V plyne dochádza k nesamostatnému výboju. Samoudržateľný a nesamosprávny výboj - elektrický alebo plynový

Proces vzniku a tvorby lavín v dôsledku nárazovej ionizácie, diskutovaný vyššie, nestráca povahu nesebastačného výboja, pretože Ak externý ionizátor prestane fungovať, výboj rýchlo zmizne.

Vznik a vznik nábojovej lavíny sa však neobmedzuje len na proces nárazovej ionizácie. S ďalším relatívne malým zvýšením napätia na elektródach plynovej výbojovej medzery získajú kladné ióny väčšiu energiu a dopadom na katódu z nej vyrazia elektróny. emisia sekundárnych elektrónov . Výsledné voľné elektróny na ceste k anóde spôsobujú nárazovú ionizáciu molekúl plynu. Kladné ióny na ceste ku katóde v elektrických poliach samy ionizujú molekuly plynu.

Ak je každý elektrón vyrazený z katódy schopný urýchliť a vyvolať nárazovú ionizáciu molekúl plynu, potom sa výboj udrží aj po skončení vplyvu externého ionizátora. Napätie, pri ktorom vzniká samovybíjanie, sa nazýva napätie obvodu.

Na základe toho, čo bolo povedané, nezávislý výboj budeme nazývať taký výboj plynu, pri ktorom vznikajú prúdové nosiče v dôsledku tých procesov v plyne, ktoré sú spôsobené napätím aplikovaným na plyn. Tie. tento výboj pokračuje aj po tom, čo ionizátor prestane fungovať.

Keď je medzielektródová medzera pokrytá plne vodivou plynovou výbojovou plazmou, začína to zlomiť . Napätie, pri ktorom dôjde k rozpadu medzielektródovej medzery, sa nazýva prierazné napätie. A zodpovedajúca sila elektrického poľa sa nazýva prierazné napätie.

Uvažujme o podmienkach vzniku a udržiavania nezávislého výboja.

Pri vysokých napätiach medzi elektródami plynovej medzery sa prúd výrazne zvyšuje. K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že elektróny generované pod vplyvom externého ionizátora, silne zrýchleného elektrickým poľom, sa zrážajú s neutrálnymi molekulami plynu a ionizujú ich. V dôsledku toho sekundárne elektróny A kladné ióny(proces 1, obr. 8.4). Kladné ióny sa pohybujú smerom ku katóde a elektróny sa pohybujú smerom k anóde. Sekundárne elektróny reionizujú molekuly plynu, a preto sa celkový počet elektrónov a iónov zvýši, keď sa elektróny lavínovito pohybujú smerom k anóde. To je dôvod zvýšenia elektrického prúdu. Opísaný proces je tzv nárazová ionizácia.

Nárazová ionizácia pod vplyvom elektrónov však nie je dostatočná na udržanie výboja pri odstránení externého ionizátora. K tomu je potrebné, aby elektronické lavíny boli „reprodukované“, t.j. aby sa vplyvom niektorých procesov v plyne objavili nové elektróny. Ide o nasledujúce procesy:

• kladné ióny urýchľované elektrickým poľom, narážajúce na katódu, vyrážajú z nej elektróny (proces 2);
• kladné ióny, ktoré sa zrážajú s molekulami plynu, ich prenášajú do excitovaného stavu; prechod takýchto molekúl do základného stavu je sprevádzaný emisiou fotónov (proces 3);
• fotón absorbovaný neutrálnou molekulou ju ionizuje a nastáva proces fotónovej ionizácie molekúl (proces 4);
• vyradenie elektrónov z katódy pod vplyvom fotónov (proces 5);
• nakoniec pri významných napätiach medzi elektródami plynovej medzery nastáva moment, keď kladné ióny, ktoré majú kratšiu voľnú dráhu ako elektróny, získajú energiu dostatočnú na ionizáciu molekúl plynu (proces 6) a lavíny iónov sa vrhnú na negatívnu platňu. Keď sa okrem elektrónových lavín vyskytnú aj iónové lavíny, sila prúdu sa zvyšuje prakticky bez zvýšenia napätia.

Téma 7. Elektrická vodivosť kvapalín a plynov.

§1. Elektrický prúd v plynoch.

§2. Nesamostatné a nezávislé výboje plynu.

§3. Druhy nesamostatných výbojov a ich technické využitie.

§4. Koncept plazmy.

§5. Elektrický prúd v kvapalinách.

§6. Zákony elektrolýzy.

§7. Technické aplikácie elektrolýzy (urob si sám).

Elektrický prúd v plynoch.

IN normálnych podmienkach plyny sú dielektriká a stávajú sa vodičmi až vtedy, keď sú nejakým spôsobom ionizované. Ionizátormi môžu byť röntgenové lúče, kozmické lúče, ultrafialové lúče, rádioaktívne žiarenie, intenzívne zahrievanie a pod.

Ionizačný proces plynov spočíva v tom, že vplyvom ionizátora sa z atómov odštiepi jeden alebo viac elektrónov. Výsledkom je, že namiesto neutrálneho atómu sa objaví kladný ión a elektrón.

Elektróny a kladné ióny vznikajúce pri pôsobení ionizátora nemôžu dlhodobo existovať oddelene a po opätovnom spojení opäť tvoria atómy alebo molekuly. Tento jav sa nazýva rekombinácia.

Keď je ionizovaný plyn umiestnený v elektrickom poli, na voľné náboje pôsobia elektrické sily, ktoré sa unášajú rovnobežne s napäťovými čiarami - elektróny a záporné ióny anóda(elektróda nejakého zariadenia pripojená na kladný pól zdroja energie), kladné ióny - do katóda(elektróda nejakého zariadenia pripojená k zápornému pólu zdroja prúdu). Na elektródach sa ióny premenia na neutrálne atómy, ktoré dávajú alebo prijímajú elektróny, čím sa obvod uzatvára. Vyskytuje sa v plyne elektriny. Elektrický prúd v plynoch je tzv výboj plynu. teda vodivosť plynov je elektrónovo-iónovej povahy.

Nesamostatné a nezávislé výboje plynu.

Zostavme elektrický obvod obsahujúci zdroj prúdu, voltmeter, ampérmeter a dve kovové platne oddelené vzduchovou medzerou.

Ak umiestnite ionizátor blízko vzduchovej medzery, v obvode sa objaví elektrický prúd, ktorý pôsobením ionizátora zmizne.

Elektrický prúd v plyne s nesamovodivým sa nazýva nesamostatný výboj plynu. Graf závislosti výbojového prúdu na potenciálnom rozdiele medzi elektródami - prúdovo-napäťová charakteristika výboja plynu:

OA je časť, kde sa dodržiava Ohmov zákon. Len niektoré z nabitých častíc sa dostanú k elektródam, niektoré sa rekombinujú;

AB - proporcionalita Ohmovho zákona je porušená a počnúc prúdom sa nemení. Najvyšší možný prúd s daným ionizátorom je tzv saturačný prúd ;

Slnko - nezávislý výboj plynu v tomto prípade výboj plynu pokračuje aj po ukončení externého ionizátora v dôsledku iónov a elektrónov vznikajúcich nárazová ionizácia(ionizácia elektrického šoku); nastane, keď sa potenciálny rozdiel medzi elektródami zvýši (nastane elektrónová lavína).

Za normálnych podmienok je plyn dielektrikum, t.j. pozostáva z neutrálnych atómov a molekúl a neobsahuje voľné nosiče elektrického prúdu.
Vodivý plyn je ionizovaný plyn. Ionizovaný plyn má elektrónovo-iónovú vodivosť.

Ionizácia plynu

Ide o rozklad neutrálnych atómov alebo molekúl na kladné ióny a elektróny odstránením elektrónov z atómov. Ionizácia nastáva, keď sa plyn zahrieva alebo je vystavený žiareniu (UV, röntgenové žiarenie, rádioaktívne) a vysvetľuje sa rozpadom atómov a molekúl pri zrážkach pri vysokých rýchlostiach.

Výtok plynu- ide o elektrický prúd v ionizovaných plynoch.
Nosičmi náboja sú kladné ióny a elektróny. Výboj plynu sa pozoruje v plynových výbojkách (lampy), keď je vystavený elektrickému alebo magnetickému poľu.

Rekombinácia nabitých častíc

- plyn prestáva byť vodičom, ak sa ionizácia zastaví, k tomu dochádza v dôsledku rekombinácie (znovu spojenie opačne nabitých častíc).

Existuje samoudržateľný a nesamosprávny výboj plynu.

Nesamostatný výboj plynu
- ak sa zastaví činnosť ionizátora, zastaví sa aj výboj.

Keď výboj dosiahne saturáciu, graf sa stane vodorovným. Tu je elektrická vodivosť plynu spôsobená len pôsobením ionizátora.

Samostatný výboj plynu
- v tomto prípade výboj plynu pokračuje aj po ukončení externého ionizátora v dôsledku iónov a elektrónov vznikajúcich pri nárazovej ionizácii (= ionizácia elektrického šoku); nastáva vtedy, keď sa rozdiel potenciálov medzi elektródami zväčšuje (nastáva lavína elektrónov).
Nesamostatný plynový výboj sa môže premeniť na autonómny plynový výboj, keď Ua = Uignition.

Žiarivý výboj- jeden z druhov stacionárneho nezávislého elektrického výboja v plynoch. Vytvára sa spravidla pri nízkom tlaku plynu a nízkom prúde. Keď sa prechádzajúci prúd zvyšuje, mení sa na oblúkový výboj.

Typickým príkladom žeravého výboja, ktorý pozná väčšina ľudí, je žiara neónovej lampy.

CHARAKTERISTIKY

Charakteristická vlastnosťžeravý výboj je veľký potenciálny pokles v blízkosti katódy. Na rozdiel od nestacionárnych (pulzných) elektrických výbojov v plynoch zostávajú hlavné charakteristiky žeravého výboja v priebehu času relatívne stabilné.

Elektrónová energia. Priemerná energia získaná elektrónom pri jednej efektívnej zrážke. Skutočné zmeny energie elektrónov počas zrážok. Vzťah medzi chaotickou a driftovou rýchlosťou.

Jeden elektrónvolt sa rovná energii potrebnej na prenos elementárneho náboja v elektrostatickom poli medzi bodmi s rozdielom potenciálov 1 V.

Lístok č. 6

Fenomén transportu v plynoch. Difúzia, viskozita, prierez. Priemerná dĺžka voľná dráha atómov (molekúl). Frekvencia kolízií. Stredná voľná dráha zohľadňujúca relatívny pohyb častíc.

Difúzia.

Pre plyn je difúzia distribúcia molekúl nečistôt zo zdroja (alebo vzájomná difúzia plynu).

Difúzia prebieha v smere znižovania koncentrácie látky a vedie k jej rovnomernej distribúcii v celom obsadenom objeme

Viskozita

Viskozita (vnútorné trenie) - jeden z javov prenosu, vlastnosť tekutých telies (kvapalín a plynov) odolávať pohybu jednej ich časti voči druhej. Výsledkom je, že práca vynaložená na tento pohyb sa rozptýli vo forme tepla.

Zhruba povedané, trenie v plynoch a kvapalinách.

Prierez.

Efektívny prierez je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje pravdepodobnosť prechodu sústavy dvoch interagujúcich častíc do určitého konečného stavu.

Plyny, na rozdiel od kovov a elektrolytov, pozostávajú z elektricky neutrálnych atómov a molekúl a za normálnych podmienok neobsahujú voľné prúdové nosiče (elektróny a ióny). Preto plyny za normálnych podmienok sú dielektriká.

Nosiče elektrického prúdu v plynoch môžu vzniknúť len v procese ionizácie plynov, t.j. pri tvorbe iónov v plyne.

Ionizačný proces plyny sa vyskytujú pod vplyvom vonkajších vplyvov (vonkajšie ionizátory): silné zahrievanie, ultrafialové a röntgenové lúče.

Proces ionizácie plynov pozostáva je, že vplyvom ionizátorov sa z atómov odstráni jeden alebo viac elektrónov. Výsledkom je, že namiesto neutrálneho atómu sa objaví kladný ión a elektrón. Niektoré z výsledných elektrónov môžu byť zachytené inými neutrálnymi atómami a potom sa objavia záporne nabité ióny. Oddelenie elektrónu od atómu si vyžaduje vynaloženie určitej energie - ionizačnej energie Wi, ktorá sa meria prácou proti sile príťažlivosti elektrónu atómovým jadrom: Wi = eUi, kde e je náboj elektrón, Ui je ionizačný potenciál pre danú látku.

Ionizačná energia závisí od chemickej povahy plynu a energetického stavu elektrónu v atóme

Elektróny a kladné ióny generované počas pôsobenia ionizátora nemôžu existovať oddelene po dlhú dobu a pri zrážkach opäť vytvárajú neutrálne atómy alebo molekuly. Tento jav sa nazýva rekombinácia(opak ionizácie). Preto, keď ionizátor prestane fungovať, elektrický prúd v plyne zmizne.

Ak je počas ionizácie potrebná energia na odstránenie elektrónu z atómu, potom sa počas rekombinácie táto energia uvoľní z väčšej časti vo forme svetelného žiarenia. Pri dostatočnej intenzite rekombinácie je elektrický prúd v plynoch sprevádzaný nápadnou žiarou.

Pri nepretržitom pôsobení ionizátora a neprítomnosti elektrického poľa v plyne sa vytvorí pohyblivá rovnováha medzi ionizáciou molekúl a rekombináciou iónov., vyznačujúci sa určitou koncentráciou iónov.

Mechanizmus elektrickej vodivosti plynov.

Keď je ionizovaný plyn umiestnený v elektrickom poli, na voľné náboje pôsobia elektrické sily, ktoré sa pohybujú rovnobežne s napäťovými vedeniami: elektróny a záporné ióny k anóde, kladné ióny ku katóde. Na elektródach sa ióny premenia na neutrálne atómy, ktoré dávajú alebo prijímajú elektróny, čím sa obvod uzatvára. V plyne vzniká elektrický prúd. Elektrický prúd v plynoch sa nazýva výboj plynu. teda vodivosť plynov má iónovo-elektroniku charakter.

Výtok plynu existujú dva typy:

1. Nezávislý výboj plynu.

2. Závislý výboj plynu.

závislý, ak je vytvorený pod vplyvom akýchkoľvek vonkajších faktorov.

Výboj plynu (vodivosť plynu) sa nazýva nezávislý, ak sa vytvára v plyne pod vplyvom samotného elektrického poľa, ktoré existuje medzi elektródami (anódou a katódou).

Nesamostatný výboj plynu

Ak elektrickú vodivosť plynu vytvárajú externé ionizátory, potom sa v ňom vznikajúci elektrický prúd nazýva nesamosprávny výboj plynu. S ukončením pôsobenia vonkajších ionizátorov prestáva samoudržiavací výboj. Nesamostatný výboj plynu nie je sprevádzaný žiarou plynu.

Na obr. znázorňuje graf závislosti prúdu od napätia pri nesamosprávnom výboji v plyne. Na vykreslenie grafu sa použila sklenená trubica s dvoma kovovými elektródami zatavenými do skla. Reťaz je zostavená tak, ako je znázornené na obrázku.

1. Keď sa aplikuje rozdiel potenciálov, v trubici vzniká elektrický prúd.

2. Pri malom potenciálnom rozdiele sa nie všetky vytvorené ióny dostanú k elektródam.

3. Keď sa potenciálny rozdiel (napätie) medzi elektródami trubice zväčšuje, zvyšuje sa podiel nabitých častíc, ktoré sa dostanú k elektródam. Súčasne sa zvyšuje aj prúd v obvode.

4. Pri určitom napätí nastane moment, pri ktorom všetky nabité častice vytvorené v plyne ionizátorom za sekundu dosiahnu elektródy za rovnaký čas. V tomto prípade nedochádza k ďalšiemu zvýšeniu prúdu. Táto maximálna hodnota prúdu sa nazýva saturačný prúd .

5. Ak sa zastaví činnosť ionizátora, tak sa zastaví aj prúd v obvode, t.j. plynový výboj, pretože neexistujú žiadne iné zdroje iónov. Ak odstránite externý ionizátor, nevytvoria sa žiadne nové ióny a tie, ktoré existujú, dosiahnu elektródu alebo sa rekombinujú.

Samostatný výboj plynu

Nazýva sa elektrický výboj v plyne, ktorý pretrváva aj po tom, čo externý ionizátor prestane fungovať nezávislý výboj plynu. Pre jeho realizáciu je potrebné, aby v dôsledku samotného výboja plynule vznikali voľné náboje. Hlavným zdrojom ich výskytu je nárazová ionizácia molekúl plynu.

Ak po dosiahnutí nasýtenia budeme naďalej zvyšovať potenciálny rozdiel medzi elektródami, tak sila prúdu pri dostatočne vysokom napätí začne prudko narastať (pozri obr. a graf 2).

V dôsledku toho sa objaví v plyne dodatočný zdroj tvorba iónov. Intenzita prúdu sa môže zvýšiť stokrát a tisíckrát a počet nabitých častíc generovaných počas procesu výboja môže byť taký veľký, že na udržanie výboja už nebude potrebný externý ionizátor. Preto je teraz možné ionizátor odstrániť.

Potenciálny rozdiel medzi katódou a anódou začína hrať prevládajúcu úlohu. Čím väčší je potenciálny rozdiel medzi elektródami, tým väčšia je intenzita elektrického poľa. Kinetická energia elektrónu pred ďalšou zrážkou je úmerná intenzite poľa a strednej voľnej dráhe elektrónu: meV2/2=eEl. Ak kinetická energia elektrónu presiahne prácu Ai, ktorá sa musí vykonať na ionizáciu neutrálneho atómu (alebo molekuly), t.j. meV2/2>Ai, potom keď sa elektrón zrazí s atómom (alebo molekulou), je ionizovaný ( nárazová ionizácia). Výsledkom je, že namiesto jedného elektrónu sa objavia dva (jeden, ktorý narazí na atóm, a jeden, ktorý sa z atómu vytrhne). Elektróny oddelené od molekúl v dôsledku ionizácie môžu zase pod vplyvom poľa získať energiu dostatočnú na ionizáciu. V dôsledku toho sa koncentrácia iónov a tým aj elektrická vodivosť plynu výrazne zvyšuje. Ak vyberiete externý ionizátor, vybíjanie sa nezastaví. Keďže takýto výboj nevyžaduje na udržanie externý ionizátor, nazýva sa nezávislý výboj plynu.

Prítomnosť iba ionizácie nárazom elektrónov však ešte nevedie k nezávislému výboju. Aby existoval nezávislý výboj, je potrebné, aby v plyne prebiehali ďalšie procesy, ktoré produkujú nové elektróny, ktoré nahradia tie, ktoré sa stratili na anóde.. Takéto procesy môžu byť sekundárna emisia elektrónov z katódy(vyrážanie elektrónov z katódy kladnými iónmi urýchlenými v elektrickom poli), môže katóda pri zahriatí na vysokú teplotu emitovať elektróny. Tento proces sa nazýva termionická emisia atď.

Druhy samovybíjania:

1. Iskrový výboj

Príkladom iskrového výboja sú iskry, ktoré vznikajú pri česaní vlasov alebo pri vybití kondenzátora.

Iskrový výbojčasto pozorovaný v prírode je blesk. Blesk- ide o výboj medzi dvoma nabitými oblakmi alebo medzi oblakom a zemou. Nosiče náboja v oblakoch sú nabité kvapky vody alebo snehové vločky.

Iskrový výboj je sprevádzaný uvoľňovaním veľkého množstva tepla, jasnou žiarou plynu, praskavým zvukom alebo hromom.

1. Oblúkový výboj.

Oblúkový výboj možno pozorovať za nasledujúcich podmienok: ak sa po zapálení iskrového výboja postupne zníži odpor obvodu, potom sa zvýši sila prúdu v iskre. Keď bude odpor obvodu dostatočne malý, bude nový formulár výboj plynu, nazývaný oblúk. V tomto prípade sa prúd prudko zvyšuje, dosahuje desiatky a stovky ampérov a napätie na výbojovej medzere klesá na niekoľko desiatok voltov. To ukazuje, že vo výboji vznikajú nové procesy, ktoré dodávajú plynu veľmi vysokú elektrickú vodivosť.

Elektrický oblúk je výkonný svetelný zdroj a je široko používaný v projekčných, reflektorových a iných osvetľovacích inštaláciách. Vďaka vysokej teplote je oblúk široko používaný na zváranie a rezanie kovov. Vysoká teplota oblúky sa používajú aj pri konštrukcii elektrických oblúkových pecí, ktoré hrajú dôležitá úloha v modernej elektrometalurgii.

1. Žiarivý výboj

Žiarivý výboj pozorovaný kedy nízke tlaky plyn (asi 0,1 mm Hg). Ak sa na elektródy prispájkované do sklenenej trubice aplikuje konštantné napätie niekoľko stoviek voltov a potom sa vzduch z trubice postupne odčerpáva, pozorujeme nasledujúci jav: keď sa tlak plynu zníži, v určitom bode sa objaví výboj v trubice, ktorá vyzerá ako žeravá šnúra spájajúca anódovú a katódovú trubicu (obr. 1). Pri ďalšom poklese tlaku sa táto šnúra roztiahne a vyplní celý prierez trubice a žiara v blízkosti katódy zoslabne. V blízkosti katódy sa vytvorí prvý tmavý priestor 1, ku ktorému prilieha iónová svetelná vrstva 2 (tlejúca žiara), ktorá má ostré ohraničenie na strane katódy a postupne mizne na strane anódy. Za tlejúcou žiarou je opäť pozorovaná tmavá medzera 3, nazývaná Faraday alebo druhý tmavý priestor. Za ním leží svetelná oblasť 4, siahajúca k anóde alebo kladnému stĺpu.

Pri žeravom výboji sú obzvlášť dôležité iba dve jeho časti - katódový tmavý priestor 1 a žiara 2, v ktorých prebiehajú hlavné procesy podporujúce výboj. Elektróny, ktoré ionizujú plyn, vznikajú fotoemisiou z katódy a kolíziami kladných iónov s katódou trubice.

V súčasnosti sa nachádzajú žeraviace výbojky praktické využitie ako zdroj svetla - plynové výbojky.

1. Korónový výboj

Korónový výboj pozorované pri relatívne vysokých tlakoch plynu (napr atmosferický tlak) v prudko nehomogénnom elektrickom poli. Na získanie výraznej nehomogenity poľa musia mať elektródy výrazne odlišné povrchy, t.j. jedna elektróda je veľmi veľký povrch a druhá je veľmi malá. Napríklad korónový výboj možno ľahko dosiahnuť umiestnením tenkého drôtu do kovového valca, ktorého polomer je podstatne väčší ako polomer drôtu.

Korónový výboj sa používa v technológii na inštaláciu elektrických odlučovačov určených na čistenie priemyselných plynov od pevných a kvapalných nečistôt.

Na tenkých vodičoch pod napätím sa môže vyskytnúť korónový výboj. Výskyt korónového výboja na okrajoch vodičov vysvetľuje účinok bleskozvodu, ktorý chráni budovy a prenosové vedenia pred údermi blesku.

Používa sa vyžarovanie svetla žiarivkami a plynovými výbojkami pouličného osvetlenia; elektrický oblúk sa používa v prístrojoch na premietanie filmov; Ortuťovo-kremenná lampa našla uplatnenie na klinikách a v nemocniciach.

1. Plazma.

Plazma je čiastočne alebo úplne ionizovaný plyn, v ktorom sú hustoty kladných a záporných nábojov takmer rovnaké. Plazma ako celok je teda elektricky neutrálny systém.

Kvantitatívnou charakteristikou plazmy je stupeň ionizácie. Stupeň ionizácie plazma je pomer objemovej koncentrácie nabitých častíc k celkovej objemovej koncentrácii častíc. Podľa stupňa ionizácie sa plazma delí na slabo ionizovanú(zlomok percenta), čiastočne ionizované(rádovo niekoľko percent) a plne ionizované(takmer 100 %). Slabo ionizovaná plazma v prírodné podmienky sú vrchné vrstvy atmosféry – ionosféra. Slnko, horúce hviezdy a niektoré medzihviezdne oblaky sú plne ionizovaná plazma, ktorá vzniká pri vysokých teplotách.

Plazmu nemožno charakterizovať jednou hodnotou teploty T; odlíšiť elektrónovú teplotu tí, teplota iónov Ti (alebo teploty iónov, ak je v plazme niekoľko druhov iónov) a teplota neutrálnych atómov T (neutrálna zložka). Takáto plazma je tzv neizotermické, Na rozdiel od izotermická plazma, v ktorom sú teploty všetkých komponentov rovnaké.

Plazma sa tiež delí na vysokú teplotu(Ti 106-108 K alebo viac) a nízka teplota(Ti<=105 К).

Vodivosť plazmy sa zvyšuje so zvyšujúcim sa stupňom ionizácie. Pri vysokých teplotách sa plne ionizovaná plazma vo svojej vodivosti približuje k supravodičom (látky, v ktorých po ochladení pod určitú kritickú teplotu Ts elektrický odpor klesne na nulu).

Nízkoteplotná plazma používa sa vo výbojkových svetelných zdrojoch - vo svetelných trubiciach na reklamné nápisy, v žiarivkách. Plynová výbojka sa používa v mnohých zariadeniach, napríklad v plynových laseroch - kvantových svetelných zdrojoch.

Vysokoteplotná plazma používané v magnetohydrodynamických generátoroch.

Nedávno bolo vytvorené nové zariadenie - plazmatron. Plazmový horák vytvára silné prúdy hustej nízkoteplotnej plazmy, ktoré sa široko používajú v rôznych oblastiach techniky: na rezanie a zváranie kovov, vŕtanie studní do tvrdých hornín atď.

Plyny sú dobrými izolantmi pri teplotách, ktoré nie sú príliš vysoké a pri tlakoch blízkych atmosférickému. Ak umiestnite nabitý elektromer do suchého atmosférického vzduchu, jeho náboj zostane dlho nezmenený. Vysvetľuje to skutočnosť, že plyny za normálnych podmienok pozostávajú z neutrálnych atómov a molekúl a neobsahujú voľné náboje (elektróny a ióny). Plyn sa stáva vodičom elektriny až vtedy, keď sú niektoré jeho molekuly ionizované. Na ionizáciu musí byť plyn vystavený nejakému druhu ionizátora: napríklad elektrický výboj, röntgenové žiarenie, žiarenie alebo UV žiarenie, plameň sviečky atď. (v druhom prípade je elektrická vodivosť plynu spôsobená zahrievaním).

Počas ionizácie plynov dochádza k odstráneniu jedného alebo viacerých elektrónov z vonkajšieho elektrónového obalu atómu alebo molekuly, čo vedie k tvorbe voľných elektrónov a kladných iónov. Elektróny sa môžu pripojiť k neutrálnym molekulám a atómom a premieňať ich na záporné ióny. Preto ionizovaný plyn obsahuje kladne a záporne nabité ióny a voľné elektróny. E Elektrický prúd v plynoch sa nazýva výboj plynu. Prúd v plynoch je teda tvorený iónmi znakov aj elektrónov. Výboj plynu s takýmto mechanizmom bude sprevádzaný presunom hmoty, t.j. Ionizované plyny sú klasifikované ako vodiče druhého typu.

Na odstránenie jedného elektrónu z molekuly alebo atómu je potrebné vykonať určitú prácu A a t.j. vynaložiť trochu energie. Táto energia sa nazýva ionizačnej energie , ktorých hodnoty pre atómy rôznych látok ležia v rozmedzí 4÷25 eV. Ionizačný proces je väčšinou kvantitatívne charakterizovaný veličinou tzv ionizačný potenciál :

Súčasne s procesom ionizácie v plyne vždy nastáva opačný proces - proces rekombinácie: kladné a záporné ióny alebo kladné ióny a elektróny sa stretávajú, znovu sa spájajú a vytvárajú neutrálne atómy a molekuly. Čím viac iónov sa objaví pod vplyvom ionizátora, tým intenzívnejší je proces rekombinácie.

Prísne vzaté, elektrická vodivosť plynu nie je nikdy nulová, pretože vždy obsahuje voľné náboje vznikajúce v dôsledku pôsobenia žiarenia z rádioaktívnych látok prítomných na povrchu Zeme, ako aj kozmického žiarenia. Intenzita ionizácie pod vplyvom týchto faktorov je nízka. Táto nepatrná elektrická vodivosť vzduchu spôsobuje únik nábojov z elektrifikovaných telies, aj keď sú dobre izolované.

Povaha výboja plynu je určená zložením plynu, jeho teplotou a tlakom, veľkosťou, konfiguráciou a materiálom elektród, ako aj aplikovanou hustotou napätia a prúdu.

Uvažujme okruh s plynovou medzerou (obr.), ktorý je vystavený nepretržitému vystaveniu ionizátoru konštantnej intenzity. Pôsobením ionizátora plyn získava určitú elektrickú vodivosť a v obvode tečie prúd. Obrázok ukazuje charakteristiky prúdového napätia (prúd verzus použité napätie) pre dva ionizátory. Produktivita (počet iónových párov produkovaných ionizátorom v plynovej medzere za 1 sekundu) druhého ionizátora je väčšia ako prvého. Budeme predpokladať, že produktivita ionizátora je konštantná a rovná sa n 0. Pri nie veľmi nízkom tlaku sú takmer všetky oddelené elektróny zachytené neutrálnymi molekulami, čím sa vytvárajú záporne nabité ióny. Berúc do úvahy rekombináciu, predpokladáme, že koncentrácie iónov oboch znakov sú rovnaké a rovné n. Priemerné rýchlosti driftu iónov rôznych znakov v elektrickom poli sú rôzne: , . b - a b + – pohyblivosť plynových iónov. Teraz pre oblasť I, berúc do úvahy (5), môžeme napísať:

Ako je možné vidieť, v oblasti I so zvyšujúcim sa napätím sa zvyšuje prúd so zvyšujúcou sa rýchlosťou driftu. Počet párov rekombinujúcich iónov bude klesať so zvyšujúcou sa rýchlosťou.

Oblasť II - oblasť saturačného prúdu - všetky ióny vytvorené ionizátorom sa dostanú k elektródam bez toho, aby mali čas na rekombináciu. Hustota saturačného prúdu

j n = q n 0 d, (28)

kde d je šírka plynovej medzery (vzdialenosť medzi elektródami). Ako je možné vidieť z (28), saturačný prúd je mierou ionizačného účinku ionizátora.

Pri napätí väčšom ako U p p (oblasť III) dosahuje rýchlosť elektrónov takú hodnotu, že pri zrážke s neutrálnymi molekulami sú schopné spôsobiť nárazovú ionizáciu. V dôsledku toho sa vytvoria ďalšie iónové páry An0. Množstvo A sa nazýva koeficient zisku plynu . V oblasti III tento koeficient nezávisí od n 0, ale závisí od U. Teda. náboj dosahujúci elektródy pri konštante U je priamo úmerný výkonu ionizátora - n 0 a napätiu U. Z tohto dôvodu sa oblasť III nazýva oblasťou proporcionality. U pr – prah proporcionality. Faktor zosilnenia plynu A má hodnoty od 1 do 104.

V oblasti IV, oblasti čiastočnej úmernosti, koeficient zosilnenia plynu začína závisieť od n 0. Táto závislosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa U. Prúd sa prudko zvyšuje.

V rozsahu napätia 0 ÷ U g prúd v plyne existuje len vtedy, keď je aktívny ionizátor. Ak sa činnosť ionizátora zastaví, zastaví sa aj výboj. Výboje, ktoré existujú len pod vplyvom vonkajších ionizátorov, sa nazývajú nesamosprávne.

Napätie Ug je prah oblasti, Geigerova oblasť, čo zodpovedá stavu, keď proces v plynovej medzere nezmizne ani po vypnutí ionizátora, t.j. výboj nadobúda charakter samostatného výboja. Primárne ióny dávajú impulz iba k výskytu plynového výboja. V tejto oblasti získavajú schopnosť ionizácie aj masívne ióny oboch znamení. Veľkosť prúdu nezávisí od n 0 .

V oblasti VI je napätie také vysoké, že výboj, keď už nastane, sa nezastaví - oblasť nepretržitého výboja.