كيف يحدث التيار الكهربائي في الغازات؟ الخواص الكهربائية للغازات. التيار الكهربائي في الغازات والبلازما
ملخص الفيزياء
حول موضوع:
« كهرباءفي الغازات.
التيار الكهربائي في الغازات.
1. التفريغ الكهربائي في الغازات.
جميع الغازات في حالتها الطبيعية لا توصل الكهرباء. ويمكن ملاحظة ذلك من خلال التجربة التالية:
لنأخذ مقياسًا كهربيًا مزودًا بأقراص مكثف مسطح ونقوم بشحنه. في درجة حرارة الغرفةإذا كان الهواء جافًا بدرجة كافية، فلن يتم تفريغ المكثف بشكل ملحوظ - ولن يتغير موضع إبرة مقياس الكهربية. من الضروري ملاحظة انخفاض في زاوية انحراف إبرة مقياس الكهربية منذ وقت طويل. وهذا يدل على أن التيار الكهربائي الموجود في الهواء بين الأقراص صغير جدًا. تظهر هذه التجربة أن الهواء موصل رديء للتيار الكهربائي.
دعونا نعدل التجربة: دعونا نقوم بتسخين الهواء بين الأقراص بلهب مصباح الكحول. ثم تتناقص زاوية انحراف مؤشر مقياس الكهربية بسرعة، أي. يتناقص الفرق المحتمل بين أقراص المكثف - يتم تفريغ المكثف. وبالتالي أصبح الهواء الساخن بين الأقراص موصلاً، وينشأ فيه تيار كهربائي.
يتم تفسير الخصائص العازلة للغازات من خلال عدم وجود شحنات كهربائية مجانية فيها: ذرات وجزيئات الغازات في حالتها الطبيعية محايدة.
2. تأين الغازات.
تظهر التجربة المذكورة أعلاه أن الجسيمات المشحونة تظهر في الغازات تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة. وهي تنشأ نتيجة انقسام إلكترون أو أكثر من ذرات الغاز، ونتيجة لذلك يظهر أيون موجب وإلكترونات بدلا من الذرة المحايدة. يمكن التقاط جزء من الإلكترونات المتكونة بواسطة ذرات محايدة أخرى، ومن ثم سيظهر المزيد من الأيونات السالبة. يسمى تحلل جزيئات الغاز إلى إلكترونات وأيونات موجبة تأين الغازات.
تسخين الغاز إلى درجة حرارة عالية ليس كذلك الطريقة الوحيدةتأين جزيئات أو ذرات الغاز. يمكن أن يحدث تأين الغاز تحت تأثير التفاعلات الخارجية المختلفة: التسخين القوي للغاز، والأشعة السينية، والأشعة أ، ب، والأشعة الناتجة عن التحلل الإشعاعي، والأشعة الكونية، وقصف جزيئات الغاز بواسطة إلكترونات أو أيونات سريعة الحركة. تسمى العوامل التي تسبب تأين الغاز المؤينات.السمة الكمية لعملية التأين هي شدة التأين،تقاس بعدد أزواج الجسيمات المشحونة المتقابلة في الإشارة والتي تظهر في وحدة حجم الغاز في وحدة الزمن.
يتطلب تأين الذرة إنفاق طاقة معينة - طاقة التأين. لتأين ذرة (أو جزيء)، من الضروري بذل شغل ضد قوى التفاعل بين الإلكترون المنبعث وبقية جزيئات الذرة (أو الجزيء). ويسمى هذا العمل بعمل التأين A i . تعتمد قيمة عمل التأين على الطبيعة الكيميائيةحالة الغاز والطاقة للإلكترون المنبعث في الذرة أو الجزيء.
وبعد انتهاء عمل المؤين، يتناقص عدد الأيونات الموجودة في الغاز بمرور الوقت وفي النهاية تختفي الأيونات تمامًا. يتم تفسير اختفاء الأيونات من خلال حقيقة أن الأيونات والإلكترونات متورطة الحركة الحراريةوبالتالي تصطدم ببعضها البعض. عندما يصطدم أيون موجب وإلكترون، يمكن أن يجتمعوا مرة أخرى في ذرة متعادلة. وبنفس الطريقة، عندما يصطدم أيون موجب وسالب، يمكن للأيون السالب أن يتخلى عن إلكترونه الزائد للأيون الموجب، ويتحول كلا الأيونين إلى ذرات متعادلة. تسمى عملية التحييد المتبادل للأيونات إعادة التركيب الأيوني.عندما يتحد أيون موجب وإلكترون أو أيونين من جديد، يتم إطلاق طاقة معينة، يساوي الطاقةقضى على التأين. جزئيًا، ينبعث على شكل ضوء، وبالتالي فإن إعادة تركيب الأيونات تكون مصحوبة بالتلألؤ (تلألؤ إعادة التركيب).
في ظاهرة التفريغ الكهربائي في الغازات دور كبيريلعب تأين الذرات عن طريق تأثيرات الإلكترون. تتمثل هذه العملية في أن الإلكترون المتحرك ذو الطاقة الحركية الكافية يخرج منه إلكترونًا ذريًا أو أكثر عندما يصطدم بذرة متعادلة، ونتيجة لذلك تتحول الذرة المحايدة إلى أيون موجب، وتظهر إلكترونات جديدة في الغاز (سيتم مناقشته لاحقًا).
ويبين الجدول أدناه طاقات التأين لبعض الذرات.
3. آلية التوصيل الكهربائي للغازات.
تشبه آلية توصيل الغاز آلية توصيل المحاليل المنحل بالكهرباء والذوبان. مع الغياب المجال الخارجيتتحرك الجسيمات المشحونة، مثل الجزيئات المحايدة، بشكل عشوائي. إذا وجدت الأيونات والإلكترونات الحرة نفسها في مجال كهربائي خارجي، فإنها تدخل في حركة موجهة وتولد تيارًا كهربائيًا في الغازات.
وبالتالي، فإن التيار الكهربائي في الغاز هو حركة موجهة للأيونات الموجبة إلى الكاثود، والأيونات السالبة والإلكترونات إلى القطب الموجب. يتكون التيار الإجمالي في الغاز من تيارين من الجسيمات المشحونة: التيار المتجه إلى القطب الموجب والتيار الموجه إلى الكاثود.
يحدث تحييد الجسيمات المشحونة على الأقطاب الكهربائية، كما في حالة مرور التيار الكهربائي خلال المحاليل وذوبان الشوارد الكهربائية. ومع ذلك، في الغازات لا يوجد أي إطلاق للمواد على الأقطاب الكهربائية، كما هو الحال في المحاليل بالكهرباء. تقترب أيونات الغاز من الأقطاب الكهربائية، وتمنحها شحناتها، وتتحول إلى جزيئات محايدة وتنتشر مرة أخرى في الغاز.
هناك اختلاف آخر في التوصيل الكهربائي للغازات المتأينة ومحاليل (منصهرات) الإلكتروليتات وهو أن الشحنة السالبة، عندما يمر التيار عبر الغازات، لا تنتقل بشكل أساسي عن طريق الأيونات السالبة، ولكن عن طريق الإلكترونات، على الرغم من أن التوصيل الناتج عن الأيونات السالبة يمكن أن يلعب أيضًا دورًا دور معين.
وهكذا فإن الغازات تجمع بين الموصلية الإلكترونية، الشبيهة بموصلية المعادن، مع الموصلية الأيونية، الشبيهة بموصلية المحاليل المائية والمذابات الإلكتروليتية.
4. متكل تفريغ الغاز.
تسمى عملية تمرير تيار كهربائي عبر الغاز بتفريغ الغاز. إذا تم إنشاء الموصلية الكهربائية للغاز بواسطة المؤينات الخارجية، فسيتم استدعاء التيار الكهربائي الناشئ فيه تفريغ الغاز غير مكتفي ذاتيا.مع توقف عمل المؤينات الخارجية، يتوقف التفريغ غير المستدام ذاتيًا. لا يصاحب تفريغ الغاز غير المستدام توهج الغاز.
يوجد أدناه رسم بياني لاعتماد القوة الحالية على الجهد من أجل التفريغ غير المستدام في الغاز. تم استخدام أنبوب زجاجي به قطبين معدنيين ملحومين في الزجاج لرسم الرسم البياني. يتم تجميع السلسلة كما هو موضح في الشكل أدناه.
عند جهد معين، تأتي لحظة تصل فيها جميع الجزيئات المشحونة المتكونة في الغاز بواسطة المؤين في ثانية إلى الأقطاب الكهربائية في نفس الوقت. لم يعد من الممكن أن تؤدي الزيادة الإضافية في الجهد إلى زيادة في عدد الأيونات المنقولة. يصل التيار إلى التشبع (القسم الأفقي من الرسم البياني 1).
5. تفريغ الغاز المستقل.
يسمى التفريغ الكهربائي في الغاز الذي يستمر بعد انتهاء عمل المؤين الخارجي تفريغ الغاز المستقل. لتنفيذه، من الضروري أنه نتيجة للتفريغ نفسه، يتم تشكيل رسوم مجانية بشكل مستمر في الغاز. المصدر الرئيسي لحدوثها هو تأثير تأين جزيئات الغاز.
إذا واصلنا، بعد الوصول إلى التشبع، زيادة فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية، فإن القوة الحالية عند جهد مرتفع بدرجة كافية ستزداد بشكل حاد (الرسم البياني 2).
وهذا يعني ظهور أيونات إضافية في الغاز، والتي تتشكل نتيجة لعمل المؤين. يمكن أن تزيد قوة التيار مئات وآلاف المرات، ويمكن أن يصبح عدد الجسيمات المشحونة التي تظهر أثناء عملية التفريغ كبيرًا جدًا لدرجة أنه لم تعد هناك حاجة إلى مؤين خارجي للحفاظ على التفريغ. ولذلك، يمكن الآن إزالة المؤين.
ما أسباب الزيادة الحادة في قوة التيار عند الفولتية العالية؟ دعونا نفكر في أي زوج من الجسيمات المشحونة (أيون موجب وإلكترون) يتشكل نتيجة عمل مؤين خارجي. يبدأ الإلكترون الحر الذي يظهر بهذه الطريقة في التحرك نحو القطب الموجب - الأنود، والأيون الموجب - نحو الكاثود. وفي طريقه يلتقي الإلكترون بالأيونات والذرات المحايدة. في الفترات الفاصلة بين تصادمين متتاليين، تزداد طاقة الإلكترون بسبب عمل القوى الحقل الكهربائي.
 |
كلما زاد فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية، زادت شدة المجال الكهربائي. تتناسب الطاقة الحركية للإلكترون قبل الاصطدام التالي مع شدة المجال والمسار الحر للإلكترون: MV 2 /2=eEl. إذا تجاوزت الطاقة الحركية للإلكترون الشغل A i الذي يجب القيام به من أجل تأين ذرة (أو جزيء) محايد، أي. MV 2 >A i ، فعندما يصطدم الإلكترون بذرة (أو جزيء)، فإنه يتأين. ونتيجة لذلك، بدلا من إلكترون واحد، يظهر إلكترونين (يهاجمان الذرة ويمزقان الذرة). وهم، بدورهم، يتلقون الطاقة في المجال ويؤينون الذرات القادمة، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك، يزداد عدد الجزيئات المشحونة بسرعة، وينشأ انهيار جليدي إلكتروني. العملية الموصوفة تسمى التأين تأثير الإلكترون.
لنقم بالتجربة التالية.
صورة
دعونا نعلق مقياسًا كهربائيًا على أقراص مكثف مسطح. بعد ذلك نقوم بشحن المكثف. في درجات الحرارة العادية والهواء الجاف، سيتم تفريغ المكثف ببطء شديد. ومن هذا يمكننا أن نستنتج أن التيار الموجود في الهواء بين الأقراص صغير جدًا.
لذلك، في الظروف العادية، يكون الغاز عازلًا. إذا قمنا الآن بتسخين الهواء بين ألواح المكثف، فإن إبرة مقياس الكهربية ستقترب بسرعة من الصفر، وبالتالي سيتم تفريغ المكثف. وهذا يعني أنه يتم إنشاء تيار كهربائي في الغاز الساخن، وسيكون هذا الغاز موصلا.
التيار الكهربائي في الغازات
تفريغ الغاز هو عملية مرور التيار عبر الغاز. من التجربة يمكن ملاحظة أنه مع زيادة درجة الحرارة، تزداد موصلية الهواء. بالإضافة إلى التسخين، يمكن زيادة موصلية الغاز بطرق أخرى، على سبيل المثال، عن طريق عمل الإشعاع.
في الظروف العادية، تتكون الغازات بشكل رئيسي من ذرات وجزيئات محايدة، وبالتالي فهي عوازل. عندما نؤثر على غاز بالإشعاع أو نقوم بتسخينه، تبدأ بعض الذرات في التحلل إلى أيونات وإلكترونات موجبة - تتأين. يحدث التأين الغازي بسبب حقيقة أنه عند تسخينها، تزداد سرعة الجزيئات والذرات بقوة كبيرة، وعندما تصطدم ببعضها البعض، فإنها تتحلل إلى أيونات.
الموصلية الغازية
يتم التوصيل في الغازات بشكل رئيسي عن طريق الإلكترونات. يتم الجمع بين نوعين من الموصلية في الغازات: الإلكترونية والأيونية. على عكس محاليل الإلكتروليت، يحدث تكوين الأيونات في الغازات إما عند تسخينها، أو بسبب عمل المؤينات الخارجية - الإشعاع، بينما في محاليل الإلكتروليت، يحدث تكوين الأيونات بسبب ضعف الروابط بين الجزيئات.
إذا توقف المؤين في مرحلة ما عن تأثيره على الغاز، فسوف يتوقف التيار أيضًا. في هذه الحالة، يمكن للأيونات والإلكترونات المشحونة بشكل إيجابي أن تتحد مرة أخرى - وتتحد مرة أخرى. إذا لم يكن هناك مجال خارجي، فسوف تختفي الجسيمات المشحونة فقط بسبب إعادة التركيب.
إذا لم يتم مقاطعة عمل المؤين، فسيتم إنشاء توازن ديناميكي. في حالة التوازن الديناميكي، سيكون عدد أزواج الجسيمات المشكلة حديثًا (الأيونات والإلكترونات) مساويًا لعدد الأزواج المختفية - بسبب إعادة التركيب.
1. التأين جوهره وأنواعه.
الشرط الأول لوجود التيار الكهربائي هو وجود ناقلات الشحنة الحرة. وفي الغازات تنشأ نتيجة التأين. تحت تأثير عوامل التأين، يتم فصل الإلكترون عن الجسيم المحايد. تتحول الذرة إلى أيون موجب . وبالتالي، هناك نوعان من حاملات الشحنة: الأيون الموجب والإلكترون الحر. إذا انضم الإلكترون إلى ذرة متعادلة، يظهر أيون سالب، أي. النوع الثالث من حاملات الشحنة. ويسمى الغاز المتأين موصل من النوع الثالث. هناك نوعان من الموصلية ممكنة هنا: الإلكترونية والأيونية. بالتزامن مع عمليات التأين، تحدث العملية العكسية، إعادة التركيب. يستغرق الأمر طاقة لفصل الإلكترون من الذرة. إذا تم توفير الطاقة من الخارج فإن العوامل المساهمة في التأين تسمى خارجية (ارتفاع درجة الحرارة، الإشعاع المؤين، الأشعة فوق البنفسجية، القوية المجالات المغناطيسية). اعتمادًا على عوامل التأين، يطلق عليه التأين الحراري، التأين الضوئي. أيضا، يمكن أن يكون سبب التأين صدمة ميكانيكية. وتنقسم عوامل التأين إلى طبيعية وصناعية. السبب الطبيعي هو إشعاع الشمس، الخلفية المشعة للأرض. بالإضافة إلى التأين الخارجي، هناك التأين الداخلي. وهي مقسمة إلى قرع وصعدت.
تأثير التأين.
عند الجهد العالي بما فيه الكفاية، تصبح الإلكترونات التي يتسارعها المجال إلى سرعات عالية مصدرًا للتأين. عندما يضرب مثل هذا الإلكترون ذرة متعادلة، يتم إخراج الإلكترون من الذرة. يحدث هذا عندما تتجاوز طاقة الإلكترون المسببة للتأين طاقة التأين للذرة. يجب أن يكون الجهد بين الأقطاب الكهربائية كافياً حتى يكتسب الإلكترون الطاقة المطلوبة. ويسمى هذا الجهد جهد التأين. ولكل منها معناها الخاص.
إذا كانت طاقة الإلكترون المتحرك أقل من اللازم، فإن إثارة الذرة المحايدة فقط هي التي تحدث عند الاصطدام. إذا اصطدم إلكترون متحرك بذرة مثارة مسبقًا، يحدث التأين التدريجي.
2. تفريغ الغاز غير المستدام ذاتيا وخصائص الجهد الحالي.
التأين يؤدي إلى تحقق الشرط الأول لوجود التيار وهو: لظهور رسوم مجانية. لكي يحدث التيار، يلزم وجود قوة خارجية، تجعل الشحنات تتحرك في اتجاه ما، أي في اتجاه واحد. ضروري الحقل الكهربائي. يصاحب التيار الكهربائي في الغازات عدد من الظواهر: الضوء والصوت وتكوين الأوزون وأكاسيد النيتروجين. مجموعة الظواهر المصاحبة لمرور التيار من خلالها غاز - غازرتبة . في كثير من الأحيان، تسمى عملية تمرير التيار تفريغ الغاز.
يسمى التفريغ غير مكتفي ذاتيًا إذا كان موجودًا فقط أثناء عمل المؤين الخارجي. في هذه الحالة، بعد انتهاء عمل المؤين الخارجي، لا يتم تشكيل ناقلات شحن جديدة، ويتوقف التيار. مع التفريغ غير المستدام ذاتيًا، تكون التيارات صغيرة الحجم ولا يوجد توهج غازي.
تفريغ الغاز المستقل وأنواعه وخصائصه.
تفريغ الغاز المستقل هو تفريغ يمكن أن يوجد بعد انتهاء المؤين الخارجي، أي. بسبب تأثير التأين. في هذه الحالة، يتم ملاحظة الظواهر الضوئية والصوتية، ويمكن أن تزيد القوة الحالية بشكل كبير.
أنواع التفريغ الذاتي:
1. التفريغ الهادئ - يتبع مباشرة غير المكتفي ذاتيًا، ولا تتجاوز قوة التيار 1 مللي أمبير، ولا توجد ظواهر صوتية وخفيفة. يتم استخدامه في العلاج الطبيعي، عدادات جيجر مولر.
2. تفريغ الوهج. مع زيادة الجهد، يتحول الهدوء إلى نار. يحدث عند جهد معين - جهد الاشتعال. ذلك يعتمد على نوع الغاز. النيون لديه 60-80 فولت. ويعتمد أيضًا على ضغط الغاز. يصاحب تفريغ التوهج توهج، ويرتبط بإعادة التركيب، والذي يتوافق مع إطلاق الطاقة. يعتمد اللون أيضًا على نوع الغاز. يتم استخدامه في مصابيح المؤشرات (النيون، الأشعة فوق البنفسجية للجراثيم، الإضاءة، الانارة).
3. تفريغ القوس. القوة الحالية هي 10 - 100 أ. وهي مصحوبة بتوهج شديد، وتصل درجة الحرارة في فجوة تفريغ الغاز إلى عدة آلاف من الدرجات. يصل التأين إلى 100٪ تقريبًا. 100% غاز مؤين - بلازما غاز بارد. لديها الموصلية الجيدة. يتم استخدامه في مصابيح الزئبق ذات الضغط العالي والفائق.
4. تفريغ الشرارة هو نوع من تفريغ القوس. هذا هو التفريغ النبضي المتذبذب. في الطب، يتم استخدام تأثير التذبذبات عالية التردد، وعند كثافة تيار عالية، يتم ملاحظة ظواهر صوتية مكثفة.
5. تفريغ كورونا. هذا نوع من تفريغ التوهج يتم ملاحظته في الأماكن التي يوجد فيها تغير حاد في شدة المجال الكهربائي. يوجد هنا سيل من الشحنات وتوهج الغازات - الإكليل.
هذا ملخص قصير.
يستمر العمل على النسخة الكاملة
محاضرة2 1
التيار في الغازات
1. أحكام عامة
تعريف: تسمى ظاهرة مرور التيار الكهربائي في الغازات تفريغ الغاز.
يعتمد سلوك الغازات بشكل كبير على عواملها، مثل درجة الحرارة والضغط، وتتغير هذه العوامل بسهولة تامة. ولذلك فإن سريان التيار الكهربائي في الغازات يكون أكثر تعقيدا منه في المعادن أو في الفراغ.
الغازات لا تخضع لقانون أوم.
2. التأين وإعادة التركيب
يتكون الغاز في الظروف العادية من جزيئات محايدة عمليا، وبالتالي فهو موصل رديء للغاية للتيار الكهربائي. ومع ذلك، تحت التأثيرات الخارجية، يمكن أن يخرج الإلكترون من الذرة ويظهر أيون موجب الشحنة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للإلكترون أن ينضم إلى ذرة متعادلة ويشكل أيونًا سالب الشحنة. وبالتالي، فمن الممكن الحصول على غاز متأين، أي. بلازما.
تشمل التأثيرات الخارجية التسخين، والإشعاع بالفوتونات النشطة، والقصف بجسيمات أخرى، والمجالات القوية، أي. نفس الشروط اللازمة لانبعاث العناصر.
الإلكترون الموجود في الذرة موجود في بئر محتمل، ولكي يهرب من هناك لا بد من نقل طاقة إضافية إلى الذرة، وهو ما يسمى طاقة التأين.
|
مادة |
طاقة التأين، فولت |
|
ذرة الهيدروجين |
13,59 |
|
جزيء الهيدروجين |
15,43 |
|
هيليوم |
24,58 |
|
ذرة الأكسجين |
13,614 |
|
جزيء الأكسجين |
12,06 |
جنبا إلى جنب مع ظاهرة التأين، لوحظت أيضا ظاهرة إعادة التركيب، أي. اتحاد الإلكترون والأيون الموجب لتكوين ذرة متعادلة. تحدث هذه العملية مع إطلاق طاقة مساوية لطاقة التأين. ويمكن استخدام هذه الطاقة للإشعاع أو التدفئة. يؤدي التسخين الموضعي للغاز إلى التغيير المحليضغط. والذي يؤدي بدوره إلى موجات صوتية. وبالتالي، فإن تفريغ الغاز يكون مصحوبًا بتأثيرات ضوئية وحرارة وضجيج.
3. CVC لتفريغ الغاز.
على المراحل الأوليةعمل المؤين الخارجي ضروري.
في قسم BAW، يوجد التيار تحت تأثير المؤين الخارجي ويصل بسرعة إلى التشبع عندما تشارك جميع الجزيئات المتأينة في الجيل الحالي. إذا قمت بإزالة المؤين الخارجي، يتوقف التيار.
ويسمى هذا النوع من التفريغ تفريغ الغاز غير المستدام ذاتيا. عندما تحاول زيادة الجهد في الغاز، يظهر سيل من الإلكترونات، ويزداد التيار بجهد ثابت عمليًا، وهو ما يسمى جهد الإشعال (BC).
من هذه اللحظة فصاعدا، يصبح التفريغ مستقلا وليس هناك حاجة إلى مؤين خارجي. يمكن أن يصبح عدد الأيونات كبيرًا جدًا بحيث تنخفض مقاومة فجوة الأقطاب البينية وبالتالي ينخفض الجهد (SD).
بعد ذلك، في الفجوة بين الأقطاب الكهربائية، تبدأ منطقة مرور التيار في التضييق، وتزداد المقاومة، وبالتالي يزداد الجهد (DE).
عند محاولة زيادة الجهد، يصبح الغاز متأينًا بالكامل. تنخفض المقاومة والجهد إلى الصفر، ويرتفع التيار عدة مرات. اتضح تفريغ القوس (EF).
يوضح CVC أن الغاز لا يخضع لقانون أوم على الإطلاق.
4. العمليات في الغاز
العمليات التي يمكن يؤدي إلى تشكيل الانهيارات الإلكترونيةعلى الصورة.
هذه هي عناصر نظرية تاونسند النوعية.
5. توهج التفريغ.
في الضغوط المنخفضةوالفولتية الصغيرة، ويمكن ملاحظة هذا التفريغ.
ك - 1 (مساحة أستون المظلمة).
1 - 2 (فيلم الكاثود المضيء).
2 - 3 (مساحة كروكس المظلمة).
3 - 4 (توهج الكاثود الأول).
4 - 5 (مساحة فاراداي المظلمة)
5 - 6 (عمود الأنود الإيجابي).
6 - 7 (مساحة مظلمة أنوديك).
7 - أ (توهج الأنود).
إذا أصبح الأنود متحركًا، فيمكن تعديل طول العمود الموجب، عمليًا دون تغيير حجم منطقة K-5.
في المناطق المظلمة، يتم تسريع الجسيمات وتتراكم الطاقة، وفي المناطق المضيئة تحدث عمليات التأين وإعادة التركيب.
ويتكون من الحركة الموجهة للإلكترونات الحرة وفي هذه الحالة لا يحدث أي تغيرات في المادة التي يصنع منها الموصل.
تسمى هذه الموصلات التي لا يصاحب مرور التيار الكهربائي فيها تغيرات كيميائية في مادتها الموصلات من النوع الأول. وتشمل هذه جميع المعادن والفحم وعدد من المواد الأخرى.
ولكن هناك أيضًا موصلات للتيار الكهربائي في الطبيعة تحدث فيها ظواهر كيميائية أثناء مرور التيار. تسمى هذه الموصلات الموصلات من النوع الثاني. وتشمل هذه بشكل رئيسي المحاليل المختلفة في الماء من الأحماض والأملاح والقلويات.
إذا كان في وعاء زجاجيصب الماء وأضف إليه بضع قطرات من حمض الكبريتيك (أو بعض الأحماض أو القلويات الأخرى)، ثم خذ لوحين معدنيين وقم بتوصيل الموصلات بهما عن طريق إنزال هذه الصفائح في وعاء، وقم بتوصيل مصدر تيار إلى الأطراف الأخرى من يتم توصيل الموصلات من خلال مفتاح وأميتر، ثم ينطلق غاز من المحلول، ويستمر الغاز بشكل مستمر حتى يتم إغلاق الدائرة. الماء المحمض هو في الواقع موصل. بالإضافة إلى ذلك، ستبدأ اللوحات في التغطية بفقاعات الغاز. ثم تنفصل هذه الفقاعات عن الألواح وتخرج.
عندما يمر تيار كهربائي عبر المحلول، تحدث تغيرات كيميائية، ونتيجة لذلك ينطلق الغاز.
تسمى الموصلات من النوع الثاني إلكتروليتات، والظاهرة التي تحدث في الإلكتروليت عندما يمر تيار كهربائي من خلاله هي.
تسمى الصفائح المعدنية المغموسة في المنحل بالكهرباء بالأقطاب الكهربائية. أحدهما متصل بالقطب الموجب للمصدر الحالي يسمى الأنود والآخر متصل بالقطب السالب يسمى الكاثود.
ما الذي يسبب مرور التيار الكهربائي في موصل سائل؟ اتضح أنه في مثل هذه المحاليل (الشوارد) جزيئات الحمض (القلويات والأملاح) تحت تأثير المذيب (في هذه القضيةالماء) ينقسم إلى مكونين، و يحتوي أحد جسيمات الجزيء على شحنة كهربائية موجبة والآخر سلبي.
جزيئات الجزيء التي لها الشحنة الكهربائيةتسمى الأيونات. عند إذابة حمض أو ملح أو قلوي في الماء، يظهر عدد كبير من الأيونات الموجبة والسالبة في المحلول.
الآن يجب أن يصبح واضحًا سبب مرور تيار كهربائي عبر المحلول، لأنه تم إنشاؤه بين الأقطاب الكهربائية المتصلة بالمصدر الحالي، بمعنى آخر، تبين أن أحدهما مشحون بإيجابية والآخر سالب. وتحت تأثير فرق الجهد هذا، بدأت الأيونات الموجبة تتحرك نحو القطب السالب - الكاثود، والأيونات السالبة - نحو القطب الموجب.
وهكذا أصبحت الحركة الفوضوية للأيونات عبارة عن حركة مضادة منظمة للأيونات السالبة في اتجاه والأيونات الموجبة في الاتجاه الآخر. تشكل عملية نقل الشحنة تدفق التيار الكهربائي عبر المنحل بالكهرباء وتحدث طالما كان هناك فرق محتمل عبر الأقطاب الكهربائية. مع اختفاء فرق الجهد، يتوقف التيار عبر المنحل بالكهرباء، وتتعطل الحركة المنتظمة للأيونات، وتبدأ الحركة الفوضوية مرة أخرى.
على سبيل المثال، النظر في ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يتم تمرير تيار كهربائي من خلال الحل الزاج الأزرق CuSO4 مع أقطاب نحاسية يتم إنزالها فيه.
ظاهرة التحليل الكهربائي عندما يمر التيار عبر محلول كبريتات النحاس: C - وعاء به إلكتروليت، B - مصدر التيار، C - التبديل
سيكون هناك أيضًا حركة مضادة للأيونات إلى الأقطاب الكهربائية. سيكون الأيون الموجب هو أيون النحاس (Cu)، والأيون السالب سيكون أيون بقايا الحمض (SO4). سيتم تفريغ أيونات النحاس عند ملامستها للكاثود (ربط الإلكترونات المفقودة بنفسها)، أي أنها ستتحول إلى جزيئات محايدة من النحاس النقي، وترسب على الكاثود على شكل طبقة أنحف (جزيئية).
يتم أيضًا تفريغ الأيونات السالبة، بعد وصولها إلى الأنود (التخلص من الإلكترونات الزائدة). لكن في نفس الوقت يدخلون تفاعل كيميائيمع النحاس الأنود، ونتيجة لذلك يتم إضافة جزيء النحاس Cu إلى البقايا الحمضية SO4 ويتم تشكيل جزيء من كبريتات النحاس CuS O4، والذي يتم إرجاعه مرة أخرى إلى المنحل بالكهرباء.
نظرًا لأن هذه العملية الكيميائية تستغرق وقتًا طويلاً، يتم ترسيب النحاس على الكاثود، والذي يتم إطلاقه من المنحل بالكهرباء. في هذه الحالة، بدلا من جزيئات النحاس التي ذهبت إلى الكاثود، يتلقى المنحل بالكهرباء جزيئات نحاس جديدة بسبب حل القطب الثاني - الأنود.
وتحدث نفس العملية إذا تم أخذ أقطاب الزنك بدلاً من أقطاب النحاس، وكان الإلكتروليت عبارة عن محلول من كبريتات الزنك ZnSO4. سيتم أيضًا نقل الزنك من القطب الموجب إلى الكاثود.
هكذا، الفرق بين التيار الكهربائي في المعادن والموصلات السائلةيكمن في حقيقة أن الإلكترونات الحرة فقط في المعادن، أي الشحنات السالبة، هي حاملات للشحنة، بينما في الإلكتروليتات يتم حملها بواسطة جزيئات المادة المشحونة بشكل معاكس - أيونات تتحرك في اتجاهين متعاكسين. ولذلك يقولون ذلك الشوارد لديها الموصلية الأيونية.
ظاهرة التحليل الكهربائيتم اكتشافه في عام 1837 من قبل بي إس جاكوبي، الذي أجرى العديد من التجارب في دراسة وتحسين مصادر التيار الكيميائي. وجد جاكوبي أن أحد الأقطاب الكهربائية الموضوعة في محلول كبريتات النحاس، عند مرور تيار كهربائي فيه، يكون مغطى بالنحاس.
وتسمى هذه الظاهرة الكهربائي، يجد الآن كبيرة للغاية الاستخدام العملي. أحد الأمثلة على ذلك هو التغطية الأجسام المعدنيةطبقة رقيقة من معادن أخرى، مثل طلاء النيكل، والتذهيب، والطلاء بالفضة، وما إلى ذلك.
الغازات (بما في ذلك الهواء) لا توصل الكهرباء في الظروف العادية. على سبيل المثال، العراة، المعلقة بالتوازي مع بعضها البعض، معزولة عن بعضها البعض بطبقة من الهواء.
ومع ذلك، تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة، وفرق الجهد الكبير، وأسباب أخرى، تتأين الغازات، مثل الموصلات السائلة، أي تظهر فيها جزيئات جزيئات الغاز بأعداد كبيرة، والتي تساهم في مرور الكهرباء، كونها حاملة للكهرباء. التيار الكهربائي من خلال الغاز.
ولكن في الوقت نفسه، يختلف تأين الغاز عن تأين الموصل السائل. إذا انقسم الجزيء إلى جزأين مشحونين في السائل، ففي الغازات، تحت تأثير التأين، يتم دائمًا فصل الإلكترونات عن كل جزيء ويبقى الأيون في شكل جزء موجب الشحنة من الجزيء.
على المرء فقط أن يوقف تأين الغاز، لأنه يتوقف عن أن يكون موصلاً، بينما يظل السائل دائمًا موصلاً للتيار الكهربائي. وبالتالي، فإن موصلية الغاز هي ظاهرة مؤقتة، تعتمد على تأثير الأسباب الخارجية.
ومع ذلك، هناك واحد آخر يسمى تفريغ القوسأو مجرد قوس كهربائي. تم اكتشاف ظاهرة القوس الكهربائي في بداية القرن التاسع عشر على يد أول مهندس كهربائي روسي V. V. Petrov.
V. V. Petrov، إجراء العديد من التجارب، وجد ذلك بين اثنين فحمعند توصيله بمصدر تيار، يحدث تفريغ كهربائي مستمر عبر الهواء، يصاحبه ضوء ساطع. في كتاباته، كتب V. V. Petrov أنه في هذه الحالة، "يمكن إضاءة العالم المظلم بشكل مشرق للغاية". لذلك تم الحصول على الضوء الكهربائي لأول مرة، والذي تم تطبيقه عمليا من قبل عالم كهربائي روسي آخر بافيل نيكولاييفيتش يابلوشكوف.
أحدثت "شمعة يابلوشكوف"، التي يعتمد عملها على استخدام القوس الكهربائي، ثورة حقيقية في الهندسة الكهربائية في تلك الأيام.
يتم استخدام تفريغ القوس كمصدر للضوء حتى اليوم، على سبيل المثال، في الكشافات وأجهزة العرض. حرارةيسمح لك تفريغ القوس باستخدامه من أجل . في الوقت الحاضر، أفران القوس الكهربائي للغاية قوة عظيمة، تستخدم في عدد من الصناعات: لصهر الفولاذ والحديد الزهر والسبائك الحديدية والبرونز وما إلى ذلك. وفي عام 1882، استخدم N. N. Benardos لأول مرة تفريغ القوس لقطع ولحام المعادن.
وفي أنابيب الغاز الخفيفة، ومصابيح الفلورسنت، ومثبتات الجهد، للحصول على أشعة الإلكترون والأيونات، ما يسمى توهج تفريغ الغاز.
يتم استخدام تفريغ الشرارة لقياس فروق الجهد الكبيرة باستخدام فجوة كروية، تكون أقطابها عبارة عن كرتين معدنيتين بسطح مصقول. يتم إبعاد الكرات عن بعضها البعض، ويتم قياس فرق الجهد عليها. ثم يتم تجميع الكرات معًا حتى تقفز الشرارة بينهما. وبمعرفة قطر الكرات والمسافة بينها وضغط الهواء ودرجة حرارته ورطوبته، يجدون فرق الجهد بين الكرات وفق جداول خاصة. باستخدام هذه الطريقة، من الممكن قياس فرق جهد يصل إلى عشرات الآلاف من الفولتات بدقة تصل إلى عدة بالمائة.
