง? ดังนั้น เพื่อรักษาไว้ จำเป็นต้องมีการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนอย่างต่อเนื่อง ลองถอดไอออไนเซอร์ออก - และกระแสจะหยุดลงเนื่องจากกลไกที่ทำให้แน่ใจว่าการปรากฏตัวของประจุอิสระในช่องว่างก๊าซจะหายไป ช่องว่างระหว่างขั้วบวกและแคโทดจะกลายเป็นฉนวนอีกครั้ง

ลักษณะแรงดันกระแสของการปล่อยก๊าซ

การพึ่งพากระแสผ่านช่องว่างก๊าซกับแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและแคโทด (ที่เรียกว่า ลักษณะแรงดันกระแสของการปล่อยก๊าซ) แสดงไว้ในรูปที่ 7.

ข้าว. 7. ลักษณะแรงดันกระแสของการปล่อยก๊าซ

ที่แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ ความแรงของกระแสจะเป็นศูนย์โดยธรรมชาติ: อนุภาคที่มีประจุจะทำการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนเท่านั้น ไม่มีการเคลื่อนที่ตามลำดับระหว่างอิเล็กโทรด

เมื่อแรงดันต่ำ กระแสก็ต่ำเช่นกัน ความจริงก็คืออนุภาคที่มีประจุไม่ได้ถูกกำหนดให้เข้าถึงอิเล็กโทรด: ไอออนบวกและอิเล็กตรอนบางตัวจะพบกันและรวมตัวกันอีกครั้งระหว่างการเคลื่อนที่

เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ประจุอิสระจะพัฒนาเร็วขึ้นและเร็วขึ้น และโอกาสที่ไอออนบวกและอิเล็กตรอนจะต้องมาพบกันและรวมตัวกันใหม่ก็น้อยลง ดังนั้นส่วนที่เพิ่มขึ้นของอนุภาคที่มีประจุจะไปถึงอิเล็กโทรดและกระแสจะเพิ่มขึ้น (ส่วน )

ที่ค่าแรงดันไฟฟ้า (จุด) อัตราความเร็วของการเคลื่อนที่ของประจุจะสูงมากจนการรวมตัวกันใหม่ไม่มีเวลาเกิดขึ้นเลย จากนี้ไป ทั้งหมดอนุภาคที่มีประจุที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของไอออไนเซอร์จะไปถึงอิเล็กโทรดและ กระแสถึงความอิ่มตัว- กล่าวคือความแรงของกระแสหยุดเปลี่ยนแปลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นจนถึงจุดหนึ่ง

การปลดปล่อยตัวเอง

หลังจากผ่านจุดนั้น ความแรงของกระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น - หมวดหมู่อิสระ. ตอนนี้เราจะหาว่ามันคืออะไร

อนุภาคก๊าซที่มีประจุจะเคลื่อนจากการชนไปสู่การชนกัน ในช่วงเวลาระหว่างการชน สนามไฟฟ้าจะเร่งขึ้น ทำให้พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เพียงพอ (จุดเดียวกันนั้น) อิเล็กตรอนในระหว่างเส้นทางอิสระของพวกมันจะไปถึงพลังงานดังกล่าว ซึ่งเมื่อพวกมันชนกับอะตอมที่เป็นกลาง พวกมันจะแตกตัวเป็นไอออน! (จากการใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและพลังงาน สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าเป็นอิเล็กตรอน (ไม่ใช่ไอออน) ที่ถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าที่มีความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนอะตอมสูงสุด)

ที่เรียกว่า ไอออนไนซ์กระทบอิเล็กตรอน. อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากอะตอมที่แตกตัวจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าและชนกับอะตอมใหม่ ซึ่งปัจจุบันทำให้เกิดไอออนและสร้างอิเล็กตรอนใหม่ ผลที่ตามมาของหิมะถล่มของอิเล็กตรอนทำให้จำนวนอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วส่งผลให้ความแรงของกระแสเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน

จำนวนการชาร์จฟรีมีมากจนความต้องการเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอกหายไป คุณก็สามารถลบมันออกได้ ผลที่ได้คืออนุภาคที่มีประจุอิสระจึงถูกสร้างขึ้น ภายในกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซ - นั่นคือสาเหตุว่าทำไมการปลดปล่อยจึงเรียกว่าเป็นอิสระ

หากช่องว่างของก๊าซอยู่ภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง ก็ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องสร้างประจุไอออนเพื่อคายประจุเอง ก็เพียงพอแล้วที่จะมีอิเล็กตรอนอิสระเพียงตัวเดียวในก๊าซ และหิมะถล่มของอิเล็กตรอนที่อธิบายไว้ข้างต้นจะเริ่มขึ้น และจะมีอิเล็กตรอนอิสระอย่างน้อยหนึ่งตัวเสมอ!

ขอให้เราจำไว้อีกครั้งว่าในก๊าซ แม้จะอยู่ภายใต้สภาวะปกติ ก็จะมีประจุอิสระจำนวนหนึ่ง "ตามธรรมชาติ" เนื่องจากการแผ่รังสีกัมมันตภาพรังสีที่แตกตัวเป็นไอออนจากเปลือกโลก การแผ่รังสีความถี่สูงจากดวงอาทิตย์ และรังสีคอสมิก เราได้เห็นแล้วว่าที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ ค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซที่เกิดจากประจุอิสระเหล่านี้มีค่าน้อยมาก แต่ตอนนี้ที่แรงดันไฟฟ้าสูง พวกมันจะสร้างอนุภาคใหม่ถล่ม ทำให้เกิดการปล่อยประจุอิสระ มันจะเกิดขึ้นอย่างที่พวกเขาพูดกันว่า ชำรุดช่องว่างก๊าซ

ความแรงของสนามแม่เหล็กที่จำเป็นสำหรับการสลายอากาศแห้งคือประมาณ kV/cm กล่าวอีกนัยหนึ่ง เพื่อให้ประกายไฟกระโดดระหว่างอิเล็กโทรดที่แยกจากกันด้วยอากาศหนึ่งเซนติเมตร ต้องใช้แรงดันไฟฟ้ากิโลโวลต์กับอิเล็กโทรดเหล่านั้น ลองนึกภาพแรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการทะลุอากาศหลายกิโลเมตร! แต่มันเป็นความผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองอย่างแม่นยำ - สิ่งเหล่านี้คือฟ้าผ่าที่คุณรู้จักดี