गैसों में विद्युत धारा का अनुभव। गैसों में विद्युत धारा: परिभाषा, विशेषताएँ एवं रोचक तथ्य। गैसों और प्लाज्मा में विद्युत प्रवाह
सामान्य परिस्थितियों में, गैसें परावैद्युत होती हैं, क्योंकि। तटस्थ परमाणुओं और अणुओं से मिलकर बने होते हैं, और उनमें पर्याप्त संख्या में मुक्त आवेश नहीं होते हैं। गैसें तभी चालक बनती हैं जब वे किसी तरह आयनित हो जाती हैं। गैसों के आयनीकरण की प्रक्रिया में यह तथ्य शामिल होता है कि किसी भी कारण के प्रभाव में परमाणु से एक या अधिक इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं। परिणामस्वरूप, एक तटस्थ परमाणु के स्थान पर, सकारात्मक आयनऔर इलेक्ट्रॉन.
अणुओं का आयनों और इलेक्ट्रॉनों में टूटना कहलाता है गैस आयनीकरण.
गठित इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा अन्य तटस्थ परमाणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, और फिर प्रकट हो सकता है नकारात्मक रूप से आवेशित आयन.
इस प्रकार, आयनित गैस में तीन प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: इलेक्ट्रॉन, धनात्मक आयन और ऋणात्मक।
एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए एक निश्चित ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है - आयनीकरण ऊर्जा डब्ल्यूमैं । आयनीकरण ऊर्जा गैस की रासायनिक प्रकृति और परमाणु में इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा स्थिति पर निर्भर करती है। तो, नाइट्रोजन परमाणु से पहले इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए, 14.5 eV की ऊर्जा खर्च की जाती है, और दूसरे इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए - 29.5 eV, तीसरे को अलग करने के लिए - 47.4 eV।
गैस आयनीकरण का कारण बनने वाले कारकों को कहा जाता है आयनकारक.
आयनीकरण तीन प्रकार के होते हैं: थर्मल आयनीकरण, फोटोआयनीकरण और प्रभाव आयनीकरण।
थर्मल आयनीकरणयह उच्च तापमान पर किसी गैस के परमाणुओं या अणुओं के टकराव के परिणामस्वरूप होता है, यदि टकराने वाले कणों की सापेक्ष गति की गतिज ऊर्जा किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन की बंधन ऊर्जा से अधिक हो जाती है।
फोटोआयनीकरणविद्युत चुम्बकीय विकिरण (पराबैंगनी, एक्स-रे या γ-विकिरण) के प्रभाव में होता है, जब एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को विकिरण क्वांटम द्वारा इसमें स्थानांतरित किया जाता है।
इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण(या प्रभाव आयनीकरण) उच्च गतिज ऊर्जा वाले तेज़ इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणुओं या अणुओं के टकराव के परिणामस्वरूप सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का निर्माण होता है।
गैस आयनीकरण की प्रक्रिया हमेशा विपरीत चार्ज वाले आयनों से उनके विद्युत आकर्षण के कारण तटस्थ अणुओं की पुनर्प्राप्ति की विपरीत प्रक्रिया के साथ होती है। इस घटना को कहा जाता है पुनर्संयोजन. पुनर्संयोजन से ऊर्जा मुक्त होती है ऊर्जा के बराबरआयनीकरण पर खर्च किया गया। उदाहरण के लिए, यह गैस की चमक का कारण बन सकता है।
यदि आयनकार की क्रिया अपरिवर्तित रहती है, तो आयनित गैस में गतिशील संतुलन स्थापित हो जाता है, जिसमें जितने अणु आयनों में विघटित होते हैं, उतने ही अणु प्रति इकाई समय में बहाल हो जाते हैं। इस मामले में, आयनित गैस में आवेशित कणों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है। यदि, हालांकि, आयनकार की क्रिया बंद कर दी जाती है, तो आयनीकरण पर पुनर्संयोजन प्रबल होना शुरू हो जाएगा, और आयनों की संख्या तेजी से घटकर लगभग शून्य हो जाएगी। नतीजतन, गैस में आवेशित कणों की उपस्थिति एक अस्थायी घटना है (जब तक आयनाइज़र चालू है)।
अनुपस्थिति के साथ बाहरी क्षेत्रआवेशित कण अनियमित रूप से चलते हैं।
गैस निर्वहन
जब एक आयनित गैस को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो विद्युत बल मुक्त आवेशों पर कार्य करना शुरू कर देते हैं, और वे तनाव की रेखाओं के समानांतर बहते हैं: इलेक्ट्रॉन और नकारात्मक आयन - एनोड की ओर, सकारात्मक आयन - कैथोड की ओर (चित्र 1) . इलेक्ट्रोड पर, आयन इलेक्ट्रॉनों को दान या स्वीकार करके तटस्थ परमाणुओं में बदल जाते हैं, जिससे सर्किट पूरा हो जाता है। यह गैस में होता है बिजली.
गैसों में विद्युत धाराआयनों और इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति है।
गैसों में विद्युत धारा कहलाती है गैस निर्वहन.
गैस में कुल धारा आवेशित कणों की दो धाराओं से बनी होती है: कैथोड की ओर जाने वाली धारा और एनोड की ओर निर्देशित धारा।
गैसों में, धातुओं की चालकता के समान इलेक्ट्रॉनिक चालकता, जलीय घोल या इलेक्ट्रोलाइट पिघलने की चालकता के समान, आयनिक चालकता के साथ संयुक्त होती है।
इस प्रकार, गैसों की चालकता होती है आयन-इलेक्ट्रॉनिक चरित्र.
विद्युत धारा एक प्रवाह है जो विद्युत आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति के कारण होता है। आवेशों की गति को विद्युत धारा की दिशा के रूप में लिया जाता है। विद्युत धारा अल्पकालिक और दीर्घकालिक हो सकती है।
विद्युत धारा की अवधारणा
बिजली के निर्वहन के दौरान, एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न हो सकता है, जिसे अल्पकालिक कहा जाता है। और विद्युत धारा को लंबे समय तक बनाए रखने के लिए विद्युत क्षेत्र और मुक्त विद्युत आवेश वाहक का होना आवश्यक है।
एक विद्युत क्षेत्र अलग-अलग तरह से चार्ज किए गए पिंडों द्वारा निर्मित होता है। वर्तमान ताकत एक समय अंतराल में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से इस समय अंतराल में स्थानांतरित चार्ज का अनुपात है। इसे एम्पीयर में मापा जाता है.
चावल। 1. वर्तमान सूत्र
गैसों में विद्युत धारा
सामान्य परिस्थितियों में गैस के अणु बिजली का संचालन नहीं करते हैं। वे इन्सुलेटर (डाइलेक्ट्रिक्स) हैं। हालाँकि, यदि आप स्थितियाँ बदलते हैं पर्यावरण, तो गैसें विद्युत की संवाहक बन सकती हैं। आयनीकरण के परिणामस्वरूप (गर्मी के दौरान या रेडियोधर्मी विकिरण की क्रिया के तहत), गैसों में एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जिसे अक्सर "इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज" शब्द से बदल दिया जाता है।
स्व-निरंतर और गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन
गैस में डिस्चार्ज आत्मनिर्भर और गैर-आत्मनिर्भर हो सकता है। जब निःशुल्क शुल्क प्रकट होते हैं तो करंट अस्तित्व में आना शुरू हो जाता है। गैर-स्व-स्थायी निर्वहन तब तक मौजूद रहते हैं जब तक कोई बाहरी बल, यानी कोई बाहरी आयनकार, उस पर कार्य करता है। अर्थात्, यदि बाहरी आयनाइज़र काम करना बंद कर देता है, तो करंट रुक जाता है।
बाहरी आयनकारक की समाप्ति के बाद भी गैसों में विद्युत प्रवाह का एक स्वतंत्र निर्वहन मौजूद रहता है। भौतिकी में स्वतंत्र निर्वहनों को शांत, सुलगते, चाप, चिंगारी, कोरोना में विभाजित किया गया है।
- शांत - स्वतंत्र निर्वहनों में सबसे कमजोर। इसमें करंट बहुत छोटा है (1 mA से अधिक नहीं)। यह ध्वनि या प्रकाश घटना के साथ नहीं है।
- सुलगनेवाला - यदि आप शांत डिस्चार्ज में वोल्टेज बढ़ाते हैं, तो यह अगले स्तर पर चला जाता है - ग्लो डिस्चार्ज तक। इस मामले में, एक चमक दिखाई देती है, जो पुनर्संयोजन के साथ होती है। पुनर्संयोजन - रिवर्स आयनीकरण प्रक्रिया, एक इलेक्ट्रॉन और एक सकारात्मक आयन का मिलन। इसका उपयोग जीवाणुनाशक तथा दीपक जलाने में किया जाता है।
चावल। 2. ग्लो डिस्चार्ज
- आर्क - वर्तमान ताकत 10 ए से 100 ए तक होती है। इस मामले में, आयनीकरण लगभग 100% है। इस प्रकार का निर्वहन होता है, उदाहरण के लिए, वेल्डिंग मशीन के संचालन के दौरान।
चावल। 3. आर्क डिस्चार्ज
- शानदार - आर्क डिस्चार्ज के प्रकारों में से एक माना जा सकता है। इस तरह के एक निर्वहन के दौरान बहुत के लिए छोटी अवधिएक निश्चित मात्रा में बिजली प्रवाहित होती है।
- कोरोना डिस्चार्ज - अणुओं का आयनीकरण छोटी वक्रता त्रिज्या वाले इलेक्ट्रोड के पास होता है। इस प्रकार का चार्ज तब होता है जब विद्युत क्षेत्र की ताकत नाटकीय रूप से बदल जाती है।
हमने क्या सीखा?
अपने आप में, गैस के परमाणु और अणु तटस्थ होते हैं। बाहर के संपर्क में आने पर वे चार्ज हो जाते हैं। गैसों में विद्युत प्रवाह के बारे में संक्षेप में बोलते हुए, यह कणों (कैथोड में सकारात्मक आयन और एनोड में नकारात्मक आयन) की एक निर्देशित गति है। यह भी महत्वपूर्ण है कि जब गैस को आयनित किया जाता है, तो उसके प्रवाहकीय गुणों में सुधार होता है।
यह एक संक्षिप्त सारांश है.
पूर्ण संस्करण पर काम जारी है
भाषण2 1
गैसों में करंट
1. सामान्य प्रावधान
परिभाषा: गैसों में विद्युत धारा प्रवाहित होने की घटना कहलाती है गैस निर्वहन.
गैसों का व्यवहार उसके मापदंडों, जैसे तापमान और दबाव, पर अत्यधिक निर्भर होता है और ये पैरामीटर काफी आसानी से बदलते हैं। इसलिए, गैसों में विद्युत धारा का प्रवाह धातुओं या निर्वात की तुलना में अधिक जटिल होता है।
गैसें ओम के नियम का पालन नहीं करतीं।
2. आयनीकरण और पुनर्संयोजन
सामान्य परिस्थितियों में किसी गैस में व्यावहारिक रूप से तटस्थ अणु होते हैं, इसलिए, यह विद्युत धारा का अत्यंत खराब संवाहक है। हालाँकि, बाहरी प्रभावों के तहत, एक इलेक्ट्रॉन परमाणु से बाहर आ सकता है और एक सकारात्मक चार्ज वाला आयन प्रकट होता है। इसके अलावा, एक इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ परमाणु से जुड़ सकता है और एक नकारात्मक चार्ज आयन बना सकता है। इस प्रकार, आयनित गैस प्राप्त करना संभव है, अर्थात। प्लाज्मा.
बाहरी प्रभावों में हीटिंग, ऊर्जावान फोटॉन के साथ विकिरण, अन्य कणों द्वारा बमबारी, और मजबूत क्षेत्र शामिल हैं, यानी। वही स्थितियाँ जो तत्व उत्सर्जन के लिए आवश्यक हैं।
किसी परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन एक संभावित कुएं में होता है और वहां से निकलने के लिए परमाणु को अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करना आवश्यक होता है, जिसे आयनीकरण ऊर्जा कहा जाता है।
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पदार्थ |
आयनीकरण ऊर्जा, ई.वी |
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हाइड्रोजन परमाणु |
13,59 |
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हाइड्रोजन अणु |
15,43 |
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हीलियम |
24,58 |
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ऑक्सीजन परमाणु |
13,614 |
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ऑक्सीजन अणु |
12,06 |
आयनीकरण की घटना के साथ-साथ पुनर्संयोजन की घटना भी देखी जाती है, अर्थात। एक इलेक्ट्रॉन और एक धनात्मक आयन का मिलन एक तटस्थ परमाणु बनाता है। यह प्रक्रिया आयनीकरण ऊर्जा के बराबर ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है। इस ऊर्जा का उपयोग विकिरण या तापन के लिए किया जा सकता है। गैस का स्थानीय तापन होता है स्थानीय परिवर्तनदबाव। जो बदले में आगे बढ़ता है ध्वनि तरंगें. इस प्रकार, गैस निर्वहन प्रकाश, तापीय और शोर प्रभावों के साथ होता है।
3. गैस डिस्चार्ज का सीवीसी।
पर शुरुआती अवस्थाबाहरी आयोनाइज़र की क्रिया आवश्यक है।
BAW अनुभाग में, करंट एक बाहरी आयनाइज़र की कार्रवाई के तहत मौजूद होता है और जब सभी आयनित कण वर्तमान पीढ़ी में भाग लेते हैं तो जल्दी से संतृप्ति तक पहुँच जाता है। यदि आप बाहरी आयनाइज़र को हटा देते हैं, तो करंट रुक जाता है।
इस प्रकार के डिस्चार्ज को गैर-आत्मनिर्भर गैस डिस्चार्ज कहा जाता है। जब आप गैस में वोल्टेज बढ़ाने की कोशिश करते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों का एक हिमस्खलन दिखाई देता है, और करंट व्यावहारिक रूप से स्थिर वोल्टेज पर बढ़ता है, जिसे इग्निशन वोल्टेज (बीसी) कहा जाता है।
इस क्षण से, डिस्चार्ज स्वतंत्र हो जाता है और बाहरी आयनाइज़र की कोई आवश्यकता नहीं होती है। आयनों की संख्या इतनी बड़ी हो सकती है कि इंटरइलेक्ट्रोड गैप का प्रतिरोध कम हो जाता है और, तदनुसार, वोल्टेज (एसडी) गिर जाता है।
फिर, इंटरइलेक्ट्रोड गैप में, करंट प्रवाह का क्षेत्र संकीर्ण होने लगता है, और प्रतिरोध बढ़ता है, और, परिणामस्वरूप, वोल्टेज (डीई) बढ़ता है।
जब आप वोल्टेज बढ़ाने की कोशिश करते हैं, तो गैस पूरी तरह से आयनित हो जाती है। प्रतिरोध और वोल्टेज शून्य हो जाता है, और धारा कई गुना बढ़ जाती है। यह एक आर्क डिस्चार्ज निकलता है (ईएफ).
सीवीसी से पता चलता है कि गैस ओम के नियम का बिल्कुल भी पालन नहीं करती है।
4. गैस में प्रक्रियाएँ
प्रक्रियाएं जो कर सकती हैं इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के निर्माण का कारण बनता हैछवि पर.
ये टाउनसेंड के गुणात्मक सिद्धांत के तत्व हैं।
5. ग्लो डिस्चार्ज.
पर कम दबावऔर छोटे वोल्टेज पर, यह डिस्चार्ज देखा जा सकता है।
के - 1 (डार्क एस्टन स्पेस)।
1 - 2 (चमकदार कैथोड फिल्म)।
2 - 3 (डार्क क्रुक्स स्पेस)।
3 - 4 (पहली कैथोड चमक)।
4 – 5 (डार्क फैराडे स्पेस)
5 - 6 (सकारात्मक एनोड कॉलम)।
6 - 7 (एनोडिक डार्क स्पेस)।
7 - ए (एनोड चमक)।
यदि एनोड को गतिशील बनाया जाता है, तो सकारात्मक स्तंभ की लंबाई को व्यावहारिक रूप से K-5 क्षेत्र के आकार को बदले बिना समायोजित किया जा सकता है।
अंधेरे क्षेत्रों में, कणों में तेजी आती है और ऊर्जा जमा होती है; प्रकाश क्षेत्रों में, आयनीकरण और पुनर्संयोजन प्रक्रियाएं होती हैं।
भौतिकी सार
के विषय पर:
"गैसों में विद्युत धारा"।
गैसों में विद्युत धारा.
1. गैसों में विद्युत् निर्वहन.
सभी गैसें अपनी प्राकृतिक अवस्था में विद्युत का संचालन नहीं करती हैं। इसे निम्नलिखित अनुभव से देखा जा सकता है:
आइए एक इलेक्ट्रोमीटर लें जिसके साथ एक फ्लैट कैपेसिटर की डिस्क जुड़ी हुई है और इसे चार्ज करें। पर कमरे का तापमानयदि हवा पर्याप्त रूप से शुष्क है, तो संधारित्र स्पष्ट रूप से डिस्चार्ज नहीं होता है - इलेक्ट्रोमीटर सुई की स्थिति नहीं बदलती है। इलेक्ट्रोमीटर सुई के विचलन के कोण में कमी को नोटिस करना आवश्यक है लंबे समय तक. इससे पता चलता है कि डिस्क के बीच हवा में विद्युत धारा बहुत कम है। यह अनुभव दर्शाता है कि वायु विद्युत धारा की कुचालक है।
आइए प्रयोग को संशोधित करें: आइए अल्कोहल लैंप की लौ से डिस्क के बीच की हवा को गर्म करें। तब इलेक्ट्रोमीटर सूचक का विक्षेपण कोण तेजी से घटता है, अर्थात। संधारित्र की डिस्क के बीच संभावित अंतर कम हो जाता है - संधारित्र डिस्चार्ज हो जाता है। नतीजतन, डिस्क के बीच गर्म हवा एक कंडक्टर बन गई है, और इसमें एक विद्युत प्रवाह स्थापित हो गया है।
गैसों के इन्सुलेशन गुणों को इस तथ्य से समझाया जाता है कि उनमें कोई मुक्त विद्युत आवेश नहीं होता है: गैसों के परमाणु और अणु अपनी प्राकृतिक अवस्था में तटस्थ होते हैं।
2. गैसों का आयनीकरण.
उपरोक्त अनुभव से पता चलता है कि उच्च तापमान के प्रभाव में आवेशित कण गैसों में दिखाई देते हैं। वे गैस परमाणुओं से एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों के विभाजन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणु के बजाय एक सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। गठित इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा अन्य तटस्थ परमाणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, और फिर अधिक नकारात्मक आयन दिखाई देंगे। गैस अणुओं का इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आयनों में टूटना कहलाता है गैसों का आयनीकरण.
किसी गैस को उच्च तापमान पर गर्म करना नहीं है एक ही रास्ताकिसी गैस के अणुओं या परमाणुओं का आयनीकरण। गैस आयनीकरण विभिन्न बाहरी अंतःक्रियाओं के प्रभाव में हो सकता है: गैस का मजबूत ताप, एक्स-रे, रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होने वाली ए-, बी- और जी-किरणें, ब्रह्मांडीय किरणें, तेजी से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों या आयनों द्वारा गैस अणुओं की बमबारी। गैस आयनीकरण का कारण बनने वाले कारकों को कहा जाता है आयनकारक।आयनीकरण प्रक्रिया की मात्रात्मक विशेषता है आयनीकरण तीव्रता,प्रति इकाई समय में गैस की एक इकाई मात्रा में दिखाई देने वाले संकेत के विपरीत आवेशित कणों के जोड़े की संख्या से मापा जाता है।
किसी परमाणु के आयनीकरण के लिए एक निश्चित ऊर्जा के व्यय की आवश्यकता होती है - आयनीकरण ऊर्जा। किसी परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए, निकाले गए इलेक्ट्रॉन और परमाणु (या अणु) के बाकी कणों के बीच परस्पर क्रिया की शक्तियों के विरुद्ध कार्य करना आवश्यक है। इस कार्य को आयनीकरण A i का कार्य कहा जाता है। आयनीकरण कार्य का मूल्य निर्भर करता है रासायनिक प्रकृतिकिसी परमाणु या अणु में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गैस और ऊर्जा अवस्था।
आयनकारक की समाप्ति के बाद, समय के साथ गैस में आयनों की संख्या कम हो जाती है और अंततः आयन पूरी तरह से गायब हो जाते हैं। आयनों के गायब होने को इस तथ्य से समझाया गया है कि इसमें आयन और इलेक्ट्रॉन शामिल हैं तापीय गतिऔर इसलिए एक दूसरे से टकराते हैं। जब एक धनात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन टकराते हैं, तो वे एक तटस्थ परमाणु में पुनः मिल सकते हैं। उसी तरह, जब एक सकारात्मक और नकारात्मक आयन टकराते हैं, तो नकारात्मक आयन अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को सकारात्मक आयन को दे सकता है, और दोनों आयन तटस्थ परमाणुओं में बदल जाएंगे। आयनों के पारस्परिक उदासीनीकरण की इस प्रक्रिया को कहा जाता है आयन पुनर्संयोजन.जब एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन या दो आयन पुनः संयोजित होते हैं, तो एक निश्चित ऊर्जा निकलती है, जो आयनीकरण पर खर्च की गई ऊर्जा के बराबर होती है। आंशिक रूप से, यह प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होता है, और इसलिए आयनों का पुनर्संयोजन ल्यूमिनसेंस (पुनर्संयोजन की चमक) के साथ होता है।
गैसों में विद्युत् निर्वहन की घटना में बड़ी भूमिकाइलेक्ट्रॉन प्रभावों द्वारा परमाणुओं के आयनीकरण की भूमिका निभाता है। इस प्रक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि पर्याप्त गतिज ऊर्जा वाला एक गतिमान इलेक्ट्रॉन जब एक तटस्थ परमाणु से टकराता है तो उसमें से एक या अधिक परमाणु इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देता है, जिसके परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणु एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है, और नए इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। गैस (इस पर बाद में चर्चा की जाएगी)।
नीचे दी गई तालिका कुछ परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा देती है।
3. गैसों की विद्युत चालकता का तंत्र।
गैस चालकता का तंत्र इलेक्ट्रोलाइट समाधानों और पिघलने की चालकता के तंत्र के समान है। बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, आवेशित कण, तटस्थ अणुओं की तरह, यादृच्छिक रूप से चलते हैं। यदि आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन बाह्य में हैं विद्युत क्षेत्र, फिर वे निर्देशित गति में आते हैं और गैसों में विद्युत प्रवाह पैदा करते हैं।
इस प्रकार, गैस में विद्युत धारा सकारात्मक आयनों की कैथोड की ओर और नकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों की एनोड की ओर निर्देशित गति है। गैस में कुल धारा आवेशित कणों की दो धाराओं से बनी होती है: एनोड की ओर जाने वाली धारा और कैथोड की ओर निर्देशित धारा।
आवेशित कणों का तटस्थीकरण इलेक्ट्रोड पर होता है, जैसे कि इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघलने के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने के मामले में। हालाँकि, गैसों में इलेक्ट्रोड पर पदार्थों का कोई उत्सर्जन नहीं होता है, जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में होता है। गैस आयन, इलेक्ट्रोड के पास आकर, उन्हें अपना आवेश देते हैं, तटस्थ अणुओं में बदल जाते हैं और वापस गैस में फैल जाते हैं।
आयनित गैसों की विद्युत चालकता और इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान (पिघल) में एक और अंतर यह है कि गैसों के माध्यम से विद्युत प्रवाह के दौरान नकारात्मक चार्ज मुख्य रूप से नकारात्मक आयनों द्वारा नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, हालांकि नकारात्मक आयनों के कारण चालकता भी एक भूमिका निभा सकती है। निश्चित भूमिका.
इस प्रकार, गैसें धातुओं की चालकता के समान इलेक्ट्रॉनिक चालकता को, जलीय घोल और इलेक्ट्रोलाइट पिघलने की चालकता के समान, आयनिक चालकता के साथ जोड़ती हैं।
4. गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन।
किसी गैस के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित करने की प्रक्रिया को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है। यदि गैस की विद्युत चालकता बाह्य आयनकारकों द्वारा निर्मित की जाती है तो उसमें उत्पन्न होने वाली विद्युत धारा कहलाती है गैर-आत्मनिर्भर गैस निर्वहन।बाह्य आयोनाइजरों की क्रिया समाप्ति के साथ, गैर-स्व-निरंतर निर्वहन बंद हो जाता है। एक गैर-आत्मनिर्भर गैस निर्वहन गैस की चमक के साथ नहीं होता है।
गैस में गैर-स्व-निरंतर निर्वहन के लिए वोल्टेज पर वर्तमान शक्ति की निर्भरता का एक ग्राफ नीचे दिया गया है। ग्राफ को प्लॉट करने के लिए ग्लास में सोल्डर किए गए दो धातु इलेक्ट्रोड के साथ एक ग्लास ट्यूब का उपयोग किया गया था। चेन को नीचे दिए गए चित्र में दिखाए अनुसार इकट्ठा किया गया है।
एक निश्चित वोल्टेज पर, एक ऐसा क्षण आता है जब आयनाइज़र द्वारा गैस में बने सभी आवेशित कण एक ही समय में इलेक्ट्रोड तक पहुँच जाते हैं। वोल्टेज में और वृद्धि से अब परिवहनित आयनों की संख्या में वृद्धि नहीं हो सकती है। धारा संतृप्ति (ग्राफ 1 का क्षैतिज खंड) तक पहुंचती है।
5. स्वतंत्र गैस निर्वहन.
किसी गैस में विद्युत् निर्वहन जो बाहरी आयनकारक की क्रिया समाप्त होने के बाद भी बना रहता है, कहलाता है स्वतंत्र गैस निर्वहन. इसके कार्यान्वयन के लिए यह आवश्यक है कि डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप गैस में लगातार मुक्त आवेश बनते रहें। उनकी घटना का मुख्य स्रोत गैस अणुओं का प्रभाव आयनीकरण है।
यदि, संतृप्ति तक पहुंचने के बाद, हम इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को बढ़ाना जारी रखते हैं, तो पर्याप्त उच्च वोल्टेज पर वर्तमान ताकत तेजी से बढ़ जाएगी (ग्राफ 2)।
इसका मतलब यह है कि गैस में अतिरिक्त आयन दिखाई देते हैं, जो आयनाइज़र की क्रिया के कारण बनते हैं। वर्तमान ताकत सैकड़ों और हजारों गुना बढ़ सकती है, और डिस्चार्ज के दौरान दिखाई देने वाले आवेशित कणों की संख्या इतनी बड़ी हो सकती है कि डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए किसी बाहरी आयनाइज़र की आवश्यकता नहीं रह जाती है। इसलिए, आयनाइज़र को अब हटाया जा सकता है।
उच्च वोल्टेज पर धारा शक्ति में तीव्र वृद्धि के क्या कारण हैं? आइए बाहरी आयनकारक की क्रिया के कारण बने आवेशित कणों (एक धनात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन) के किसी भी जोड़े पर विचार करें। इस तरह से प्रकट होने वाला मुक्त इलेक्ट्रॉन सकारात्मक इलेक्ट्रोड - एनोड, और सकारात्मक आयन - कैथोड की ओर बढ़ना शुरू कर देता है। अपने रास्ते में, इलेक्ट्रॉन आयनों और तटस्थ परमाणुओं से मिलता है। दो क्रमिक टकरावों के बीच के अंतराल में, विद्युत क्षेत्र बलों के कार्य के कारण इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा बढ़ जाती है।
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इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर जितना अधिक होगा, विद्युत क्षेत्र की ताकत उतनी ही अधिक होगी। अगली टक्कर से पहले एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉन के मुक्त पथ के समानुपाती होती है: MV 2 /2=eEl। यदि किसी इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा उस कार्य A i से अधिक हो जाती है जो एक तटस्थ परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए किया जाना आवश्यक है, अर्थात। एमवी 2 >ए आई, तब जब एक इलेक्ट्रॉन किसी परमाणु (या अणु) से टकराता है, तो वह आयनित हो जाता है। परिणामस्वरूप, एक इलेक्ट्रॉन के स्थान पर दो इलेक्ट्रॉन प्रकट होते हैं (परमाणु पर आक्रमण करते हैं और परमाणु से अलग हो जाते हैं)। बदले में, वे क्षेत्र में ऊर्जा प्राप्त करते हैं और आने वाले परमाणुओं आदि को आयनित करते हैं। परिणामस्वरूप, आवेशित कणों की संख्या तेजी से बढ़ती है, और एक इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन उत्पन्न होता है। वर्णित प्रक्रिया कहलाती है इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण.
लेकिन अकेले इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण एक स्वतंत्र चार्ज के रखरखाव को सुनिश्चित नहीं कर सकता है। दरअसल, आखिरकार, इस तरह से उत्पन्न होने वाले सभी इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ते हैं और एनोड पर पहुंचने पर, "खेल से बाहर हो जाते हैं।" डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की आवश्यकता होती है ("उत्सर्जन" का अर्थ है "उत्सर्जन")। इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कई कारणों से हो सकता है।
तटस्थ परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर के दौरान बनने वाले सकारात्मक आयन, जब कैथोड की ओर बढ़ते हैं, तो क्षेत्र की कार्रवाई के तहत एक बड़ी गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं। जब ऐसे तेज़ आयन कैथोड से टकराते हैं, तो इलेक्ट्रॉन कैथोड की सतह से बाहर निकल जाते हैं।
इसके अलावा, उच्च तापमान पर गर्म करने पर कैथोड इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन कर सकता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है किसी गर्म स्त्रोत से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन।इसे धातु से इलेक्ट्रॉनों का वाष्पीकरण माना जा सकता है। कई ठोस पदार्थों में, थर्मिओनिक उत्सर्जन ऐसे तापमान पर होता है जिस पर पदार्थ का वाष्पीकरण अभी भी छोटा होता है। ऐसे पदार्थों का उपयोग कैथोड के निर्माण के लिए किया जाता है।
स्व-निर्वहन के दौरान, कैथोड पर सकारात्मक आयनों की बौछार करके उसे गर्म किया जा सकता है। यदि आयनों की ऊर्जा बहुत अधिक नहीं है, तो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का बाहर निकलना नहीं होता है और थर्मिओनिक उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं।
6. विभिन्न प्रकार के स्व-निर्वहन एवं उनका तकनीकी अनुप्रयोग।
गैस के गुणों और स्थिति, इलेक्ट्रोड की प्रकृति और स्थान, साथ ही इलेक्ट्रोड पर लागू वोल्टेज पर निर्भर करता है। विभिन्न प्रकारस्वतंत्र पद. आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।
एक। सुलगता हुआ स्राव.
कई दसियों मिलीमीटर पारे या उससे भी कम दबाव पर गैसों में चमक निर्वहन देखा जाता है। यदि हम ग्लो डिस्चार्ज वाली एक ट्यूब पर विचार करते हैं, तो हम देख सकते हैं कि ग्लो डिस्चार्ज के मुख्य भाग क्या हैं कैथोड डार्क स्पेस,उससे बहुत दूर नकारात्मकया सुलगती चमक,जो धीरे-धीरे क्षेत्र में चला जाता है फैराडे डार्क स्पेस.ये तीन क्षेत्र डिस्चार्ज के कैथोड भाग का निर्माण करते हैं, इसके बाद डिस्चार्ज का मुख्य चमकदार भाग बनता है, जो इसके ऑप्टिकल गुणों को निर्धारित करता है और इसे कहा जाता है सकारात्मक स्तंभ.
ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में मुख्य भूमिका इसके कैथोड भाग के पहले दो क्षेत्रों द्वारा निभाई जाती है। अभिलक्षणिक विशेषताइस प्रकार का डिस्चार्ज कैथोड के पास क्षमता में तेज गिरावट है, जो कैथोड पर आयनों की अपेक्षाकृत कम गति के कारण क्षेत्र I और II की सीमा पर सकारात्मक आयनों की उच्च सांद्रता से जुड़ा है। कैथोड अंधेरे स्थान में, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का एक मजबूत त्वरण होता है, जो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देता है। चमकदार चमक के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन गैस अणुओं के तीव्र प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं और अपनी ऊर्जा खो देते हैं। यहां सकारात्मक आयन बनते हैं, जो डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए आवश्यक हैं। इस क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र की ताकत कम है। सुलगती चमक मुख्य रूप से आयनों और इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन के कारण होती है। कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई गैस और कैथोड सामग्री के गुणों से निर्धारित होती है।
सकारात्मक स्तंभ के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और आयनों की सांद्रता लगभग समान और बहुत अधिक होती है, जिससे सकारात्मक स्तंभ की उच्च विद्युत चालकता होती है और इसमें क्षमता में थोड़ी गिरावट होती है। सकारात्मक स्तंभ की चमक उत्तेजित गैस अणुओं की चमक से निर्धारित होती है। एनोड के पास, क्षमता में अपेक्षाकृत तेज बदलाव फिर से देखा जाता है, जो सकारात्मक आयनों की पीढ़ी की प्रक्रिया से जुड़ा होता है। कुछ मामलों में, धनात्मक स्तंभ अलग-अलग चमकदार क्षेत्रों में टूट जाता है - स्तर,अंधेरे स्थानों द्वारा अलग किया गया।
सकारात्मक स्तंभ ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है; इसलिए, जैसे-जैसे ट्यूब के इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कम होती जाती है, सकारात्मक स्तंभ की लंबाई कम होती जाती है और यह पूरी तरह से गायब हो सकता है। कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई के साथ स्थिति अलग है, जो इलेक्ट्रोड के एक-दूसरे के पास आने पर नहीं बदलती है। यदि इलेक्ट्रोड इतने करीब हैं कि उनके बीच की दूरी कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई से कम हो जाती है, तो गैस में चमक का निर्वहन बंद हो जाएगा। प्रयोगों से पता चलता है कि, अन्य चीजें समान होने पर, कैथोड डार्क स्पेस की लंबाई d गैस के दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होती है। नतीजतन, पर्याप्त रूप से कम दबाव पर, सकारात्मक आयनों द्वारा कैथोड से बाहर निकले इलेक्ट्रॉन गैस के अणुओं के साथ टकराव के बिना लगभग गैस से गुजरते हैं, जिससे गैस बनती है इलेक्ट्रोनिक, या कैथोड किरणें .
ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग गैस-लाइट ट्यूब, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स में इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए किया जाता है। यदि कैथोड में एक स्लिट बनाया जाता है, तो संकीर्ण आयन किरणें इसके माध्यम से कैथोड के पीछे की जगह में गुजरती हैं, जिसे अक्सर कहा जाता है चैनल किरणें.व्यापक रूप से प्रयुक्त घटना कैथोड स्पटरिंग, अर्थात। सकारात्मक आयनों की मार के प्रभाव में कैथोड सतह का विनाश। कैथोड सामग्री के अल्ट्रामाइक्रोस्कोपिक टुकड़े सीधी रेखाओं के साथ सभी दिशाओं में उड़ते हैं और एक पतली परत के साथ एक ट्यूब में रखे गए निकायों (विशेष रूप से ढांकता हुआ) की सतह को कवर करते हैं। इस प्रकार, कई उपकरणों के लिए दर्पण बनाए जाते हैं, सेलेनियम फोटोकल्स पर धातु की एक पतली परत लगाई जाती है।
बी। कोरोना डिस्चार्ज।
कोरोना डिस्चार्ज तब होता है जब सामान्य दबावअत्यधिक अमानवीय विद्युत क्षेत्र में गैस में (उदाहरण के लिए, स्पाइक्स या उच्च वोल्टेज लाइनों के तारों के पास)। कोरोना डिस्चार्ज में, गैस आयनीकरण और इसकी चमक केवल कोरोना इलेक्ट्रोड के पास होती है। कैथोड कोरोना (नकारात्मक कोरोना) के मामले में, गैस अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का कारण बनने वाले इलेक्ट्रॉन सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी करने पर कैथोड से बाहर निकल जाते हैं। यदि एनोड कोरोना (पॉजिटिव कोरोना) है, तो इलेक्ट्रॉनों का जन्म एनोड के पास गैस के फोटोआयनीकरण के कारण होता है। कोरोना एक हानिकारक घटना है, जिसमें वर्तमान रिसाव और हानि भी शामिल है विद्युतीय ऊर्जा. कोरोना को कम करने के लिए, कंडक्टरों की वक्रता की त्रिज्या बढ़ाई जाती है, और उनकी सतह को यथासंभव चिकना बनाया जाता है। इलेक्ट्रोड के बीच पर्याप्त उच्च वोल्टेज पर, कोरोना डिस्चार्ज एक चिंगारी में बदल जाता है।
बढ़े हुए वोल्टेज पर, टिप पर कोरोना डिस्चार्ज टिप से निकलने वाली और समय के साथ बदलती हुई हल्की रेखाओं का रूप ले लेता है। मोड़ और मोड़ की श्रृंखला वाली ये रेखाएं एक प्रकार की ब्रश का निर्माण करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप इस तरह के निर्वहन को कहा जाता है कलाई का .
एक आवेशित गड़गड़ाहट वाला बादल पृथ्वी की सतह के नीचे उत्पन्न होता है विद्युत शुल्कविपरीत संकेत. युक्तियों पर विशेष रूप से बड़ा चार्ज जमा हो जाता है। इसलिए, तूफान से पहले या तूफान के दौरान, ब्रश की तरह प्रकाश के शंकु अक्सर ऊंची उठी हुई वस्तुओं के बिंदुओं और तेज कोनों पर चमकते हैं। प्राचीन काल से, इस चमक को सेंट एल्मो की आग कहा जाता रहा है।
विशेष रूप से अक्सर पर्वतारोही इस घटना के गवाह बनते हैं। कभी-कभी न केवल धातु की वस्तुएँ, लेकिन सिर पर बालों के सिरे छोटे चमकदार लटकन से सजाए गए हैं।
उच्च वोल्टेज से निपटने के दौरान कोरोना डिस्चार्ज पर विचार करना होगा। यदि उभरे हुए हिस्से हों या बहुत पतले तारकोरोना डिस्चार्ज शुरू हो सकता है. इसके परिणामस्वरूप बिजली का रिसाव होता है। हाई-वोल्टेज लाइन का वोल्टेज जितना अधिक होगा, तार उतने ही मोटे होने चाहिए।
सी। चिंगारी निकलना.
स्पार्क डिस्चार्ज में चमकीले ज़िगज़ैग शाखाओं वाले फिलामेंट्स-चैनलों की उपस्थिति होती है जो डिस्चार्ज गैप में प्रवेश करते हैं और गायब हो जाते हैं, उनकी जगह नए ले लेते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि स्पार्क डिस्चार्ज के चैनल कभी सकारात्मक इलेक्ट्रोड से, कभी नकारात्मक से, और कभी इलेक्ट्रोड के बीच किसी बिंदु से बढ़ने लगते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि स्पार्क डिस्चार्ज के मामले में प्रभाव आयनीकरण गैस की पूरी मात्रा पर नहीं होता है, बल्कि उन स्थानों से गुजरने वाले व्यक्तिगत चैनलों के माध्यम से होता है जहां आयन एकाग्रता गलती से सबसे अधिक हो जाती है। स्पार्क डिस्चार्ज के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है, गैस की तेज चमक, कड़कड़ाहट या गड़गड़ाहट होती है। ये सभी घटनाएं इलेक्ट्रॉन और आयन हिमस्खलन के कारण होती हैं जो स्पार्क चैनलों में होती हैं और दबाव में भारी वृद्धि का कारण बनती हैं, जो 10 7 ¸10 8 Pa तक पहुंच जाती है, और तापमान में 10,000 डिग्री सेल्सियस तक की वृद्धि होती है।
स्पार्क डिस्चार्ज का एक विशिष्ट उदाहरण बिजली है। मुख्य बिजली चैनल का व्यास 10 से 25 सेमी है, और बिजली की लंबाई कई किलोमीटर तक पहुंच सकती है। बिजली पल्स की अधिकतम धारा दसियों और सैकड़ों हजारों एम्पीयर तक पहुंचती है।
डिस्चार्ज गैप की छोटी लंबाई के साथ, स्पार्क डिस्चार्ज एनोड के एक विशिष्ट विनाश का कारण बनता है, जिसे कहा जाता है कटाव. इस घटना का उपयोग काटने, ड्रिलिंग और अन्य प्रकार के सटीक धातु प्रसंस्करण की इलेक्ट्रोस्पार्क विधि में किया गया था।
स्पार्क गैप का उपयोग विद्युत पारेषण लाइनों (जैसे टेलीफोन लाइनों) में एक सर्ज रक्षक के रूप में किया जाता है। यदि कोई तीव्र अल्पकालिक धारा लाइन के पास से गुजरती है, तो इस लाइन के तारों में वोल्टेज और धाराएं प्रेरित हो जाती हैं, जो नष्ट कर सकती हैं विद्युत नियुक्तिऔर मानव जीवन के लिए खतरनाक है। इससे बचने के लिए, विशेष फ़्यूज़ का उपयोग किया जाता है, जिसमें दो घुमावदार इलेक्ट्रोड होते हैं, जिनमें से एक लाइन से जुड़ा होता है और दूसरा ग्राउंडेड होता है। यदि जमीन के सापेक्ष रेखा की क्षमता बहुत बढ़ जाती है, तो इलेक्ट्रोड के बीच एक स्पार्क डिस्चार्ज होता है, जो इसके द्वारा गर्म की गई हवा के साथ ऊपर उठता है, लंबा होता है और टूट जाता है।
अंत में, बड़े संभावित अंतरों को मापने के लिए एक विद्युत चिंगारी का उपयोग किया जाता है गेंद का अंतर, जिनके इलेक्ट्रोड पॉलिश सतह वाली दो धातु की गेंदें हैं। गेंदों को अलग कर दिया जाता है, और उन पर एक मापा संभावित अंतर लागू किया जाता है। फिर गेंदों को एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न फूट जाए। वे गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानकर विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर का पता लगाते हैं। इस विधि से, कई प्रतिशत की सटीकता के साथ, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापना संभव है।
डी। आर्क डिस्चार्ज.
आर्क डिस्चार्ज की खोज वी. वी. पेत्रोव ने 1802 में की थी। यह डिस्चार्ज गैस डिस्चार्ज के रूपों में से एक है, जो उच्च वर्तमान घनत्व और इलेक्ट्रोड के बीच अपेक्षाकृत कम वोल्टेज (कई दसियों वोल्ट के क्रम पर) पर होता है। आर्क डिस्चार्ज का मुख्य कारण गर्म कैथोड द्वारा थर्मोइलेक्ट्रॉनों का तीव्र उत्सर्जन है। ये इलेक्ट्रॉन त्वरित हो रहे हैं विद्युत क्षेत्रऔर गैस अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं, जिसके कारण इलेक्ट्रोड के बीच गैस अंतराल का विद्युत प्रतिरोध अपेक्षाकृत छोटा होता है। यदि हम बाहरी सर्किट के प्रतिरोध को कम करते हैं, आर्क डिस्चार्ज की धारा को बढ़ाते हैं, तो गैस अंतराल की चालकता इतनी बढ़ जाएगी कि इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज कम हो जाएगा। इसलिए, आर्क डिस्चार्ज को गिरना कहा जाता है वोल्ट-एम्पीयर विशेषता. पर वायु - दाबकैथोड का तापमान 3000°C तक पहुँच जाता है। इलेक्ट्रॉन, एनोड पर बमबारी करते हुए, इसमें एक गड्ढा (गड्ढा) बनाते हैं और इसे गर्म करते हैं। क्रेटर का तापमान लगभग 4000 डिग्री सेल्सियस है, और उच्च वायु दबाव पर यह 6000-7000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। आर्क डिस्चार्ज चैनल में गैस का तापमान 5000-6000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है, इसलिए इसमें तीव्र थर्मल आयनीकरण होता है।
कुछ मामलों में, आर्क डिस्चार्ज अपेक्षाकृत कम कैथोड तापमान पर भी देखा जाता है (उदाहरण के लिए, पारा आर्क लैंप में)।
1876 में, पी. एन. याब्लोचकोव ने पहली बार प्रकाश स्रोत के रूप में एक विद्युत चाप का उपयोग किया। "याब्लोचकोव मोमबत्ती" में, कोयले को समानांतर में व्यवस्थित किया गया था और एक घुमावदार परत द्वारा अलग किया गया था, और उनके सिरे एक प्रवाहकीय "इग्निशन ब्रिज" से जुड़े हुए थे। जब करंट चालू किया गया, तो इग्निशन ब्रिज जल गया और कोयले के बीच एक विद्युत चाप बन गया। जैसे ही कोयले जले, इन्सुलेशन परत वाष्पित हो गई।
आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज भी प्रकाश के स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्चलाइट और प्रोजेक्टर में।
गर्मीआर्क डिस्चार्ज आपको डिवाइस आर्क फर्नेस के लिए इसका उपयोग करने की अनुमति देता है। वर्तमान समय में इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस बहुत हैं महा शक्ति, कई उद्योगों में उपयोग किया जाता है: स्टील, कच्चा लोहा, लौह मिश्र धातु, कांस्य, कैल्शियम कार्बाइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड, आदि के उत्पादन के लिए।
1882 में, एन.एन. बेनार्डोस ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया। एक निश्चित कार्बन इलेक्ट्रोड और धातु के बीच का डिस्चार्ज दो धातु शीटों (या प्लेटों) के जंक्शन को गर्म करता है और उन्हें वेल्ड करता है। बेनार्डोस ने धातु की प्लेटों को काटने और उनमें छेद करने के लिए इसी विधि का उपयोग किया। 1888 में, एन. जी. स्लाव्यानोव ने कार्बन इलेक्ट्रोड को धातु से बदलकर इस वेल्डिंग विधि में सुधार किया।
आर्क डिस्चार्ज का उपयोग पारा रेक्टिफायर में किया गया है, जो प्रत्यावर्ती विद्युत धारा को प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है।
इ। प्लाज्मा.
प्लाज्मा आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। इस प्रकार, समग्र रूप से प्लाज्मा एक विद्युत रूप से तटस्थ प्रणाली है।
प्लाज्मा की मात्रात्मक विशेषता आयनीकरण की डिग्री है। प्लाज्मा आयनीकरण की डिग्री आवेशित कणों की आयतन सांद्रता और कणों की कुल आयतन सांद्रता का अनुपात है। आयनीकरण की डिग्री के आधार पर, प्लाज्मा को विभाजित किया जाता है कमजोर रूप से आयनित(ए एक प्रतिशत का अंश है), आंशिक रूप से आयनित (कुछ प्रतिशत के क्रम का) और पूरी तरह से आयनित (ए 100% के करीब है)। कमजोर रूप से आयनित प्लाज्मा स्वाभाविक परिस्थितियांवायुमंडल की ऊपरी परतें हैं - आयनमंडल। सूर्य, गर्म तारे और कुछ अंतरतारकीय बादल पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा हैं जो उच्च तापमान पर बनते हैं।
मध्यम ऊर्जा विभिन्न प्रकार केप्लाज्मा बनाने वाले कण एक दूसरे से काफी भिन्न हो सकते हैं। इसलिए, प्लाज्मा को तापमान T के एकल मान से चित्रित नहीं किया जा सकता है; इलेक्ट्रॉन तापमान टी ई, आयन तापमान टी आई (या आयन तापमान, यदि प्लाज्मा में कई प्रकार के आयन हैं) और तटस्थ परमाणुओं का तापमान टी ए (तटस्थ घटक) के बीच अंतर करें। ऐसे प्लाज़्मा को इज़ोटेर्मल प्लाज़्मा के विपरीत, गैर-इज़ोटेर्मल कहा जाता है, जिसमें सभी घटकों का तापमान समान होता है।
प्लाज्मा को उच्च-तापमान (T i »10 6 -10 8 K और अधिक) और निम्न-तापमान में भी विभाजित किया गया है!!! (टी आई<=10 5 К). Это условное разделение связано с особой влажностью высокотемпературной плазмы в связи с проблемой осуществления управляемого термоядерного синтеза.
प्लाज्मा में कई विशिष्ट गुण होते हैं, जो हमें इसे पदार्थ की एक विशेष चौथी अवस्था के रूप में मानने की अनुमति देता है।
आवेशित प्लाज्मा कणों की उच्च गतिशीलता के कारण, वे आसानी से विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के प्रभाव में चलते हैं। इसलिए, समान चार्ज साइन के कणों के संचय के कारण प्लाज्मा के व्यक्तिगत क्षेत्रों की विद्युत तटस्थता का कोई भी उल्लंघन जल्दी से समाप्त हो जाता है। परिणामी विद्युत क्षेत्र आवेशित कणों को तब तक स्थानांतरित करते हैं जब तक विद्युत तटस्थता बहाल नहीं हो जाती और विद्युत क्षेत्र शून्य नहीं हो जाता। एक तटस्थ गैस के विपरीत, जिसके अणुओं के बीच कम दूरी के बल होते हैं, आवेशित प्लाज्मा कणों के बीच कूलम्ब बल होते हैं जो दूरी के साथ अपेक्षाकृत धीरे-धीरे कम होते हैं। प्रत्येक कण बड़ी संख्या में आसपास के कणों के साथ तुरंत संपर्क करता है। इसके कारण, अराजक तापीय गति के साथ-साथ, प्लाज्मा कण विभिन्न क्रमबद्ध गतियों में भाग ले सकते हैं। प्लाज्मा में विभिन्न प्रकार के दोलन एवं तरंगें आसानी से उत्तेजित होती हैं।
जैसे-जैसे आयनीकरण की डिग्री बढ़ती है, प्लाज्मा चालकता बढ़ती है। उच्च तापमान पर, पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा अपनी चालकता में सुपरकंडक्टर्स के पास पहुंचता है।
कम तापमान वाले प्लाज्मा का उपयोग गैस-डिस्चार्ज प्रकाश स्रोतों में किया जाता है - विज्ञापन शिलालेखों के लिए चमकदार ट्यूबों में, फ्लोरोसेंट लैंप में। गैस डिस्चार्ज लैंप का उपयोग कई उपकरणों में किया जाता है, उदाहरण के लिए, गैस लेजर में - क्वांटम प्रकाश स्रोत।
मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर में उच्च तापमान वाले प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है।
एक नया उपकरण, प्लाज़्मा टॉर्च, हाल ही में बनाया गया है। प्लास्माट्रॉन घने कम तापमान वाले प्लाज्मा के शक्तिशाली जेट बनाता है, जिनका व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है: धातुओं को काटने और वेल्डिंग करने, कठोर चट्टानों में कुओं की ड्रिलिंग आदि के लिए।
प्रयुक्त साहित्य की सूची:
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2) भौतिकी पाठ्यक्रम (तीन खंडों में)। टी. द्वितीय. बिजली और चुंबकत्व. प्रोक. तकनीकी कॉलेजों के लिए मैनुअल। / डेटलाफ ए.ए., यावोर्स्की बी.एम., मिल्कोव्स्काया एल.बी. इज़्ड। चौथा, संशोधित. - एम.: हायर स्कूल, 1977. - 375 पी।
3) बिजली./ई. जी कलाश्निकोव। ईडी। "विज्ञान", मॉस्को, 1977।
4)भौतिकी./बी. बी. बुखोवत्सेव, यू. एल. क्लिमोंटोविच, जी. हां. मायकिशेव। तीसरा संस्करण, संशोधित। - एम.: ज्ञानोदय, 1986।
यह मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति से बनता है और इस स्थिति में जिस पदार्थ से कंडक्टर बनाया जाता है उसमें कोई परिवर्तन नहीं होता है।
ऐसे चालक, जिनमें विद्युत धारा के प्रवाह के साथ-साथ उनके पदार्थ में रासायनिक परिवर्तन नहीं होता है, कहलाते हैं पहली तरह के कंडक्टर. इनमें सभी धातुएँ, कोयला और कई अन्य पदार्थ शामिल हैं।
लेकिन प्रकृति में विद्युत धारा के ऐसे सुचालक भी हैं, जिनमें धारा प्रवाहित होने के दौरान रासायनिक घटनाएं घटित होती हैं। ये कंडक्टर कहलाते हैं दूसरे प्रकार के संवाहक. इनमें मुख्य रूप से अम्ल, लवण और क्षार के पानी में विभिन्न समाधान शामिल हैं।
यदि आप एक कांच के बर्तन में पानी डालते हैं और उसमें सल्फ्यूरिक एसिड (या कोई अन्य एसिड या क्षार) की कुछ बूंदें मिलाते हैं, और फिर दो धातु की प्लेटें लेते हैं और इन प्लेटों को बर्तन में नीचे करके उनमें कंडक्टर जोड़ते हैं, और एक करंट जोड़ते हैं। एक स्विच और एक एमीटर के माध्यम से कंडक्टर के दूसरे छोर तक स्रोत, फिर समाधान से गैस जारी की जाएगी, और यह सर्किट बंद होने तक लगातार जारी रहेगा। अम्लीय जल वास्तव में एक सुचालक है। इसके अलावा, प्लेटें गैस के बुलबुले से ढकी होने लगेंगी। फिर ये बुलबुले प्लेटों से टूटकर बाहर आ जायेंगे.
जब विद्युत धारा विलयन से होकर गुजरती है, तो रासायनिक परिवर्तन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गैस निकलती है।
दूसरे प्रकार के कंडक्टरों को इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है, और वह घटना जो इलेक्ट्रोलाइट में तब घटित होती है जब उसमें से विद्युत धारा प्रवाहित होती है।
इलेक्ट्रोलाइट में डूबी धातु की प्लेटों को इलेक्ट्रोड कहा जाता है; उनमें से एक, जो वर्तमान स्रोत के सकारात्मक ध्रुव से जुड़ा है, एनोड कहलाता है, और दूसरा, जो नकारात्मक ध्रुव से जुड़ा है, कैथोड कहलाता है।
किसी द्रव चालक में विद्युत धारा प्रवाहित होने का क्या कारण है? यह पता चला है कि ऐसे समाधानों (इलेक्ट्रोलाइट्स) में, एसिड अणु (क्षार, लवण) एक विलायक (इस मामले में, पानी) की कार्रवाई के तहत दो घटकों में विघटित हो जाते हैं, और अणु के एक कण पर धनात्मक विद्युत आवेश होता है, और दूसरे पर ऋणात्मक।
किसी अणु के वे कण जिनमें विद्युत आवेश होता है, आयन कहलाते हैं। जब किसी अम्ल, नमक या क्षार को पानी में घोला जाता है, तो घोल में बड़ी संख्या में सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आयन दिखाई देते हैं।
अब यह स्पष्ट हो जाना चाहिए कि समाधान के माध्यम से विद्युत प्रवाह क्यों पारित हुआ, क्योंकि वर्तमान स्रोत से जुड़े इलेक्ट्रोड के बीच, यह बनाया गया था, दूसरे शब्दों में, उनमें से एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया और दूसरा नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया। इस संभावित अंतर के प्रभाव में, सकारात्मक आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड - कैथोड, और नकारात्मक आयन - एनोड की ओर बढ़ने लगे।
इस प्रकार, आयनों की अराजक गति एक दिशा में नकारात्मक आयनों और दूसरी दिशा में सकारात्मक आयनों की एक क्रमबद्ध प्रति-गति बन गई है। यह चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह का गठन करती है और तब तक होती है जब तक इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर होता है। संभावित अंतर के गायब होने के साथ, इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से धारा रुक जाती है, आयनों की व्यवस्थित गति बाधित हो जाती है, और अराजक गति फिर से शुरू हो जाती है।
उदाहरण के तौर पर, इलेक्ट्रोलिसिस की घटना पर विचार करें जब कॉपर सल्फेट CuSO4 के घोल में कॉपर इलेक्ट्रोड डालकर विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है।
इलेक्ट्रोलिसिस की घटना जब करंट कॉपर सल्फेट के घोल से गुजरता है: सी - इलेक्ट्रोलाइट वाला बर्तन, बी - करंट स्रोत, सी - स्विच
इलेक्ट्रोड के प्रति आयनों की विपरीत गति भी होगी। धनात्मक आयन कॉपर (Cu) आयन होगा, और ऋणात्मक आयन अम्ल अवशेष (SO4) आयन होगा। कॉपर आयन, कैथोड के संपर्क में आने पर, डिस्चार्ज हो जाएंगे (लापता इलेक्ट्रॉनों को खुद से जोड़ लेंगे), यानी, वे शुद्ध तांबे के तटस्थ अणुओं में बदल जाएंगे, और सबसे पतली (आणविक) परत के रूप में कैथोड पर जमा हो जाएंगे।
एनोड तक पहुंचने वाले नकारात्मक आयन भी डिस्चार्ज हो जाते हैं (अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन छोड़ देते हैं)। लेकिन साथ ही, वे एनोड के तांबे के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तांबा Cu का एक अणु अम्लीय अवशेष SO4 से जुड़ जाता है और तांबा सल्फेट CuS O4 का एक अणु बनता है, जो वापस आ जाता है। इलेक्ट्रोलाइट को लौटें।
चूंकि इस रासायनिक प्रक्रिया में लंबा समय लगता है, इसलिए कैथोड पर तांबा जमा हो जाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट से निकलता है। इस मामले में, कैथोड में गए तांबे के अणुओं के बजाय, दूसरे इलेक्ट्रोड - एनोड के विघटन के कारण इलेक्ट्रोलाइट को नए तांबे के अणु प्राप्त होते हैं।
यही प्रक्रिया तब होती है जब तांबे के बजाय जिंक इलेक्ट्रोड लिया जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट जिंक सल्फेट ZnSO4 का एक समाधान है। जिंक को एनोड से कैथोड में भी स्थानांतरित किया जाएगा।
इस प्रकार, धातुओं और तरल चालकों में विद्युत धारा के बीच अंतरइस तथ्य में निहित है कि धातुओं में केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन, अर्थात, नकारात्मक आवेश, आवेश वाहक होते हैं, जबकि इलेक्ट्रोलाइट्स में यह पदार्थ के विपरीत आवेशित कणों - आयनों द्वारा विपरीत दिशाओं में चलते हैं। इसलिए वे ऐसा कहते हैं इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक चालकता होती है।
इलेक्ट्रोलिसिस की घटनाइसकी खोज 1837 में बी.एस. जैकोबी ने की थी, जिन्होंने रासायनिक वर्तमान स्रोतों के अध्ययन और सुधार पर कई प्रयोग किए थे। जैकोबी ने पाया कि कॉपर सल्फेट के घोल में रखे गए इलेक्ट्रोडों में से एक, जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो तांबे से ढक जाता है।
इस घटना को कहा जाता है ELECTROPLATING, अब अत्यंत व्यापक व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है। इसका एक उदाहरण धातु की वस्तुओं पर अन्य धातुओं की पतली परत चढ़ाना है, यानी निकल चढ़ाना, गिल्डिंग, चांदी चढ़ाना आदि।
गैसें (हवा सहित) सामान्य परिस्थितियों में बिजली का संचालन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, नग्न, एक दूसरे के समानांतर लटके हुए, हवा की एक परत द्वारा एक दूसरे से अलग किए जाते हैं।
हालाँकि, उच्च तापमान, बड़े संभावित अंतर और अन्य कारणों के प्रभाव में, गैसें, तरल कंडक्टर की तरह, आयनित हो जाती हैं, यानी, गैस अणुओं के कण बड़ी संख्या में उनमें दिखाई देते हैं, जो बिजली के वाहक होने के कारण पारित होने में योगदान करते हैं। गैस के माध्यम से विद्युत धारा का.
लेकिन साथ ही, गैस का आयनीकरण तरल कंडक्टर के आयनीकरण से भिन्न होता है। यदि किसी तरल पदार्थ में एक अणु दो आवेशित भागों में टूट जाता है, तो गैसों में, आयनीकरण की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन हमेशा प्रत्येक अणु से अलग हो जाते हैं और एक आयन अणु के धनात्मक आवेशित भाग के रूप में रहता है।
किसी को केवल गैस के आयनीकरण को रोकना है, क्योंकि यह प्रवाहकीय होना बंद कर देता है, जबकि तरल हमेशा विद्युत प्रवाह का संवाहक बना रहता है। नतीजतन, गैस की चालकता एक अस्थायी घटना है, जो बाहरी कारणों की कार्रवाई पर निर्भर करती है।
हालाँकि, एक और भी कहा जाता है चाप निर्वहनया सिर्फ एक विद्युत चाप. इलेक्ट्रिक आर्क की घटना की खोज 19वीं सदी की शुरुआत में पहले रूसी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर वी. वी. पेत्रोव ने की थी।
वी. वी. पेत्रोव ने कई प्रयोग करते हुए पाया कि एक धारा स्रोत से जुड़े दो कोयले के बीच, हवा के माध्यम से एक चमकदार रोशनी के साथ एक निरंतर विद्युत निर्वहन होता है। वी. वी. पेट्रोव ने अपने लेखन में लिखा है कि इस मामले में, "अंधेरी शांति को काफी उज्ज्वल रूप से रोशन किया जा सकता है।" इस प्रकार पहली बार विद्युत प्रकाश प्राप्त हुआ, जिसे व्यावहारिक रूप से एक अन्य रूसी विद्युत वैज्ञानिक पावेल निकोलाइविच याब्लोचकोव ने लागू किया।
"याब्लोचकोव की मोमबत्ती", जिसका काम इलेक्ट्रिक आर्क के उपयोग पर आधारित है, ने उन दिनों इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में एक वास्तविक क्रांति ला दी।
आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज भी प्रकाश के स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्चलाइट और प्रोजेक्टर में। आर्क डिस्चार्ज का उच्च तापमान इसके उपयोग की अनुमति देता है। वर्तमान में, बहुत अधिक धारा द्वारा संचालित चाप भट्टियों का उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है: स्टील, कच्चा लोहा, लौह मिश्र धातु, कांस्य, आदि को गलाने के लिए। और 1882 में, एन.एन. बेनार्डोस ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया।
गैस-प्रकाश ट्यूबों, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स में, इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए, तथाकथित चमक गैस निर्वहन.
स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग बॉल गैप का उपयोग करके बड़े संभावित अंतर को मापने के लिए किया जाता है, जिसके इलेक्ट्रोड पॉलिश सतह के साथ दो धातु की गेंदें होती हैं। गेंदों को अलग कर दिया जाता है, और उन पर एक मापा संभावित अंतर लागू किया जाता है। फिर गेंदों को एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न फूट जाए। वे गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानकर विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर का पता लगाते हैं। इस विधि से, कई प्रतिशत की सटीकता के साथ, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापना संभव है।
