คำจำกัดความของกระแสอิเล็กตรอนในก๊าซ กระแสไฟฟ้าในก๊าซ: ความหมาย คุณลักษณะ และข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ

ไม่มีไดอิเล็กตริกสัมบูรณ์ในธรรมชาติ การเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาค - พาหะของประจุไฟฟ้า - นั่นคือกระแสสามารถเกิดขึ้นได้ในทุกสภาพแวดล้อม แต่ต้องมีเงื่อนไขพิเศษ เราจะมาดูกันว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเกิดขึ้นในก๊าซได้อย่างไร และก๊าซสามารถเปลี่ยนจากอิเล็กทริกที่ดีมากให้เป็นตัวนำที่ดีมากได้อย่างไร เราจะสนใจในสภาวะที่เกิดกระแสไฟฟ้าในก๊าซรวมถึงลักษณะเฉพาะของมัน

สมบัติทางไฟฟ้าของก๊าซ

อิเล็กทริกเป็นสาร (ตัวกลาง) ซึ่งความเข้มข้นของอนุภาค - ตัวพาประจุไฟฟ้าอิสระ - ไม่ถึงค่าที่มีนัยสำคัญใด ๆ ซึ่งเป็นผลมาจากค่าการนำไฟฟ้าเล็กน้อย ก๊าซทั้งหมดเป็นไดอิเล็กทริกที่ดี คุณสมบัติเป็นฉนวนถูกนำมาใช้ทุกที่ ตัวอย่างเช่นในสวิตช์ใด ๆ วงจรจะเปิดขึ้นเมื่อนำหน้าสัมผัสเข้าสู่ตำแหน่งที่มีช่องว่างอากาศเกิดขึ้นระหว่างกัน สายไฟในสายไฟยังหุ้มฉนวนจากกันด้วยชั้นอากาศ

หน่วยโครงสร้างของก๊าซใด ๆ ที่เป็นโมเลกุล มันประกอบด้วย นิวเคลียสของอะตอมและคลาวด์อิเล็กทรอนิกส์ กล่าวคือ เป็นการสะสม ค่าไฟฟ้ากระจายไปในอวกาศในทางใดทางหนึ่ง โมเลกุลของก๊าซอาจเป็นเพราะลักษณะเฉพาะของโครงสร้างหรือมีขั้วภายใต้อิทธิพลของภายนอก สนามไฟฟ้า. โมเลกุลส่วนใหญ่ที่ประกอบเป็นแก๊สจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ เนื่องจากประจุในแก๊สจะหักล้างกัน

ถ้าใช้กับแก๊ส สนามไฟฟ้าโมเลกุลจะมีการวางแนวแบบไดโพลซึ่งมีตำแหน่งเชิงพื้นที่เพื่อชดเชยผลกระทบของสนาม อนุภาคที่มีประจุอยู่ในก๊าซภายใต้อิทธิพล กองกำลังคูลอมบ์จะเริ่มเคลื่อนที่: ไอออนบวก - ไปทางแคโทด, ไอออนลบและอิเล็กตรอน - ไปทางแอโนด อย่างไรก็ตาม หากสนามไฟฟ้ามีศักยภาพไม่เพียงพอ ประจุกระแสตรงเพียงเส้นเดียวจะไม่เกิดขึ้น และใครๆ ก็สามารถพูดถึงกระแสแต่ละกระแสได้ ซึ่งอ่อนแอมากจนควรถูกละเลย ก๊าซมีพฤติกรรมเหมือนอิเล็กทริก

ดังนั้นสำหรับการเกิดกระแสไฟฟ้าในก๊าซ จำเป็นต้องมีพาหะประจุไฟฟ้าฟรีที่มีความเข้มข้นสูงและต้องมีสนามแม่เหล็กด้วย

ไอออนไนซ์

กระบวนการเพิ่มจำนวนประจุอิสระในก๊าซคล้ายหิมะถล่มเรียกว่าไอออไนซ์ ดังนั้นก๊าซที่มีอนุภาคมีประจุจำนวนมากจึงเรียกว่าไอออนไนซ์ มันอยู่ในก๊าซที่เกิดกระแสไฟฟ้า

กระบวนการไอออไนเซชันเกี่ยวข้องกับการละเมิดความเป็นกลางของโมเลกุล อันเป็นผลมาจากการกำจัดอิเล็กตรอนไอออนบวกจะปรากฏขึ้นการเติมอิเล็กตรอนลงในโมเลกุลทำให้เกิดไอออนลบ นอกจากนี้ก๊าซไอออไนซ์ยังมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมาก ไอออนบวกและโดยเฉพาะอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุหลักระหว่างกระแสไฟฟ้าในก๊าซ

ไอออนไนซ์เกิดขึ้นเมื่อพลังงานจำนวนหนึ่งถูกจ่ายให้กับอนุภาค ดังนั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกในโมเลกุลเมื่อได้รับพลังงานนี้สามารถออกจากโมเลกุลได้ การชนกันของอนุภาคที่มีประจุกับอนุภาคที่เป็นกลางทำให้เกิดการกระแทกของอิเล็กตรอนตัวใหม่และกระบวนการนี้มีลักษณะเหมือนหิมะถล่ม พลังงานจลน์ของอนุภาคก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออนอย่างมาก

พลังงานที่ใช้ในการกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซมาจากไหน? ไอออไนเซชันของก๊าซมีแหล่งพลังงานหลายประเภท ซึ่งโดยปกติจะตั้งชื่อตามประเภทของแก๊ส

การแตกตัวเป็นไอออนด้วยสนามไฟฟ้า ในกรณีนี้ พลังงานศักย์ของสนามจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอนุภาค
ไอออนไนซ์ความร้อน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิยังนำไปสู่การก่อตัวของค่าใช้จ่ายฟรีจำนวนมาก
โฟโตออไนเซชัน สาระการเรียนรู้แกนกลาง กระบวนการนี้คือพลังงานนั้นถูกส่งไปยังอิเล็กตรอนโดยควอนต้าของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอนหากพวกมันมีความถี่สูงเพียงพอ (อัลตราไวโอเลต, เอ็กซ์เรย์, แกมมาควอนตัม)
อิออไนเซชันแบบกระแทกเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ชนกันเป็นพลังงานการแยกอิเล็กตรอน นอกจากการแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนแล้ว ยังทำหน้าที่เป็นปัจจัยหลักในการกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซอีกด้วย

ก๊าซแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าเกณฑ์ที่แน่นอน - พลังงานไอออไนเซชันที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนที่จะแยกตัวออกจากโมเลกุลเพื่อเอาชนะสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น ค่าของอิเล็กตรอนตัวแรกมีตั้งแต่หลายโวลต์ถึงสองสิบโวลต์ ในการกำจัดอิเล็กตรอนตัวถัดไปออกจากโมเลกุล จำเป็นต้องมีพลังงานมากขึ้น และอื่นๆ

ควรคำนึงว่าพร้อมกับการไอออไนซ์ในก๊าซกระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้น - การรวมตัวกันใหม่นั่นคือการฟื้นฟูโมเลกุลที่เป็นกลางภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของคูลอมบ์

การปล่อยก๊าซและประเภทของมัน

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซเกิดจากการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่ใช้กับพวกมัน ในทางกลับกันการมีอยู่ของประจุดังกล่าวเกิดขึ้นได้เนื่องจากปัจจัยไอออไนเซชันต่างๆ

ดังนั้นการแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนต้องใช้อุณหภูมิที่สำคัญ แต่มีเปลวไฟเปิดอยู่บ้าง กระบวนการทางเคมีส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออน แม้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำต่อหน้าเปลวไฟ การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในก๊าซจะถูกบันทึกไว้ และการทดลองกับการนำก๊าซทำให้ง่ายต่อการตรวจสอบสิ่งนี้ จำเป็นต้องวางเปลวไฟของเตาหรือเทียนไว้ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุ วงจรที่เคยเปิดไว้เนื่องจากช่องว่างอากาศในตัวเก็บประจุจะปิดลง กัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะบ่งชี้ว่ามีกระแสไฟฟ้าอยู่

ไฟฟ้าในก๊าซเรียกว่าการปล่อยก๊าซ โปรดทราบว่าเพื่อรักษาความเสถียรในการปล่อยประจุ การกระทำของไอออไนเซอร์จะต้องคงที่ เนื่องจากเนื่องจากการรวมตัวกันอีกครั้งอย่างต่อเนื่อง ก๊าซจึงสูญเสียคุณสมบัติการนำไฟฟ้า พาหะของกระแสไฟฟ้าในก๊าซ - ไอออน - ถูกทำให้เป็นกลางที่อิเล็กโทรดส่วนอื่น ๆ - อิเล็กตรอน - เมื่อไปถึงขั้วบวกพวกมันจะถูกส่งไปยัง "บวก" ของแหล่งกำเนิดสนาม หากปัจจัยไอออไนซ์หยุดทำงาน ก๊าซจะกลายเป็นไดอิเล็กทริกอีกครั้งทันทีและกระแสไฟฟ้าจะหยุดลง กระแสดังกล่าวซึ่งขึ้นอยู่กับการกระทำของไอออไนเซอร์ภายนอกเรียกว่าการคายประจุที่ไม่ยั่งยืนในตัวเอง

ลักษณะเฉพาะของการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซอธิบายได้โดยการพึ่งพากระแสไฟฟ้ากับแรงดันไฟฟ้าเป็นพิเศษ - ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ให้เราพิจารณาการพัฒนาการปล่อยก๊าซบนกราฟของการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นค่าที่แน่นอน U 1 กระแสจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนนั่นคือเป็นไปตามกฎของโอห์ม พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นความเร็วของประจุในก๊าซจึงเพิ่มขึ้น และกระบวนการนี้จะเกินกว่าการรวมตัวกันอีกครั้ง ที่ค่าแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ U 1 ถึง U 2 ความสัมพันธ์นี้จะถูกละเมิด เมื่อถึง U2 พาหะประจุทั้งหมดจะไปถึงขั้วไฟฟ้าโดยไม่ต้องมีเวลารวมตัวกันใหม่ มีการใช้ค่าใช้จ่ายฟรีทั้งหมดและแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีกจะไม่ทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของประจุประเภทนี้เรียกว่ากระแสอิ่มตัว ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่ากระแสไฟฟ้าในก๊าซก็เนื่องมาจากลักษณะเฉพาะของพฤติกรรมของก๊าซไอออไนซ์ในสนามไฟฟ้าที่มีจุดแข็งต่างๆ

เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดถึงค่าที่กำหนด U 3 แรงดันไฟฟ้าจะเพียงพอสำหรับสนามไฟฟ้าที่จะทำให้เกิดไอออนไนซ์คล้ายหิมะถล่มของก๊าซ พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนอิสระนั้นเพียงพอสำหรับการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลแล้ว ความเร็วของก๊าซส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 2,000 กม./วินาที และสูงกว่า (คำนวณโดยใช้สูตรโดยประมาณ v=600 Ui โดยที่ Ui คือศักย์ไฟฟ้าไอออไนซ์) ในขณะนี้ ก๊าซสลายเกิดขึ้นและกระแสเพิ่มขึ้นอย่างมากเกิดขึ้นเนื่องจากแหล่งไอออไนซ์ภายใน ดังนั้นการปลดปล่อยดังกล่าวจึงเรียกว่าเป็นอิสระ

การมีอยู่ของไอออไนเซอร์ภายนอกในกรณีนี้จะไม่มีบทบาทในการรักษากระแสไฟฟ้าในก๊าซอีกต่อไป ปล่อยอิสระใน เงื่อนไขที่แตกต่างกันและที่ ลักษณะต่างๆแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าอาจมีลักษณะบางอย่าง การคายประจุเองมีหลายประเภท เช่น แสงเรืองแสง ประกายไฟ อาร์ก และโคโรนา เราจะดูว่ากระแสไฟฟ้ามีพฤติกรรมอย่างไรในก๊าซโดยสังเขปสำหรับแต่ละประเภทเหล่านี้

ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่าง 100 (หรือน้อยกว่า) ถึง 1,000 โวลต์ก็เพียงพอแล้วที่จะเริ่มการคายประจุเอง ดังนั้นการปล่อยแสงที่มีลักษณะเป็นค่ากระแสต่ำ (ตั้งแต่ 10 -5 A ถึง 1 A) จึงเกิดขึ้นที่ความดันไม่เกินสองสามมิลลิเมตรของปรอท

ในหลอดที่มีก๊าซบริสุทธิ์และอิเล็กโทรดเย็น การปลดปล่อยแสงที่ก่อตัวจะดูเหมือนสายไฟเรืองแสงบางๆ ระหว่างอิเล็กโทรด หากคุณยังคงสูบแก๊สออกจากท่อต่อไป สายไฟจะถูกชะล้างออกไป และที่ความดันหนึ่งในสิบของมิลลิเมตร ปรอท แสงที่ส่องสว่างจะเต็มท่อเกือบทั้งหมด ไม่มีการเรืองแสงใกล้แคโทด - ในพื้นที่ที่เรียกว่าแคโทดมืด ส่วนที่เหลือเรียกว่าคอลัมน์บวก ในกรณีนี้ กระบวนการหลักที่รับประกันการมีอยู่ของการปล่อยจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นอย่างแม่นยำในพื้นที่แคโทดมืดและในพื้นที่ที่อยู่ติดกัน ที่นี่อนุภาคก๊าซที่มีประจุจะถูกเร่ง ส่งผลให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากแคโทด

ในการปล่อยแสง สาเหตุของไอออไนซ์คือการเปล่งอิเล็กตรอนจากแคโทด อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลก๊าซ ผลที่ตามมาคือไอออนบวกจะทำให้เกิดการแผ่รังสีทุติยภูมิจากแคโทด และอื่นๆ การเรืองแสงของคอลัมน์บวกมีสาเหตุหลักมาจากการปล่อยโฟตอนโดยโมเลกุลของก๊าซที่ถูกกระตุ้น และก๊าซต่างๆ มีลักษณะเป็นแสงสีบางสี คอลัมน์บวกมีส่วนร่วมในการก่อตัวของการปล่อยแสงโดยเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าเท่านั้น หากคุณนำอิเล็กโทรดเข้ามาใกล้มากขึ้น คุณสามารถทำให้คอลัมน์บวกหายไปได้ แต่การคายประจุจะไม่หยุดลง อย่างไรก็ตาม เมื่อระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดลดลงอีก การปล่อยแสงเรืองแสงจึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้

ควรสังเกตว่าสำหรับกระแสไฟฟ้าประเภทนี้ในก๊าซฟิสิกส์ของกระบวนการบางอย่างยังไม่ได้รับการชี้แจงอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ธรรมชาติของแรงที่ทำให้เกิดการขยายตัวของบริเวณบนพื้นผิวแคโทดที่มีส่วนร่วมในการคายประจุเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นยังไม่ชัดเจน

ปล่อยประกายไฟ

การพังทลายของประกายไฟมีลักษณะเป็นจังหวะ มันเกิดขึ้นที่ความกดดันใกล้กับความดันบรรยากาศปกติ ในกรณีที่กำลังของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้าไม่เพียงพอที่จะรักษาการคายประจุให้อยู่กับที่ ความแรงของสนามสูงและสามารถเข้าถึง 3 MV/m ปรากฏการณ์นี้มีลักษณะเฉพาะด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของการปล่อยกระแสไฟฟ้าในก๊าซในขณะเดียวกันแรงดันไฟฟ้าก็ลดลงอย่างรวดเร็วมากและการปล่อยประจุจะหยุดลง จากนั้นความต่างศักย์จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง และกระบวนการทั้งหมดจะเกิดซ้ำ

ด้วยการคายประจุประเภทนี้จะเกิดช่องประกายไฟระยะสั้นขึ้นซึ่งสามารถเติบโตได้จากจุดใดก็ได้ระหว่างอิเล็กโทรด นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการกระทบกระเทือนของไอออนไนซ์เกิดขึ้นแบบสุ่มในสถานที่ซึ่งมีไอออนจำนวนมากที่สุดที่มีความเข้มข้นในปัจจุบัน ใกล้กับช่องประกายไฟ ก๊าซจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ทำให้เกิดคลื่นเสียง ดังนั้นการปล่อยประกายไฟจึงมาพร้อมกับเสียงแตกตลอดจนการปล่อยความร้อนและแสงจ้า กระบวนการไอออไนเซชันของ Avalanche สร้างขึ้นในช่องสปาร์ค ความดันสูงและอุณหภูมิสูงถึง 10,000 องศาขึ้นไป

ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของการปล่อยประกายไฟตามธรรมชาติคือฟ้าผ่า เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องจุดประกายฟ้าผ่าหลักสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่เซนติเมตรถึง 4 เมตร และความยาวของช่องสามารถสูงถึง 10 กม. ความแรงของกระแสไฟฟ้าสูงถึง 500,000 แอมแปร์ และความต่างศักย์ระหว่างเมฆฝนฟ้าคะนองกับพื้นผิวโลกสูงถึงหนึ่งพันล้านโวลต์

ฟ้าผ่าที่ยาวที่สุดซึ่งมีความยาว 321 กม. เกิดขึ้นในปี 2550 ที่โอคลาโฮมา สหรัฐอเมริกา เจ้าของสถิติที่มีระยะเวลายาวนานที่สุดคือฟ้าผ่าที่บันทึกไว้ในปี 2555 ในเทือกเขาแอลป์ของฝรั่งเศส ซึ่งกินเวลานานกว่า 7.7 วินาที เมื่อถูกฟ้าผ่า อากาศจะร้อนได้ถึง 30,000 องศา ซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิพื้นผิวที่มองเห็นของดวงอาทิตย์ถึง 6 เท่า

ในกรณีที่กำลังของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้าสูงเพียงพอ การปล่อยประกายไฟจะพัฒนาเป็นการปล่อยส่วนโค้ง

การปลดปล่อยตัวเองประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะ ความหนาแน่นสูงกระแสและแรงดันไฟฟ้าต่ำ (น้อยกว่าการปล่อยแสง) ระยะพังทลายสั้นเนื่องจากอิเล็กโทรดอยู่ใกล้กัน การปล่อยประจุเริ่มต้นจากการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวแคโทด (สำหรับอะตอมของโลหะ ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนมีน้อยเมื่อเทียบกับโมเลกุลของก๊าซ) ในระหว่างการพังทลาย จะมีการสร้างสภาวะระหว่างอิเล็กโทรดที่ก๊าซนำกระแสไฟฟ้า และเกิดการปล่อยประกายไฟโดยปิดวงจร หากกำลังของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอ การปล่อยประกายไฟจะกลายเป็นส่วนโค้งไฟฟ้าที่เสถียร

ไอออนไนซ์ในระหว่างการปล่อยส่วนโค้งถึงเกือบ 100% กระแสไฟสูงมากและสามารถอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 แอมแปร์ ที่ความดันบรรยากาศส่วนโค้งสามารถให้ความร้อนได้สูงถึง 5-6,000 องศาและแคโทด - สูงถึง 3,000 องศาซึ่งนำไปสู่การปล่อยความร้อนที่รุนแรงจากพื้นผิว การระดมโจมตีขั้วบวกด้วยอิเล็กตรอนนำไปสู่การทำลายบางส่วน: เกิดการซึมเศร้าเกิดขึ้น - ปล่องที่มีอุณหภูมิประมาณ 4,000 °C การเพิ่มแรงกดดันมีผลมากขึ้น การเติบโตที่มากขึ้นอุณหภูมิ

เมื่อแยกอิเล็กโทรด การคายประจุของส่วนโค้งจะยังคงคงที่จนถึงระยะหนึ่ง ซึ่งทำให้สามารถต่อสู้กับมันในพื้นที่ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นอันตรายเนื่องจากการกัดกร่อนและความเหนื่อยหน่ายของหน้าสัมผัสที่เกิดขึ้น เหล่านี้คืออุปกรณ์ต่างๆ เช่น ไฟฟ้าแรงสูงและเซอร์กิตเบรกเกอร์ คอนแทคเตอร์ และอื่นๆ หนึ่งในวิธีต่อสู้กับส่วนโค้งที่เกิดขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสเปิดคือการใช้ห้องปราบปรามส่วนโค้งตามหลักการของการยืดส่วนโค้ง นอกจากนี้ ยังใช้วิธีการอื่นๆ อีกหลายวิธี เช่น การเลี่ยงการสัมผัส การใช้วัสดุที่มีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนสูง และอื่นๆ

การพัฒนาการปล่อยโคโรนาเกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศปกติในสนามที่ไม่เหมือนกันอย่างมากใกล้กับขั้วไฟฟ้าที่มีความโค้งของพื้นผิวมาก สิ่งเหล่านี้อาจเป็นยอดแหลม เสากระโดง สายไฟ องค์ประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มี รูปร่างที่ซับซ้อนและแม้กระทั่งเส้นผมของมนุษย์ อิเล็กโทรดดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดโคโรนา กระบวนการไอออไนเซชันและด้วยเหตุนี้การเรืองแสงของก๊าซจึงเกิดขึ้นใกล้กับมันเท่านั้น

โคโรนาสามารถก่อตัวได้ทั้งบนแคโทด (โคโรนาเชิงลบ) เมื่อถูกถล่มด้วยไอออน และบนขั้วบวก (โคโรนาเชิงบวก) อันเป็นผลมาจากโฟโตไรเซชัน โคโรนาเชิงลบซึ่งกระบวนการไอออไนซ์ซึ่งเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อนถูกส่งออกไปจากอิเล็กโทรดนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการเรืองแสงที่สม่ำเสมอ ในโคโรนาเชิงบวก สามารถสังเกตลำแสงได้ - เส้นเรืองแสงของโครงสร้างที่แตกหักซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นช่องประกายไฟได้

ตัวอย่างการปล่อยโคโรนาใน สภาพธรรมชาติเกิดขึ้นตามยอดเสากระโดงสูง ยอดไม้ และอื่นๆ พวกมันก่อตัวขึ้นด้วยความแรงของสนามไฟฟ้าสูงในชั้นบรรยากาศ บ่อยครั้งก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนองหรือระหว่างเกิดพายุหิมะ นอกจากนี้ พวกมันยังถูกบันทึกไว้บนผิวหนังของเครื่องบินที่ติดอยู่ในกลุ่มเมฆเถ้าภูเขาไฟ

การปล่อยโคโรนาบนสายไฟทำให้เกิดการสูญเสียไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ที่แรงดันไฟฟ้าสูง การปล่อยโคโรนาสามารถเปลี่ยนเป็นการปล่อยส่วนโค้งได้ พวกเขากำลังต่อสู้กับเขา วิธีทางที่แตกต่างเช่น โดยการเพิ่มรัศมีความโค้งของตัวนำ

กระแสไฟฟ้าในก๊าซและพลาสมา

ก๊าซไอออไนซ์ทั้งหมดหรือบางส่วนเรียกว่าพลาสมาและถือเป็นก๊าซที่สี่ สถานะของการรวมตัวสาร โดยทั่วไป พลาสมามีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากประจุรวมของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบเป็นศูนย์ สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากระบบอนุภาคมีประจุอื่นๆ เช่น ลำอิเล็กตรอน

ภายใต้สภาพธรรมชาติตามกฎแล้วพลาสมาจะถูกสร้างขึ้นที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากการชนกันของอะตอมของก๊าซด้วยความเร็วสูง สสารแบริโอนิกส่วนใหญ่ในจักรวาลอยู่ในสถานะพลาสมา เหล่านี้คือดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสสารระหว่างดาว ก๊าซระหว่างดาราจักร ไอโอโนสเฟียร์ของโลกยังเป็นพลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อน

ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนคือ ลักษณะสำคัญพลาสมา - คุณสมบัติการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับมัน ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของจำนวนอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนต่อ จำนวนทั้งหมดอะตอมต่อหน่วยปริมาตร ยิ่งพลาสมาแตกตัวเป็นไอออนมากเท่าใด ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยความคล่องตัวสูง

ดังนั้นเราจึงเห็นว่าก๊าซที่นำกระแสไฟฟ้าภายในช่องระบายออกนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าพลาสมา ดังนั้นการปล่อยแสงและโคโรนาจึงเป็นตัวอย่างของพลาสมาเย็น ช่องประกายไฟฟ้าผ่าหรือส่วนโค้งไฟฟ้าเป็นตัวอย่างของพลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนที่ร้อนเกือบสมบูรณ์

กระแสไฟฟ้าในโลหะ ของเหลว และก๊าซ - ความแตกต่างและความคล้ายคลึง

ให้เราพิจารณาคุณสมบัติที่กำหนดลักษณะการปล่อยก๊าซโดยเปรียบเทียบกับคุณสมบัติของกระแสในสื่ออื่น

ในโลหะ กระแสคือการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ตัวนำชนิดนี้เรียกว่าตัวนำชนิดที่ 1 ซึ่งรวมถึงเกลือและออกไซด์บางชนิด นอกเหนือจากโลหะและโลหะผสม ถ่านหิน มีความโดดเด่นด้วยการนำไฟฟ้า

ตัวนำประเภทที่สองคืออิเล็กโทรไลต์นั่นคือสารละลายน้ำอัลคาไลกรดและเกลือที่เป็นของเหลว เนื้อเรื่องของกระแสมีความเกี่ยวข้องกับ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีอิเล็กโทรไลต์ - อิเล็กโทรไลซิส ไอออนของสารที่ละลายในน้ำภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม: ไอออนบวก - ถึงแคโทด, แอนไอออนลบ - ไปยังขั้วบวก กระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซหรือการสะสมของชั้นโลหะบนแคโทด ตัวนำประเภทที่สองมีลักษณะเป็นการนำไฟฟ้าแบบไอออนิก

สำหรับค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซนั้น ประการแรก ชั่วคราว และประการที่สอง มีสัญญาณของความเหมือนและความแตกต่างในแต่ละตัว ดังนั้นกระแสไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์และก๊าซจึงเป็นการดริฟท์ของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามซึ่งมุ่งตรงไปยังอิเล็กโทรดฝั่งตรงข้าม อย่างไรก็ตาม แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์จะมีลักษณะเป็นการนำไฟฟ้าแบบไอออนิกล้วนๆ ในการปล่อยก๊าซ โดยมีการนำไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์และแบบไอออนิกผสมกัน แต่บทบาทนำจะเป็นของอิเล็กตรอน ความแตกต่างอีกประการระหว่างกระแสไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซก็คือธรรมชาติของการแตกตัวเป็นไอออน ในอิเล็กโทรไลต์ โมเลกุลของสารประกอบที่ละลายจะแยกตัวออกจากน้ำ แต่ในแก๊ส โมเลกุลจะไม่ยุบตัว แต่จะสูญเสียอิเล็กตรอนเท่านั้น ดังนั้นการปล่อยก๊าซเช่นเดียวกับกระแสในโลหะจึงไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

กระแสของของเหลวและก๊าซก็แตกต่างกันเช่นกัน โดยทั่วไปสภาพการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์เป็นไปตามกฎของโอห์ม แต่จะไม่สังเกตในระหว่างการปล่อยก๊าซ ลักษณะแรงดันกระแสของก๊าซนั้นซับซ้อนกว่ามากซึ่งสัมพันธ์กับคุณสมบัติของพลาสมา

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญทั่วไปและ คุณสมบัติที่โดดเด่นกระแสไฟฟ้าในก๊าซและในสุญญากาศ สุญญากาศเป็นอิเล็กทริกที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ “ เกือบ” - เนื่องจากในสุญญากาศแม้ว่าจะไม่มีผู้ให้บริการชาร์จฟรี (แม่นยำยิ่งขึ้นคือมีความเข้มข้นต่ำมาก) แต่กระแสก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่สารพาหะที่มีศักยภาพนั้นมีอยู่ในก๊าซอยู่แล้ว เพียงแต่จะต้องแตกตัวเป็นไอออนเท่านั้น ตัวพาประจุจะถูกนำเข้าไปในสุญญากาศจากสาร ตามกฎแล้ว สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการปล่อยอิเล็กตรอน เช่น เมื่อแคโทดได้รับความร้อน (การปล่อยความร้อน) แต่ยังเข้าอยู่. หลากหลายชนิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกดังที่เราได้เห็นไปแล้ว บทบาทสำคัญ.

การประยุกต์ใช้การปล่อยก๊าซในเทคโนโลยี

เกี่ยวกับ ผลกระทบที่เป็นอันตรายบางหมวดหมู่ได้ถูกกล่าวถึงสั้น ๆ ข้างต้นแล้ว ตอนนี้เรามาดูประโยชน์ที่พวกเขานำมาสู่อุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวันกันดีกว่า

การปลดปล่อยแสงถูกใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า (ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า) และในเทคโนโลยีการเคลือบ (วิธีการสปัตเตอร์แบบแคโทด โดยอิงตามปรากฏการณ์การกัดกร่อนของแคโทด) ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ใช้ในการผลิตคานไอออนและอิเล็กตรอน พื้นที่การประยุกต์ใช้การปล่อยแสงเรืองแสงที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายคือหลอดฟลูออเรสเซนต์หรือที่เรียกว่าหลอดประหยัดพลังงานและท่อระบายก๊าซนีออนและอาร์กอนตกแต่ง นอกจากนี้ ยังมีการใช้การปล่อยแสงเรืองแสงในสเปกโทรสโกปีอีกด้วย

การปล่อยประกายไฟใช้ในฟิวส์และวิธีการคายประจุไฟฟ้าสำหรับการแปรรูปโลหะที่มีความแม่นยำ (การตัดประกายไฟ การเจาะ และอื่นๆ) แต่เป็นที่รู้จักกันดีในการใช้หัวเทียนสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในและใน เครื่องใช้ในครัวเรือน(เตาแก๊ส).

การปลดปล่อยส่วนโค้งซึ่งถูกนำมาใช้ครั้งแรกในเทคโนโลยีแสงสว่างย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2419 (เทียนยาโบลชคอฟ - "แสงรัสเซีย") ยังคงทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสง - ตัวอย่างเช่นในอุปกรณ์ฉายภาพและไฟค้นหาอันทรงพลัง ในวิศวกรรมไฟฟ้า ส่วนโค้งจะใช้ในวงจรเรียงกระแสแบบปรอท นอกจากนี้ยังใช้ในการเชื่อมไฟฟ้า การตัดโลหะ และเตาไฟฟ้าอุตสาหกรรมสำหรับการถลุงเหล็กและโลหะผสม

การปล่อยโคโรนาถูกนำมาใช้ในเครื่องตกตะกอนด้วยไฟฟ้าเพื่อการทำให้ก๊าซไอออนบริสุทธิ์ เครื่องนับอนุภาค ในสายล่อฟ้า และในระบบปรับอากาศ การปล่อยโคโรนายังใช้ได้กับเครื่องถ่ายเอกสารและ เครื่องพิมพ์เลเซอร์โดยจะชาร์จและปล่อยดรัมที่ไวต่อแสงและถ่ายโอนผงจากดรัมไปยังกระดาษ

ดังนั้นการปล่อยก๊าซทุกประเภทจึงพบการใช้งานที่กว้างที่สุด กระแสไฟฟ้าในก๊าซถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จและมีประสิทธิภาพในเทคโนโลยีหลายสาขา

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 กระแสที่ไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์จะหยุด การเคลื่อนที่ตามลำดับของไอออนจะหยุดชะงัก และการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายก็เริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง

ตัวอย่างเช่นให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรไลซิสเมื่อส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต CuSO4 โดยมีอิเล็กโทรดทองแดงลดลงเข้าไป

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

ในที่นี้จะมีการเคลื่อนตัวสวนทางของไอออนไปยังอิเล็กโทรดด้วย ไอออนบวกจะเป็นไอออนทองแดง (Cu) และไอออนลบจะเป็นไอออนตกค้างของกรด (SO4) เมื่อไอออนของทองแดงสัมผัสกับแคโทด จะถูกปล่อยออกมา (เกาะกับอิเล็กตรอนที่หายไป) กล่าวคือ แปลงเป็นโมเลกุลที่เป็นกลางของทองแดงบริสุทธิ์ และสะสมอยู่บนแคโทดในรูปของชั้นบาง (โมเลกุล)

ไอออนลบเมื่อถึงขั้วบวกก็จะถูกปล่อยออกมาเช่นกัน (พวกมันให้อิเล็กตรอนส่วนเกิน) แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็เข้ามา ปฏิกิริยาเคมีด้วยทองแดงของขั้วบวกซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลทองแดง Cu ถูกเติมลงใน SO4 ที่เป็นกรดและเกิดโมเลกุลของคอปเปอร์ซัลเฟต CuS O4 ซึ่งถูกส่งกลับไปยังอิเล็กโทรไลต์

เนื่องจากกระบวนการทางเคมีนี้เกิดขึ้น เวลานานจากนั้นทองแดงจะสะสมอยู่บนแคโทดที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีนี้อิเล็กโทรไลต์แทนที่จะเป็นโมเลกุลทองแดงที่ไปยังแคโทดจะได้รับโมเลกุลทองแดงใหม่เนื่องจากการละลายของอิเล็กโทรดที่สอง - ขั้วบวก

กระบวนการเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นหากใช้อิเล็กโทรดสังกะสีแทนทองแดง และอิเล็กโทรไลต์นั้นเป็นสารละลายของซิงค์ซัลเฟต Zn SO4 สังกะสีจะถูกถ่ายโอนจากขั้วบวกไปยังแคโทดด้วย

ดังนั้น, ความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าในโลหะและตัวนำของเหลวอยู่ในความจริงที่ว่าในโลหะ ตัวพาประจุเป็นเพียงอิเล็กตรอนอิสระ กล่าวคือ ประจุลบ ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์นั้นถูกพาไปด้วยอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกันของสาร นั่นคือไอออนที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นพวกเขาจึงพูดอย่างนั้น อิเล็กโทรไลต์แสดงค่าการนำไฟฟ้าไอออนิก

ปรากฏการณ์อิเล็กโทรลิซิสถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2380 โดย B. S. Jacobi ซึ่งทำการทดลองมากมายในการวิจัยและปรับปรุงแหล่งสารเคมีในปัจจุบัน จาโคบีพบว่าอิเล็กโทรดตัวหนึ่งที่วางอยู่ในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตถูกเคลือบด้วยทองแดงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

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

ก๊าซ (รวมถึงอากาศ) จะไม่นำกระแสไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ เช่น พวกที่เปลือยเปล่าถูกแขวนขนานกัน พบว่าตัวเองถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นอากาศ

อย่างไรก็ตามภายใต้อิทธิพล อุณหภูมิสูงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นขนาดใหญ่และเหตุผลอื่น ๆ ก๊าซเช่นตัวนำของเหลวถูกแตกตัวเป็นไอออนนั่นคืออนุภาคของโมเลกุลของก๊าซปรากฏขึ้นในปริมาณมากซึ่งในฐานะพาหะของไฟฟ้าช่วยอำนวยความสะดวกในการผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซ

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, ตะเกียง เวลากลางวัน, ตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่า การปล่อยก๊าซเรืองแสง.

การปล่อยประกายไฟใช้ในการวัดความต่างศักย์ขนาดใหญ่โดยใช้ช่องว่างของลูกบอล โดยอิเล็กโทรดจะเป็นลูกบอลโลหะสองลูกที่มีพื้นผิวมันเงา ลูกบอลถูกแยกออกจากกันและนำความต่างศักย์ที่วัดได้ไปใช้ จากนั้นลูกบอลจะถูกนำเข้ามาใกล้กันมากขึ้นจนกระทั่งประกายไฟกระโดดไปมาระหว่างลูกบอลเหล่านั้น เมื่อทราบเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอล ระยะห่างระหว่างลูกบอล ความดัน อุณหภูมิ และความชื้นในอากาศ ค้นหาความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างลูกบอลโดยใช้ตารางพิเศษ วิธีนี้สามารถวัดความแตกต่างที่เป็นไปได้ของลำดับนับหมื่นโวลต์ด้วยความแม่นยำเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์

1. ไอออนไนซ์ สาระสำคัญและประเภทของมัน

เงื่อนไขแรกสำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าคือการมีผู้ให้บริการชาร์จฟรี ในก๊าซเกิดขึ้นจากการแตกตัวเป็นไอออน ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยไอออไนเซชัน อิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากอนุภาคที่เป็นกลาง อะตอมจะกลายเป็นไอออนบวก ดังนั้นพาหะประจุ 2 ประเภทจึงเกิดขึ้น: ไอออนบวกและอิเล็กตรอนอิสระ หากอิเล็กตรอนเข้าร่วมอะตอมที่เป็นกลาง ไอออนลบก็จะปรากฏขึ้นเช่น ผู้ให้บริการชาร์จประเภทที่สาม ก๊าซไอออไนซ์เรียกว่าตัวนำชนิดที่สาม การนำไฟฟ้าที่เป็นไปได้มี 2 ประเภท: อิเล็กทรอนิกส์และไอออนิก พร้อมกับกระบวนการไอออไนเซชัน กระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้น - รวมตัวกันใหม่ หากต้องการแยกอิเล็กตรอนออกจากอะตอม จะต้องใช้พลังงาน หากพลังงานถูกส่งจากภายนอกปัจจัยที่มีส่วนทำให้เกิดไอออไนซ์จะเรียกว่าภายนอก (อุณหภูมิสูง, รังสีไอออไนซ์, รังสีอัลตราไวโอเลต, แรง สนามแม่เหล็ก). ขึ้นอยู่กับปัจจัยไอออไนเซชัน เรียกว่าไอออไนซ์ความร้อนหรือโฟโตอิไนเซชัน ไอออนไนซ์อาจเกิดจากการกระแทกทางกล ปัจจัยไอออไนเซชันแบ่งออกเป็นธรรมชาติและประดิษฐ์ ธรรมชาติเกิดจากการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์และพื้นหลังของกัมมันตภาพรังสีของโลก นอกจากไอออไนซ์ภายนอกแล้ว ยังมีไอออไนซ์ภายในอีกด้วย แบ่งเป็นช็อตและสเต็ป.

ผลกระทบไอออไนเซชัน

ที่แรงดันไฟฟ้าสูงพอสมควร อิเล็กตรอนที่ถูกเร่งด้วยสนามจนมีความเร็วสูงนั้นเองจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดไอออไนซ์ เมื่ออิเล็กตรอนกระทบอะตอมที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนจะถูกผลักออกจากอะตอม สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อพลังงานของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดไอออไนซ์เกินพลังงานไอออไนเซชันของอะตอม แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดต้องเพียงพอเพื่อให้อิเล็กตรอนได้รับพลังงานที่ต้องการ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าไอออไนเซชัน มันมีความหมายในตัวเองสำหรับทุกคน

หากพลังงานของอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่น้อยกว่าที่จำเป็น เมื่อกระแทกจะเกิดการกระตุ้นของอะตอมที่เป็นกลางเท่านั้น หากอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ชนกับอะตอมที่ถูกกระตุ้นล่วงหน้า จะเกิดไอออไนซ์แบบขั้นตอน

2. การปล่อยก๊าซที่ไม่ยั่งยืนและลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

ไอออนไนซ์นำไปสู่การปฏิบัติตามเงื่อนไขแรกสำหรับการดำรงอยู่ของกระแสไฟฟ้านั่นคือ ในลักษณะที่ปรากฏของค่าธรรมเนียมฟรี เพื่อให้กระแสเกิดขึ้น จำเป็นต้องมีแรงภายนอกซึ่งจะบังคับให้ประจุเคลื่อนที่ในทิศทางเช่น จำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าในก๊าซจะมาพร้อมกับปรากฏการณ์หลายประการ: แสง, เสียง, การก่อตัวของโอโซน, ไนโตรเจนออกไซด์ ชุดของปรากฏการณ์ที่มาพร้อมกับกระแสผ่านการปล่อยก๊าซ - ก๊าซ กระบวนการไหลของกระแสนั้นมักเรียกว่าการปล่อยก๊าซ

การคายประจุจะเรียกว่าการไม่ยั่งยืนในตัวเองหากมีอยู่เฉพาะระหว่างการทำงานของเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอกเท่านั้น ในกรณีนี้ หลังจากสิ้นสุดการทำงานของไอออไนเซอร์ภายนอกแล้ว จะไม่เกิดพาหะประจุใหม่เกิดขึ้น และกระแสไฟฟ้าจะหยุดลง ในระหว่างการคายประจุที่ไม่ยั่งยืน กระแสน้ำจะมีขนาดน้อย และไม่มีก๊าซเรืองแสง

การปล่อยก๊าซอิสระประเภทและคุณลักษณะ

การปล่อยก๊าซอิสระคือการปล่อยที่อาจเกิดขึ้นหลังจากการหยุดการทำงานของไอออไนเซอร์ภายนอก เช่น เนื่องจากผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออน ในกรณีนี้จะสังเกตปรากฏการณ์แสงและเสียงและความแรงของกระแสสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก

ประเภทของการปลดปล่อยตัวเอง:

1. การคายประจุแบบเงียบ - ติดตามโดยตรงหลังจากการปล่อยแบบไม่ยั่งยืนความแรงของกระแสไฟฟ้าไม่เกิน 1 mA ไม่มีปรากฏการณ์เสียงหรือแสง ใช้ในการกายภาพบำบัด เคาน์เตอร์ Geiger-Muller

2. การปล่อยแสง เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ความเงียบก็กลายเป็นการคุกรุ่น มันเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้า - แรงดันจุดระเบิด ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซ นีออนมีไฟ 60-80 V ขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊สด้วย การปล่อยแสงจะมาพร้อมกับแสงซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมตัวกันใหม่ซึ่งเกิดขึ้นจากการปล่อยพลังงาน สียังขึ้นอยู่กับประเภทของก๊าซด้วย มันถูกใช้ในไฟแสดงสถานะ (นีออน, ฆ่าเชื้อแบคทีเรียด้วยรังสียูวี, ไฟส่องสว่าง, ฟลูออเรสเซนต์)

3. การปลดปล่อยส่วนโค้ง ความแรงของกระแสคือ 10 - 100 A. พร้อมด้วยแสงเรืองแสงที่รุนแรงอุณหภูมิในช่องว่างการปล่อยก๊าซถึงหลายพันองศา ไอออนไนซ์ถึงเกือบ 100% ก๊าซไอออไนซ์ 100% - พลาสมาก๊าซเย็น มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี ใช้ในหลอดปรอทความดันสูงและสูงพิเศษ

4. การปล่อยประกายไฟคือการปล่อยส่วนโค้งชนิดหนึ่ง นี่คือการคายประจุแบบสั่นของชีพจร ในทางการแพทย์จะใช้การสัมผัสกับการสั่นสะเทือนความถี่สูง ที่ความหนาแน่นกระแสสูง จะสังเกตเห็นปรากฏการณ์เสียงที่รุนแรง

5. การปล่อยโคโรนา นี่คือการปล่อยแสงแบบหนึ่งซึ่งสังเกตได้ในบริเวณที่เกิด การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันความแรงของสนามไฟฟ้า ที่นี่ประจุไฟฟ้าถล่มและก๊าซเรืองแสงปรากฏขึ้น - โคโรนา

สมบัติทางไฟฟ้าของก๊าซ

หน่วยโครงสร้างของก๊าซใด ๆ ที่เป็นโมเลกุล ประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอน นั่นคือเป็นกลุ่มของประจุไฟฟ้าที่กระจายไปในทางใดทางหนึ่งในอวกาศ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้างทำให้โมเลกุลของก๊าซสามารถโพลาไรซ์ได้ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก โมเลกุลส่วนใหญ่ที่ประกอบเป็นแก๊สจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ เนื่องจากประจุในแก๊สจะหักล้างกัน

หากสนามไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับแก๊ส โมเลกุลจะมีการวางแนวแบบไดโพล ซึ่งจะมีตำแหน่งเชิงพื้นที่เพื่อชดเชยผลกระทบของสนาม อนุภาคที่มีประจุที่อยู่ในแก๊สภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์จะเริ่มเคลื่อนที่: ไอออนบวก - ไปยังแคโทด, ไอออนลบและอิเล็กตรอน - ไปยังขั้วบวก อย่างไรก็ตาม หากสนามไฟฟ้ามีศักยภาพไม่เพียงพอ ประจุกระแสตรงเพียงเส้นเดียวจะไม่เกิดขึ้น และใครๆ ก็สามารถพูดถึงกระแสแต่ละกระแสได้ ซึ่งอ่อนแอมากจนควรถูกละเลย ก๊าซมีพฤติกรรมเหมือนอิเล็กทริก

ไอออนไนซ์

การแตกตัวเป็นไอออนด้วยสนามไฟฟ้า ในกรณีนี้ พลังงานศักย์ของสนามจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอนุภาค
ไอออนไนซ์ความร้อน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิยังนำไปสู่การก่อตัวของค่าใช้จ่ายฟรีจำนวนมาก
โฟโตออไนเซชัน สาระสำคัญของกระบวนการนี้คือพลังงานจะถูกส่งไปยังอิเล็กตรอนโดยควอนต้าของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอนหากมีความถี่สูงเพียงพอ (อัลตราไวโอเลต, เอ็กซ์เรย์, แกมมาควอนตัม)
อิออไนเซชันแบบกระแทกเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ชนกันเป็นพลังงานการแยกอิเล็กตรอน นอกจากการแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนแล้ว ยังทำหน้าที่เป็นปัจจัยหลักในการกระตุ้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซอีกด้วย

การปล่อยก๊าซและประเภทของมัน

ดังนั้นการแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนต้องใช้อุณหภูมิที่สูง แต่เปลวไฟเปิดซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมีบางอย่างจะส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออน แม้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำต่อหน้าเปลวไฟ การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าในก๊าซจะถูกบันทึกไว้ และการทดลองกับการนำก๊าซทำให้ง่ายต่อการตรวจสอบสิ่งนี้ จำเป็นต้องวางเปลวไฟของเตาหรือเทียนไว้ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุ วงจรที่เคยเปิดไว้เนื่องจากช่องว่างอากาศในตัวเก็บประจุจะปิดลง กัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะบ่งชี้ว่ามีกระแสไฟฟ้าอยู่

กระแสไฟฟ้าในก๊าซเรียกว่าการปล่อยก๊าซ โปรดทราบว่าเพื่อรักษาความเสถียรในการปล่อยประจุ การกระทำของไอออไนเซอร์จะต้องคงที่ เนื่องจากเนื่องจากการรวมตัวกันอีกครั้งอย่างต่อเนื่อง ก๊าซจึงสูญเสียคุณสมบัติการนำไฟฟ้า พาหะของกระแสไฟฟ้าในก๊าซ - ไอออน - ถูกทำให้เป็นกลางที่อิเล็กโทรดส่วนอื่น ๆ - อิเล็กตรอน - เมื่อไปถึงขั้วบวกพวกมันจะถูกส่งไปยัง "บวก" ของแหล่งกำเนิดสนาม หากปัจจัยไอออไนซ์หยุดทำงาน ก๊าซจะกลายเป็นไดอิเล็กทริกอีกครั้งทันทีและกระแสไฟฟ้าจะหยุดลง กระแสดังกล่าวซึ่งขึ้นอยู่กับการกระทำของไอออไนเซอร์ภายนอกเรียกว่าการคายประจุที่ไม่ยั่งยืนในตัวเอง

การมีอยู่ของไอออไนเซอร์ภายนอกในกรณีนี้จะไม่มีบทบาทในการรักษากระแสไฟฟ้าในก๊าซอีกต่อไป การคายประจุอย่างยั่งยืนในตัวเองภายใต้สภาวะและคุณลักษณะที่แตกต่างกันของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้าอาจมีลักษณะเฉพาะบางประการ การคายประจุเองมีหลายประเภท เช่น แสงเรืองแสง ประกายไฟ อาร์ก และโคโรนา เราจะดูว่ากระแสไฟฟ้ามีพฤติกรรมอย่างไรในก๊าซโดยสังเขปสำหรับแต่ละประเภทเหล่านี้

ปล่อยประกายไฟ

ด้วยการคายประจุประเภทนี้จะเกิดช่องประกายไฟระยะสั้นขึ้นซึ่งสามารถเติบโตได้จากจุดใดก็ได้ระหว่างอิเล็กโทรด นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการกระทบกระเทือนของไอออนไนซ์เกิดขึ้นแบบสุ่มในสถานที่ซึ่งมีไอออนจำนวนมากที่สุดที่มีความเข้มข้นในปัจจุบัน ใกล้กับช่องประกายไฟ ก๊าซจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและเกิดการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ทำให้เกิดคลื่นเสียง ดังนั้นการปล่อยประกายไฟจึงมาพร้อมกับเสียงแตกตลอดจนการปล่อยความร้อนและแสงจ้า กระบวนการไอออไนเซชันของ Avalanche สร้างแรงกดดันและอุณหภูมิสูงในช่องประกายไฟสูงถึง 10,000 องศาขึ้นไป

การคายประจุเองประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะคือความหนาแน่นกระแสสูงและแรงดันไฟฟ้าต่ำ (น้อยกว่าการปล่อยแสง) ระยะพังทลายสั้นเนื่องจากอิเล็กโทรดอยู่ใกล้กัน การปล่อยประจุเริ่มต้นจากการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวแคโทด (สำหรับอะตอมของโลหะ ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนมีน้อยเมื่อเทียบกับโมเลกุลของก๊าซ) ในระหว่างการพังทลาย จะมีการสร้างสภาวะระหว่างอิเล็กโทรดที่ก๊าซนำกระแสไฟฟ้า และเกิดการปล่อยประกายไฟโดยปิดวงจร หากกำลังของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงเพียงพอ การปล่อยประกายไฟจะกลายเป็นส่วนโค้งไฟฟ้าที่เสถียร

ไอออนไนซ์ในระหว่างการปล่อยส่วนโค้งถึงเกือบ 100% กระแสไฟสูงมากและสามารถอยู่ในช่วง 10 ถึง 100 แอมแปร์ ที่ความดันบรรยากาศส่วนโค้งสามารถให้ความร้อนได้สูงถึง 5-6,000 องศาและแคโทด - สูงถึง 3,000 องศาซึ่งนำไปสู่การปล่อยความร้อนที่รุนแรงจากพื้นผิว การระดมโจมตีขั้วบวกด้วยอิเล็กตรอนนำไปสู่การทำลายบางส่วน: เกิดการซึมเศร้าเกิดขึ้น - ปล่องที่มีอุณหภูมิประมาณ 4,000 °C ความดันที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น

การพัฒนาการปล่อยโคโรนาเกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศปกติในสนามที่ไม่เหมือนกันอย่างมากใกล้กับขั้วไฟฟ้าที่มีความโค้งของพื้นผิวมาก สิ่งเหล่านี้อาจเป็นยอดแหลม เสากระโดง สายไฟ องค์ประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีรูปร่างซับซ้อน หรือแม้แต่เส้นผมของมนุษย์ อิเล็กโทรดดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดโคโรนา กระบวนการไอออไนเซชันและด้วยเหตุนี้การเรืองแสงของก๊าซจึงเกิดขึ้นใกล้กับมันเท่านั้น

ตัวอย่างของการปล่อยโคโรนาในสภาพธรรมชาติคือที่เกิดขึ้นที่ปลายเสากระโดงสูง ยอดไม้ และอื่นๆ พวกมันก่อตัวขึ้นด้วยความแรงของสนามไฟฟ้าสูงในชั้นบรรยากาศ บ่อยครั้งก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนองหรือระหว่างเกิดพายุหิมะ นอกจากนี้ พวกมันยังถูกบันทึกไว้บนผิวหนังของเครื่องบินที่ติดอยู่ในกลุ่มเมฆเถ้าภูเขาไฟ

การปล่อยโคโรนาบนสายไฟทำให้เกิดการสูญเสียไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ที่แรงดันไฟฟ้าสูง การปล่อยโคโรนาสามารถเปลี่ยนเป็นการปล่อยส่วนโค้งได้ มีการต่อสู้ด้วยวิธีต่างๆ เช่น โดยการเพิ่มรัศมีความโค้งของตัวนำ

กระแสไฟฟ้าในก๊าซและพลาสมา

ก๊าซไอออไนซ์ทั้งหมดหรือบางส่วนเรียกว่าพลาสมา และถือเป็นสถานะที่สี่ของสสาร โดยทั่วไป พลาสมามีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากประจุรวมของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบเป็นศูนย์ สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากระบบอนุภาคมีประจุอื่นๆ เช่น ลำอิเล็กตรอน

ระดับของการไอออไนซ์เป็นลักษณะสำคัญของพลาสมา - คุณสมบัติการนำของมันขึ้นอยู่กับมัน ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของจำนวนอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนต่อจำนวนอะตอมทั้งหมดต่อหน่วยปริมาตร ยิ่งพลาสมาแตกตัวเป็นไอออนมากเท่าใด ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยความคล่องตัวสูง

กระแสไฟฟ้าในโลหะ ของเหลว และก๊าซ - ความแตกต่างและความคล้ายคลึง

ตัวนำประเภทที่สองคืออิเล็กโทรไลต์นั่นคือสารละลายน้ำอัลคาไลกรดและเกลือที่เป็นของเหลว การผ่านของกระแสไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในอิเล็กโทรไลต์ - อิเล็กโทรไลซิส ไอออนของสารที่ละลายในน้ำภายใต้อิทธิพลของความต่างศักย์เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม: ไอออนบวก - ถึงแคโทด, แอนไอออนลบ - ไปยังขั้วบวก กระบวนการนี้มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซหรือการสะสมของชั้นโลหะบนแคโทด ตัวนำประเภทที่สองมีลักษณะเป็นการนำไฟฟ้าแบบไอออนิก

ควรกล่าวถึงคุณลักษณะทั่วไปและลักษณะเฉพาะของกระแสไฟฟ้าในก๊าซและในสุญญากาศ สุญญากาศเป็นอิเล็กทริกที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ “ เกือบ” - เนื่องจากในสุญญากาศแม้ว่าจะไม่มีผู้ให้บริการชาร์จฟรี (แม่นยำยิ่งขึ้นคือมีความเข้มข้นต่ำมาก) แต่กระแสก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่สารพาหะที่มีศักยภาพนั้นมีอยู่ในก๊าซอยู่แล้ว เพียงแต่จะต้องแตกตัวเป็นไอออนเท่านั้น ตัวพาประจุจะถูกนำเข้าไปในสุญญากาศจากสาร ตามกฎแล้ว สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการปล่อยอิเล็กตรอน เช่น เมื่อแคโทดได้รับความร้อน (การปล่อยความร้อน) แต่ในการปล่อยก๊าซประเภทต่างๆ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกดังที่เราได้เห็นแล้วว่ามีบทบาทสำคัญ

การประยุกต์ใช้การปล่อยก๊าซในเทคโนโลยี

ผลกระทบที่เป็นอันตรายของการปล่อยก๊าซบางชนิดได้ถูกกล่าวถึงโดยย่อแล้วข้างต้น ตอนนี้เรามาดูประโยชน์ที่พวกเขานำมาสู่อุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวันกันดีกว่า

การปล่อยประกายไฟใช้ในฟิวส์และวิธีการคายประจุไฟฟ้าสำหรับการแปรรูปโลหะที่มีความแม่นยำ (การตัดประกายไฟ การเจาะ และอื่นๆ) แต่เป็นที่รู้จักกันดีในการใช้หัวเทียนสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องใช้ในครัวเรือน (เตาแก๊ส)

การปล่อยโคโรนาถูกนำมาใช้ในเครื่องตกตะกอนด้วยไฟฟ้าเพื่อการทำให้ก๊าซไอออนบริสุทธิ์ เครื่องนับอนุภาค ในสายล่อฟ้า และในระบบปรับอากาศ การปล่อยโคโรนายังใช้งานได้ในเครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์เลเซอร์ โดยจะชาร์จและปล่อยดรัมที่ไวต่อแสงและถ่ายโอนผงจากดรัมไปยังกระดาษ

กระแสไฟฟ้าในก๊าซ

การนำก๊าซที่เป็นอิสระและไม่เป็นอิสระในสภาพธรรมชาติ ก๊าซจะไม่นำกระแสไฟฟ้า เช่น 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 เหตุผลก็คือสนามไฟฟ้านั่นเอง: มันส่งความเร็วสูงเช่นนี้ให้กับไอออนบางตัว เช่น พลังงานมากจนเมื่อไอออนดังกล่าวชนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง โมเลกุลหลังจะแตกออกเป็นไอออน จำนวนทั้งหมดตอนนี้ไอออนไม่ได้ถูกกำหนดโดยปัจจัยไอออไนซ์ แต่โดยการกระทำของสนามแม่เหล็กเอง ซึ่งสามารถรองรับไอออไนซ์ที่จำเป็นได้เอง: การนำไฟฟ้าจากที่ไม่เป็นอิสระจะกลายเป็นอิสระ ปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ของการเกิดขึ้นอย่างกะทันหันของการนำไฟฟ้าอิสระซึ่งมีลักษณะของการสลายตัวของช่องว่างก๊าซไม่ได้เป็นเพียงรูปแบบเดียวของการเกิดการนำไฟฟ้าอิสระแม้ว่าจะมีความสำคัญมากก็ตาม

ปล่อยประกายไฟที่ความแรงของสนามไฟฟ้าสูงเพียงพอ (ประมาณ 3 MV/m) ประกายไฟจะปรากฏขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด ซึ่งมีลักษณะเป็นช่องขดลวดที่เรืองแสงเจิดจ้าซึ่งเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง ก๊าซที่อยู่ใกล้ประกายไฟจะร้อนขึ้นถึงอุณหภูมิสูงและขยายตัวอย่างกะทันหัน ทำให้เกิดคลื่นเสียงปรากฏขึ้นและเราได้ยินเสียงแตกเป็นลักษณะเฉพาะ

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). ทันใดนั้นภาชนะที่เต็มไปด้วยควันจะโปร่งใสโดยสมบูรณ์หากมีการนำอิเล็กโทรดโลหะแหลมคมที่เชื่อมต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้าเข้าไป 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 แต่เป็นแท่งที่ทำขึ้นเป็นพิเศษซึ่งได้มาจากการกดส่วนผสมของกราไฟท์เขม่าและ สารยึดเกาะ. แหล่งที่มาปัจจุบันอาจเป็นเครือข่ายแสงสว่างซึ่งมีลิโน่รวมอยู่ด้วยเพื่อความปลอดภัย

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

ลักษณะแรงดันกระแสของส่วนโค้งนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวอย่างสมบูรณ์ ในการคายประจุส่วนโค้ง เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อส่วนโค้งจะลดลง เช่น ส่วนโค้งมีลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสตก

การประยุกต์ใช้การปล่อยส่วนโค้ง. แสงสว่าง. เนื่องจากอุณหภูมิสูง อิเล็กโทรดส่วนโค้งจึงปล่อยแสงพราว (การเรืองแสงของคอลัมน์ส่วนโค้งจะอ่อนลง เนื่องจากการแผ่รังสีของก๊าซมีน้อย) ดังนั้นส่วนโค้งไฟฟ้าจึงเป็นหนึ่งใน แหล่งที่ดีที่สุดสเวต้า กินไฟเพียงประมาณ 3 วัตต์ต่อแคนเดลา และประหยัดกว่าหลอดไส้ที่ดีที่สุดอย่างมาก 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 หลอดปรอทมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาโรคต่างๆอีกด้วย การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เป็นแหล่งรังสีอัลตราไวโอเลตที่แข็งแกร่ง

โดยใช้หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้นเป็นแหล่งข้อมูล

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

เสร็จสมบูรณ์โดย MARKIDONOV TIMUR, อีร์คุตสค์