यह मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति से बनता है और इस स्थिति में उस पदार्थ में कोई परिवर्तन नहीं होता जिससे कंडक्टर बनाया गया है।

ऐसे चालक, जिनमें विद्युत धारा का प्रवाह उनके पदार्थ में रासायनिक परिवर्तन के साथ नहीं होता है, कहलाते हैं पहली तरह के कंडक्टर. इनमें सभी धातु, कोयला और कई अन्य पदार्थ शामिल हैं।

लेकिन प्रकृति में विद्युत प्रवाह के ऐसे संवाहक भी होते हैं, जिनमें विद्युत धारा के पारित होने के दौरान रासायनिक घटनाएं होती हैं। इन कंडक्टरों को कहा जाता है दूसरी तरह के कंडक्टर. 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 कुछ अन्य एसिड या क्षार) की कुछ बूँदें डालते हैं, और फिर दो धातु की प्लेट लेते हैं और इन प्लेटों को बर्तन में कम करके कंडक्टर संलग्न करते हैं, और एक करंट जोड़ते हैं एक स्विच और एक एमीटर के माध्यम से कंडक्टर के दूसरे छोर तक स्रोत, फिर समाधान से गैस निकल जाएगी, और यह सर्किट बंद होने तक लगातार जारी रहेगी। अम्लीय जल वास्तव में चालक है। इसके अलावा, प्लेटों को गैस के बुलबुले से ढंकना शुरू हो जाएगा। फिर ये बुलबुले प्लेटों से अलग होकर बाहर निकल आएंगे।

जब विलयन से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो रासायनिक परिवर्तन होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गैस निकलती है।

दूसरे प्रकार के कंडक्टरों को इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट में होने वाली घटना तब होती है जब एक विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से गुजरता है।

इलेक्ट्रोलाइट में डूबी हुई धातु की प्लेटों को इलेक्ट्रोड कहा जाता है; उनमें से एक, जो वर्तमान स्रोत के धन ध्रुव से जुड़ा है, एनोड कहलाता है, और दूसरा, जो ऋणात्मक ध्रुव से जुड़ा होता है, कैथोड कहलाता है।

किसी द्रव चालक में विद्युत धारा प्रवाहित होने का क्या कारण है? यह पता चला है कि इस तरह के समाधान (इलेक्ट्रोलाइट्स) में, एसिड अणु (क्षार, लवण) एक विलायक (इस मामले में, पानी) की कार्रवाई के तहत दो घटकों में विघटित होते हैं, और अणु के एक कण में धनात्मक विद्युत आवेश होता है, और दूसरे का ऋणात्मक।

अणु के वे कण जिनमें विद्युत आवेश होता है, आयन कहलाते हैं। जब अम्ल, लवण या क्षार को जल में घोला जाता है तो विलयन में धनात्मक तथा ऋणात्मक दोनों आयन बड़ी संख्या में दिखाई देते हैं।

अब यह स्पष्ट हो जाना चाहिए कि एक विद्युत प्रवाह समाधान के माध्यम से क्यों पारित हुआ, क्योंकि वर्तमान स्रोत से जुड़े इलेक्ट्रोड के बीच, इसे बनाया गया था, दूसरे शब्दों में, उनमें से एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया था और दूसरा नकारात्मक रूप से। इस संभावित अंतर के प्रभाव में, सकारात्मक आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड - कैथोड और नकारात्मक आयनों - 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-आंदोलन 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 करंट रुक जाता है, आयनों की क्रमबद्ध गति बाधित हो जाती है, और अराजक गति फिर से शुरू हो जाती है।

एक उदाहरण के रूप में, इलेक्ट्रोलिसिस की घटना पर विचार करें जब कॉपर सल्फेट CuSO4 के घोल में कॉपर इलेक्ट्रोड के साथ एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना जब करंट कॉपर सल्फेट के घोल से होकर गुजरता है: C - इलेक्ट्रोलाइट वाला बर्तन, B - करंट सोर्स, C - स्विच

इलेक्ट्रोड के लिए आयनों का एक काउंटर मूवमेंट भी होगा। 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 जोड़कर), यानी, वे शुद्ध तांबे के तटस्थ अणुओं में बदल जाएंगे, और कैथोड पर सबसे पतली (आणविक) परत के रूप में जमा हो जाएंगे।

ऋणात्मक आयन, एनोड पर पहुंचकर, भी विसर्जित हो जाते हैं (अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देते हैं)। लेकिन साथ ही, वे एनोड के कॉपर के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कॉपर Cu का एक अणु अम्लीय अवशेष SO4 से जुड़ा होता है और कॉपर 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 कॉपर जमा हो जाता है, जो इलेक्ट्रोलाइट से निकलता है। इस मामले में, कैथोड में जाने वाले तांबे के अणुओं के बजाय, दूसरे इलेक्ट्रोड - एनोड के विघटन के कारण इलेक्ट्रोलाइट को नए तांबे के अणु प्राप्त होते हैं।

वही प्रक्रिया तब होती है जब तांबे के बजाय जस्ता इलेक्ट्रोड लिया जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट जिंक सल्फेट ZnSO4 का एक समाधान है। जिंक को भी एनोड से कैथोड में स्थानांतरित किया जाएगा।

इस प्रकार, धातुओं और तरल कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह के बीच अंतरइस तथ्य में निहित है कि धातुओं में केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन, अर्थात्, ऋणात्मक आवेश, आवेश वाहक होते हैं, जबकि इलेक्ट्रोलाइट्स में यह पदार्थ के विपरीत आवेशित कणों द्वारा ले जाया जाता है - आयन विपरीत दिशाओं में चलते हैं। इसलिए वे कहते हैं कि इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक चालकता होती है।

इलेक्ट्रोलिसिस की घटना 1837 में बी.एस. जैकोबी द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने रासायनिक वर्तमान स्रोतों के अध्ययन और सुधार पर कई प्रयोग किए थे। जैकोबी ने पाया कि कॉपर सल्फेट के घोल में रखे गए इलेक्ट्रोड में से एक, जब एक विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से गुजरता है, तांबे से ढका होता है।

इस घटना को कहा जाता है ELECTROPLATING, अब अत्यंत व्यापक व्यावहारिक अनुप्रयोग पाता है। इसका एक उदाहरण अन्य धातुओं की पतली परत के साथ धातु की वस्तुओं का लेप है, अर्थात निकल चढ़ाना, गिल्डिंग, चांदी चढ़ाना, आदि।

गैसें (वायु सहित) सामान्य परिस्थितियों में बिजली का संचालन नहीं करती हैं। उदाहरण के लिए, नग्न, एक दूसरे के समानांतर निलंबित होने के कारण, हवा की एक परत द्वारा एक दूसरे से अलग हो जाते हैं।

हालांकि, उच्च तापमान के प्रभाव में, एक बड़ा संभावित अंतर, और अन्य कारणों से, गैसें, जैसे तरल कंडक्टर, आयनित, यानी, गैस अणुओं के कण बड़ी संख्या में दिखाई देते हैं, जो बिजली के वाहक होने के कारण मार्ग में योगदान करते हैं। गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह का।

लेकिन साथ ही, गैस का आयनीकरण एक तरल कंडक्टर के आयनीकरण से भिन्न होता है। यदि द्रव में एक अणु दो आवेशित भागों में टूट जाता है, तो गैसों में, आयनीकरण की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉनों को हमेशा प्रत्येक अणु से अलग किया जाता है और एक आयन अणु के धनात्मक रूप से 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, बाहरी कारकों की कार्रवाई के आधार पर गैस की चालकता एक अस्थायी घटना है।

हालाँकि, एक और है जिसे कहा जाता है चाप निर्वहनया सिर्फ एक इलेक्ट्रिक आर्क। इलेक्ट्रिक आर्क की घटना की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में पहले रूसी इलेक्ट्रिकल इंजीनियर वी. वी. पेट्रोव ने की थी।

वी. वी. पेट्रोव ने कई प्रयोग करते हुए पाया कि एक करंट स्रोत से जुड़े दो चारकोल के बीच, एक तेज रोशनी के साथ हवा के माध्यम से एक निरंतर विद्युत निर्वहन होता है। वी. वी. पेट्रोव ने अपने लेखन में लिखा है कि इस मामले में, "अंधेरे शांति को काफी उज्ज्वल रूप से प्रकाशित किया जा सकता है।" तो पहली बार विद्युत प्रकाश प्राप्त किया गया था, जिसे व्यावहारिक रूप से एक अन्य रूसी विद्युत वैज्ञानिक पावेल निकोलाइविच याब्लोचकोव द्वारा लागू किया गया था।

"याब्लोचकोव की मोमबत्ती", जिसका काम विद्युत चाप के उपयोग पर आधारित है, ने उन दिनों विद्युत इंजीनियरिंग में एक वास्तविक क्रांति की।

आर्क डिस्चार्ज का उपयोग आज भी प्रकाश के स्रोत के रूप में किया जाता है, उदाहरण के लिए, सर्चलाइट और प्रोजेक्टर में। चाप निर्वहन का उच्च तापमान इसके लिए उपयोग करने 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, N. N. Benardos ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए एक आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया।

गैस-प्रकाश ट्यूबों में, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स, इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए, तथाकथित चमक गैस निर्वहन.

एक स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग बॉल गैप का उपयोग करके बड़े संभावित अंतरों को मापने के लिए किया जाता है, जिनमें से इलेक्ट्रोड एक 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 तब तक एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न कूद जाए। गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानने के बाद, वे विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर पाते हैं। इस पद्धति का उपयोग कुछ प्रतिशत के भीतर, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापने के लिए किया जा सकता है।

प्रकृति में कोई पूर्ण डाइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं। कणों की क्रमबद्ध गति - विद्युत आवेश के वाहक - अर्थात धारा, किसी भी माध्यम में हो सकती है, लेकिन इसके लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। हम यहां इस बात पर विचार करेंगे कि गैसों में विद्युत परिघटनाएँ कैसे आगे बढ़ती हैं, और कैसे एक गैस को एक बहुत अच्छे ढांकता हुआ से एक बहुत अच्छे कंडक्टर में बदला जा सकता है। हम उन परिस्थितियों में रुचि लेंगे जिनके तहत यह उत्पन्न होता है, और यह भी कि गैसों में विद्युत प्रवाह किन विशेषताओं की विशेषता है।

गैसों के विद्युत गुण

एक ढांकता हुआ एक पदार्थ (माध्यम) है जिसमें कणों की सांद्रता - एक विद्युत आवेश के मुक्त वाहक - किसी भी महत्वपूर्ण मूल्य तक नहीं पहुँचते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चालकता नगण्य होती है। सभी गैसें अच्छे डाइलेक्ट्रिक्स हैं। उनके इन्सुलेट गुण हर जगह उपयोग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, किसी भी सर्किट ब्रेकर में, सर्किट का उद्घाटन तब होता है जब संपर्कों को ऐसी स्थिति में लाया जाता है कि उनके बीच एक एयर गैप बन जाता है। विद्युत लाइनों में तार भी एक वायु परत द्वारा एक दूसरे से पृथक होते हैं।

किसी भी गैस की संरचनात्मक इकाई एक अणु होती है। इसमें परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉन बादल होते हैं, अर्थात यह किसी तरह से अंतरिक्ष में वितरित विद्युत आवेशों का एक संग्रह है। एक गैस अणु इसकी संरचना की ख़ासियत के कारण हो सकता है या बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत ध्रुवीकृत हो सकता है। गैस बनाने वाले अधिकांश अणु सामान्य परिस्थितियों में विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, क्योंकि उनमें आवेश एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।

यदि गैस पर एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो अणु एक द्विध्रुवीय अभिविन्यास ग्रहण करेंगे, जो एक स्थानिक स्थिति पर कब्जा कर लेता है जो क्षेत्र के प्रभाव की भरपाई करता है। कूलम्ब बलों के प्रभाव में गैस में मौजूद आवेशित कण गति करना शुरू कर देंगे: सकारात्मक आयन - कैथोड की दिशा में, नकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन - एनोड की ओर। हालाँकि, यदि क्षेत्र में अपर्याप्त क्षमता है, तो आवेशों का एक निर्देशित प्रवाह नहीं होता है, और कोई अलग-अलग धाराओं की बात कर सकता है, इतना कमजोर कि उन्हें उपेक्षित किया जाना चाहिए। गैस एक ढांकता हुआ की तरह व्यवहार करती है।

इस प्रकार, गैसों में विद्युत धारा की घटना के लिए, मुक्त आवेश वाहकों की उच्च सांद्रता और एक क्षेत्र की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।

आयनीकरण

गैस में मुक्त आवेशों की संख्या में हिमस्खलन जैसी वृद्धि की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है। तदनुसार, एक गैस जिसमें महत्वपूर्ण मात्रा में आवेशित कण होते हैं, आयनित कहलाते हैं। ऐसी गैसों में विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

आयनीकरण प्रक्रिया अणुओं की तटस्थता के उल्लंघन से जुड़ी है। एक इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी के परिणामस्वरूप, सकारात्मक आयन दिखाई देते हैं, एक अणु के लिए एक इलेक्ट्रॉन के लगाव से एक नकारात्मक आयन का निर्माण होता है। इसके अलावा, एक आयनित गैस में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। गैसों में विद्युत प्रवाह के लिए धनात्मक आयन और विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन मुख्य आवेश वाहक होते हैं।

आयनीकरण तब होता है जब किसी कण को ​​एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्रदान की जाती है। इस प्रकार, एक अणु की संरचना में एक बाहरी इलेक्ट्रॉन, इस ऊर्जा को प्राप्त करने के बाद, अणु को छोड़ सकता है। तटस्थ कणों के साथ आवेशित कणों के परस्पर टकराव से नए इलेक्ट्रॉनों के बाहर निकलने का कारण बनता है, और यह प्रक्रिया हिमस्खलन जैसा चरित्र लेती है। कणों की गतिज ऊर्जा भी बढ़ जाती है, जो आयनीकरण को बहुत बढ़ावा देती है।

गैसों में विद्युत धारा के उत्तेजन पर व्यय की गई ऊर्जा कहाँ से आती है? गैसों के आयनीकरण में ऊर्जा के कई स्रोत होते हैं, जिसके अनुसार इसके प्रकारों को नाम देने की प्रथा है।

1. एक विद्युत क्षेत्र द्वारा आयनीकरण। इस स्थिति में, क्षेत्र की स्थितिज ऊर्जा कणों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
2. थर्मल आयनीकरण। तापमान में वृद्धि से बड़ी संख्या में मुक्त शुल्क भी बनते हैं।
3. फोटोआयनीकरण। इस प्रक्रिया का सार यह है कि इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटा - फोटॉन द्वारा ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है, यदि उनके पास पर्याप्त उच्च आवृत्ति (पराबैंगनी, एक्स-रे, गामा क्वांटा) है।
4. प्रभाव आयनीकरण, टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन पृथक्करण की ऊर्जा में बदलने का परिणाम है। थर्मल आयनीकरण के साथ, यह गैसों में विद्युत प्रवाह के उत्तेजना में मुख्य कारक के रूप में कार्य करता है।

प्रत्येक गैस को एक निश्चित थ्रेशोल्ड मान की विशेषता होती है - एक संभावित अवरोध पर काबू पाने के लिए एक अणु से एक इलेक्ट्रॉन को तोड़ने के लिए आवश्यक आयनीकरण ऊर्जा। पहले इलेक्ट्रॉन के लिए यह मान कई वोल्ट से लेकर दो दसियों वोल्ट तक होता है; अणु से अगले इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इत्यादि।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि एक साथ गैस में आयनीकरण के साथ, रिवर्स प्रक्रिया होती है - पुनर्संयोजन, अर्थात, कूलम्ब आकर्षण बलों की कार्रवाई के तहत तटस्थ अणुओं की बहाली।

गैस डिस्चार्ज और उसके प्रकार

तो, गैसों में विद्युत प्रवाह उन पर लागू विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति के कारण होता है। ऐसे आवेशों की उपस्थिति, बदले में, विभिन्न आयनीकरण कारकों के कारण संभव है।

इस प्रकार, थर्मल आयनीकरण के लिए महत्वपूर्ण तापमान की आवश्यकता होती है, लेकिन कुछ रासायनिक प्रक्रियाओं के संबंध में एक खुली लौ आयनीकरण में योगदान करती है। लौ की उपस्थिति में अपेक्षाकृत कम तापमान पर भी, गैसों में विद्युत प्रवाह की उपस्थिति दर्ज की जाती है, और गैस चालकता के साथ प्रयोग से इसे सत्यापित करना आसान हो जाता है। एक आवेशित संधारित्र की प्लेटों के बीच एक बर्नर या मोमबत्ती की लौ को रखना आवश्यक है। कैपेसिटर में एयर गैप के कारण पहले खुला सर्किट बंद हो जाएगा। सर्किट से जुड़ा एक गैल्वेनोमीटर करंट की उपस्थिति दिखाएगा।

गैसों में विद्युत प्रवाह को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि निर्वहन की स्थिरता बनाए रखने के लिए, आयनकार की क्रिया स्थिर होनी चाहिए, क्योंकि निरंतर पुनर्संयोजन के कारण, गैस अपने विद्युत प्रवाहकीय गुणों को खो देती है। गैसों में विद्युत प्रवाह के कुछ वाहक - आयन - इलेक्ट्रोड पर निष्प्रभावी होते हैं, अन्य - इलेक्ट्रॉनों - एनोड में जाने से, क्षेत्र स्रोत के "प्लस" में भेजे जाते हैं। यदि आयनीकरण कारक काम करना बंद कर देता है, तो गैस तुरंत फिर से ढांकता हुआ हो जाएगी, और करंट बंद हो जाएगा। बाहरी आयोनाइजर की क्रिया पर निर्भर इस तरह के करंट को नॉन-सेल्फ-सस्टेनिंग डिस्चार्ज कहा जाता है।

गैसों के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने की विशेषताएं वोल्टेज पर वर्तमान ताकत की एक विशेष निर्भरता द्वारा वर्णित हैं - वर्तमान-वोल्टेज विशेषता।

आइए हम वर्तमान-वोल्टेज निर्भरता के ग्राफ पर गैस डिस्चार्ज के विकास पर विचार करें। जब वोल्टेज एक निश्चित मान U 1 तक बढ़ जाता है, तो उसके अनुपात में करंट बढ़ता है, यानी ओम का नियम पूरा होता है। गतिज ऊर्जा बढ़ती है, और इसलिए गैस में आवेशों का वेग, और यह प्रक्रिया पुनर्संयोजन से आगे है। यू 1 से यू 2 के वोल्टेज मूल्यों पर, इस संबंध का उल्लंघन किया जाता है; जब यू 2 पहुंच जाता है, तो सभी चार्ज वाहक पुनर्संयोजन के लिए समय के बिना इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं। सभी मुफ्त शुल्क शामिल हैं, और वोल्टेज में और वृद्धि से करंट में वृद्धि नहीं होती है। आवेशों की गति की इस प्रकृति को संतृप्ति धारा कहा जाता है। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि गैसों में विद्युत प्रवाह विभिन्न शक्तियों के विद्युत क्षेत्रों में आयनित गैस के व्यवहार की ख़ासियत के कारण भी होता है।

जब इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर एक निश्चित मूल्य यू 3 तक पहुंच जाता है, तो विद्युत क्षेत्र के लिए गैस के हिमस्खलन जैसे आयनीकरण के कारण वोल्टेज पर्याप्त हो जाता है। अणुओं के प्रभाव आयनीकरण के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा पहले से ही पर्याप्त है। इसी समय, अधिकांश गैसों में उनकी गति लगभग 2000 किमी / सेकंड और अधिक होती है (इसकी गणना अनुमानित सूत्र v=600 U i द्वारा की जाती है, जहां U i आयनीकरण क्षमता है)। इस समय, एक गैस टूटना होता है और एक आंतरिक आयनीकरण स्रोत के कारण वर्तमान में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। इसलिए, इस तरह के निर्वहन को स्वतंत्र कहा जाता है।

इस मामले में एक बाहरी आयनकार की उपस्थिति अब गैसों में विद्युत प्रवाह को बनाए रखने में कोई भूमिका नहीं निभाती है। विभिन्न परिस्थितियों में और विद्युत क्षेत्र के स्रोत की विभिन्न विशेषताओं के साथ एक आत्मनिर्भर निर्वहन में कुछ विशेषताएं हो सकती हैं। स्व-निर्वहन इस प्रकार के होते हैं जैसे चमक, चिंगारी, चाप और कोरोना। हम देखेंगे कि विद्युत धारा गैसों में कैसे व्यवहार करती है, संक्षेप में इनमें से प्रत्येक प्रकार के लिए।

100 (और उससे भी कम) से 1000 वोल्ट तक का संभावित अंतर स्व-निर्वहन आरंभ करने के लिए पर्याप्त है। इसलिए, कम वर्तमान ताकत (10 -5 ए से 1 ए तक) की विशेषता वाला एक चमक निर्वहन, पारा के कुछ मिलीमीटर से अधिक नहीं के दबाव में होता है।

एक दुर्लभ गैस और ठंडे इलेक्ट्रोड के साथ एक ट्यूब में, उभरता हुआ चमक निर्वहन इलेक्ट्रोड के बीच एक पतली चमकदार कॉर्ड की तरह दिखता है। यदि हम गैस को ट्यूब से बाहर पंप करना जारी रखते हैं, तो फिलामेंट धुल जाएगा, और पारा के दसवें मिलीमीटर के दबाव पर, चमक ट्यूब को लगभग पूरी तरह से भर देती है। कैथोड के पास चमक अनुपस्थित है - तथाकथित डार्क कैथोड स्पेस में। शेष को धनात्मक स्तंभ कहा जाता है। इस मामले में, निर्वहन के अस्तित्व को सुनिश्चित करने वाली मुख्य प्रक्रियाएं अंधेरे कैथोड स्थान और उसके आस-पास के क्षेत्र में सटीक रूप से स्थानीयकृत होती हैं। यहां, आवेशित गैस कणों को त्वरित किया जाता है, कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है।

एक चमक निर्वहन में, आयनीकरण का कारण कैथोड से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन है। कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गैस अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं, उभरते हुए सकारात्मक आयन कैथोड से द्वितीयक उत्सर्जन का कारण बनते हैं, और इसी तरह। सकारात्मक स्तंभ की चमक मुख्य रूप से उत्तेजित गैस अणुओं द्वारा फोटॉन की पुनरावृत्ति के कारण होती है, और विभिन्न गैसों को एक निश्चित रंग की चमक की विशेषता होती है। धनात्मक स्तंभ केवल विद्युत परिपथ के एक भाग के रूप में ग्लो डिस्चार्ज के निर्माण में भाग लेता है। यदि आप इलेक्ट्रोड को एक साथ करीब लाते हैं, तो आप सकारात्मक स्तंभ के गायब होने को प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन निर्वहन बंद नहीं होगा। हालांकि, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी में और कमी के साथ, चमक निर्वहन मौजूद नहीं हो सकता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गैसों में इस प्रकार के विद्युत प्रवाह के लिए, कुछ प्रक्रियाओं की भौतिकी अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हुई है। उदाहरण के लिए, डिस्चार्ज में भाग लेने वाले कैथोड सतह पर क्षेत्र का विस्तार करने के लिए वर्तमान में वृद्धि करने वाले बलों की प्रकृति स्पष्ट नहीं है।

स्पार्क डिस्चार्ज

स्पार्क ब्रेकडाउन में स्पंदित चरित्र होता है। यह सामान्य वायुमंडलीय के करीब दबाव में होता है, ऐसे मामलों में जहां विद्युत क्षेत्र स्रोत की शक्ति स्थिर निर्वहन बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। इस मामले में, क्षेत्र की ताकत अधिक है और 3 एमवी / मी तक पहुंच सकती है। घटना को गैस में निर्वहन विद्युत प्रवाह में तेज वृद्धि की विशेषता है, साथ ही वोल्टेज बहुत तेज़ी से गिरता है, और निर्वहन बंद हो जाता है। फिर संभावित अंतर फिर से बढ़ जाता है, और पूरी प्रक्रिया दोहराई जाती है।

इस प्रकार के निर्वहन के साथ, अल्पकालिक स्पार्क चैनल बनते हैं, जिनमें से वृद्धि इलेक्ट्रोड के बीच किसी भी बिंदु से शुरू हो सकती है। यह इस तथ्य के कारण है कि प्रभाव आयनीकरण उन जगहों पर बेतरतीब ढंग से होता है जहां वर्तमान में आयनों की सबसे बड़ी संख्या केंद्रित होती है। स्पार्क चैनल के पास, गैस तेजी से गर्म होती है और थर्मल विस्तार से गुजरती है, जो ध्वनिक तरंगों का कारण बनती है। इसलिए, स्पार्क डिस्चार्ज क्रैकिंग के साथ-साथ गर्मी की रिहाई और एक उज्ज्वल चमक के साथ होता है। हिमस्खलन आयनीकरण प्रक्रियाएं स्पार्क चैनल में 10,000 डिग्री और अधिक तक उच्च दबाव और तापमान उत्पन्न करती हैं।

प्राकृतिक स्पार्क डिस्चार्ज का सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण बिजली है। मुख्य बिजली की चिंगारी चैनल का व्यास कुछ सेंटीमीटर से लेकर 4 मीटर तक हो सकता है, और चैनल की लंबाई 10 किमी तक पहुंच सकती है। करंट का परिमाण 500 हजार एम्पीयर तक पहुँच जाता है, और एक वज्र और पृथ्वी की सतह के बीच संभावित अंतर एक अरब वोल्ट तक पहुँच जाता है।

321 किमी की लंबाई के साथ सबसे लंबी बिजली 2007 में अमेरिका के ओक्लाहोमा में देखी गई थी। अवधि के लिए रिकॉर्ड धारक बिजली था, जो 2012 में फ्रेंच आल्प्स में दर्ज किया गया था - यह 7.7 सेकंड से अधिक समय तक चला। बिजली गिरने पर हवा 30 हजार डिग्री तक गर्म हो सकती है, जो सूर्य की दृश्य सतह के तापमान से 6 गुना अधिक है।

ऐसे मामलों में जहां विद्युत क्षेत्र के स्रोत की शक्ति काफी बड़ी होती है, स्पार्क डिस्चार्ज एक आर्क डिस्चार्ज में विकसित होता है।

इस प्रकार के स्व-निरंतर निर्वहन को उच्च वर्तमान घनत्व और कम (चमक निर्वहन से कम) वोल्टेज की विशेषता है। इलेक्ट्रोड की निकटता के कारण ब्रेकडाउन दूरी छोटी है। डिस्चार्ज कैथोड सतह से एक इलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन से शुरू होता है (धातु परमाणुओं के लिए, गैस अणुओं की तुलना में आयनीकरण क्षमता कम होती है)। इलेक्ट्रोड के बीच टूटने के दौरान, ऐसी स्थितियां बनती हैं जिसके तहत गैस विद्युत प्रवाह का संचालन करती है, और एक स्पार्क डिस्चार्ज होता है, जो सर्किट को बंद कर देता है। यदि वोल्टेज स्रोत की शक्ति काफी बड़ी है, तो स्पार्क डिस्चार्ज एक स्थिर विद्युत चाप में बदल जाता है।

एक चाप निर्वहन के दौरान आयनीकरण लगभग 100% तक पहुंच जाता है, वर्तमान ताकत बहुत अधिक है और 10 से 100 एम्पीयर तक हो सकती है। वायुमंडलीय दबाव में, चाप 5-6 हजार डिग्री तक गर्म करने में सक्षम है, और कैथोड - 3 हजार डिग्री तक, जिससे इसकी सतह से तीव्र ऊष्मीय उत्सर्जन होता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ एनोड की बमबारी से आंशिक विनाश होता है: इस पर एक अवकाश बनता है - लगभग 4000 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाला एक गड्ढा। दबाव में वृद्धि से तापमान में और भी अधिक वृद्धि होती है।

इलेक्ट्रोड को पतला करते समय, आर्क डिस्चार्ज एक निश्चित दूरी तक स्थिर रहता है, जिससे बिजली के उपकरणों के उन हिस्सों में इससे निपटना संभव हो जाता है, जहां यह जंग और इसके कारण होने वाले संपर्कों के जलने के कारण हानिकारक होता है। ये हाई-वोल्टेज और स्वचालित स्विच, संपर्ककर्ता और अन्य जैसे उपकरण हैं। चाप का मुकाबला करने के तरीकों में से एक जब संपर्क खुलता है तो चाप विस्तार के सिद्धांत के आधार पर चाप च्यूट का उपयोग होता है। कई अन्य तरीकों का भी उपयोग किया जाता है: संपर्कों को अलग करना, उच्च आयनीकरण क्षमता वाली सामग्री का उपयोग करना, और इसी तरह।

कोरोना डिस्चार्ज का विकास सतह के बड़े वक्रता वाले इलेक्ट्रोड के पास तीव्र अमानवीय क्षेत्रों में सामान्य वायुमंडलीय दबाव में होता है। ये स्पायर, मस्तूल, तार, बिजली के उपकरणों के विभिन्न तत्व हो सकते हैं जिनका एक जटिल आकार होता है, और यहां तक ​​​​कि मानव बाल भी। ऐसे इलेक्ट्रोड को कोरोना इलेक्ट्रोड कहा जाता है। आयनीकरण प्रक्रियाएँ और, तदनुसार, गैस की चमक उसके पास ही होती है।

कोरोना कैथोड (नकारात्मक कोरोना) दोनों पर बन सकता है जब इसे आयनों के साथ बमबारी किया जाता है, और एनोड (पॉजिटिव) पर फोटोयनाइजेशन के परिणामस्वरूप। नकारात्मक कोरोना, जिसमें थर्मल उत्सर्जन के परिणामस्वरूप आयनीकरण प्रक्रिया को इलेक्ट्रोड से दूर निर्देशित किया जाता है, एक समान चमक की विशेषता है। सकारात्मक कोरोना में, स्ट्रीमर देखे जा सकते हैं - टूटे हुए विन्यास की चमकदार रेखाएं जो स्पार्क चैनलों में बदल सकती हैं।

प्राकृतिक परिस्थितियों में कोरोना डिस्चार्ज का एक उदाहरण वे हैं जो उच्च मस्तूलों, ट्रीटॉप्स आदि की युक्तियों पर होते हैं। वे वातावरण में एक उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत पर बनते हैं, अक्सर आंधी से पहले या बर्फ के तूफान के दौरान। इसके अलावा, वे विमान की त्वचा पर तय किए गए थे जो ज्वालामुखी राख के बादल में गिर गए थे।

बिजली लाइनों के तारों पर कोरोना डिस्चार्ज होने से बिजली का काफी नुकसान होता है। उच्च वोल्टेज पर, एक कोरोना डिस्चार्ज एक चाप में बदल सकता है। यह विभिन्न तरीकों से लड़ा जाता है, उदाहरण के लिए, कंडक्टरों की वक्रता त्रिज्या को बढ़ाकर।

गैसों और प्लाज्मा में विद्युत प्रवाह

एक पूर्ण या आंशिक रूप से आयनित गैस को प्लाज्मा कहा जाता है और इसे पदार्थ की चौथी अवस्था माना जाता है। कुल मिलाकर, प्लाज्मा विद्युत रूप से उदासीन होता है, क्योंकि इसके अवयवी कणों का कुल आवेश शून्य होता है। यह इसे आवेशित कणों की अन्य प्रणालियों से अलग करता है, जैसे, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन बीम।

प्राकृतिक परिस्थितियों में, उच्च गति पर गैस परमाणुओं के टकराने के कारण उच्च तापमान पर, एक नियम के रूप में, प्लाज्मा बनता है। ब्रह्मांड में बेरियोनिक पदार्थ का विशाल बहुमत प्लाज्मा की अवस्था में है। ये तारे हैं, इंटरस्टेलर मैटर का हिस्सा, इंटरगैलेक्टिक गैस। पृथ्वी का आयनमंडल भी एक दुर्लभ, कमजोर आयनित प्लाज्मा है।

आयनीकरण की डिग्री प्लाज्मा की एक महत्वपूर्ण विशेषता है, इसके प्रवाहकीय गुण इस पर निर्भर करते हैं। आयनीकरण की डिग्री को आयनित परमाणुओं की संख्या और प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की कुल संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। प्लाज्मा जितना अधिक आयनित होता है, उसकी विद्युत चालकता उतनी ही अधिक होती है। इसके अलावा, इसमें उच्च गतिशीलता है।

इसलिए, हम देखते हैं कि डिस्चार्ज चैनल के भीतर बिजली का संचालन करने वाली गैसें प्लाज्मा के अलावा और कुछ नहीं हैं। इस प्रकार, चमक और कोरोना डिस्चार्ज ठंडे प्लाज्मा के उदाहरण हैं; एक बिजली की चिंगारी चैनल या एक विद्युत चाप एक गर्म, लगभग पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा के उदाहरण हैं।

धातुओं, तरल पदार्थों और गैसों में विद्युत प्रवाह - अंतर और समानताएं

आइए हम उन विशेषताओं पर विचार करें जो अन्य मीडिया में वर्तमान के गुणों की तुलना में गैस निर्वहन की विशेषता रखते हैं।

धातुओं में, करंट मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति है जिसमें रासायनिक परिवर्तन नहीं होते हैं। इस प्रकार के संवाहकों को प्रथम प्रकार का संवाहक कहा जाता है; इनमें धातुओं और मिश्र धातुओं के अलावा, कोयला, कुछ लवण और ऑक्साइड शामिल हैं। वे इलेक्ट्रॉनिक चालकता द्वारा प्रतिष्ठित हैं।

दूसरी तरह के कंडक्टर इलेक्ट्रोलाइट्स हैं, यानी क्षार, एसिड और लवण के तरल जलीय घोल। करंट का मार्ग इलेक्ट्रोलाइट - इलेक्ट्रोलिसिस में एक रासायनिक परिवर्तन से जुड़ा है। पानी में घुले पदार्थ के आयन, संभावित अंतर की कार्रवाई के तहत, विपरीत दिशाओं में चलते हैं: सकारात्मक धनायन - कैथोड को, ऋणात्मक आयन - एनोड को। प्रक्रिया कैथोड पर गैस के विकास या धातु की परत के जमाव के साथ होती है। दूसरी तरह के कंडक्टरों को आयनिक चालकता की विशेषता है।

जहां तक ​​गैसों की चालकता का संबंध है, यह सबसे पहले, अस्थायी है, और दूसरी बात, इसमें उनमें से प्रत्येक के साथ समानता और अंतर के संकेत हैं। तो, इलेक्ट्रोलाइट्स और गैसों दोनों में विद्युत प्रवाह विपरीत इलेक्ट्रोड की ओर निर्देशित विपरीत आवेशित कणों का बहाव है। हालांकि, जबकि इलेक्ट्रोलाइट्स को विशुद्ध रूप से आयनिक चालकता की विशेषता होती है, इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक प्रकार की चालकता के संयोजन के साथ गैस डिस्चार्ज में, प्रमुख भूमिका इलेक्ट्रॉनों की होती है। तरल पदार्थ और गैसों में विद्युत प्रवाह के बीच एक और अंतर आयनीकरण की प्रकृति है। एक इलेक्ट्रोलाइट में, एक भंग यौगिक के अणु पानी में अलग हो जाते हैं, लेकिन एक गैस में अणु टूटते नहीं हैं, लेकिन केवल इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं। इसलिए, धातुओं में करंट की तरह गैस डिस्चार्ज, रासायनिक परिवर्तनों से जुड़ा नहीं है।

द्रवों और गैसों में धारा भी समान नहीं होती है। इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता समग्र रूप से ओम के नियम का पालन करती है, लेकिन यह गैस के निर्वहन के दौरान नहीं देखी जाती है। गैसों की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता में प्लाज्मा के गुणों से जुड़ा एक अधिक जटिल चरित्र होता है।

गैसों और निर्वात में विद्युत प्रवाह की सामान्य और विशिष्ट विशेषताओं का भी उल्लेख किया जाना चाहिए। वैक्यूम लगभग पूर्ण ढांकता हुआ है। "लगभग" - क्योंकि निर्वात में, मुक्त आवेश वाहकों की अनुपस्थिति (अधिक सटीक, एक अत्यंत कम सांद्रता) के बावजूद, एक करंट भी संभव है। लेकिन संभावित वाहक पहले से ही गैस में मौजूद हैं, उन्हें केवल आयनित करने की आवश्यकता है। आवेश वाहकों को द्रव्य से निर्वात में लाया जाता है। एक नियम के रूप में, यह इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया में होता है, उदाहरण के लिए, जब कैथोड को गर्म किया जाता है (थर्मिओनिक उत्सर्जन)। लेकिन, जैसा कि हमने देखा है, उत्सर्जन भी विभिन्न प्रकार के गैस डिस्चार्ज में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

प्रौद्योगिकी में गैस डिस्चार्ज का उपयोग

कुछ डिस्चार्ज के हानिकारक प्रभावों पर पहले ही ऊपर संक्षेप में चर्चा की जा चुकी है। अब आइए उन लाभों पर ध्यान दें जो वे उद्योग और रोजमर्रा की जिंदगी में लाते हैं।

ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग (वोल्टेज स्टेबलाइजर्स) में, कोटिंग तकनीक (कैथोड जंग की घटना के आधार पर कैथोड स्पटरिंग विधि) में किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक्स में, इसका उपयोग आयन और इलेक्ट्रॉन बीम बनाने के लिए किया जाता है। चमक निर्वहन के लिए आवेदन का एक प्रसिद्ध क्षेत्र फ्लोरोसेंट और तथाकथित किफायती लैंप और सजावटी नियॉन और आर्गन डिस्चार्ज ट्यूब हैं। इसके अलावा, ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी में और उसमें किया जाता है।

स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग फ़्यूज़ में, सटीक धातु प्रसंस्करण (स्पार्क कटिंग, ड्रिलिंग, और इसी तरह) के इलेक्ट्रोरोसिव तरीकों में किया जाता है। लेकिन यह स्पार्क प्लग और घरेलू उपकरणों (गैस स्टोव) में आंतरिक दहन इंजन के उपयोग के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है।

आर्क डिस्चार्ज, पहली बार 1876 की शुरुआत में प्रकाश प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जा रहा था (याब्लोचकोव की मोमबत्ती - "रूसी प्रकाश"), अभी भी एक प्रकाश स्रोत के रूप में कार्य करता है - उदाहरण के लिए, प्रोजेक्टर और शक्तिशाली स्पॉटलाइट में। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में चाप का उपयोग पारा रेक्टिफायर में किया जाता है। इसके अलावा, इसका उपयोग इलेक्ट्रिक वेल्डिंग, मेटल कटिंग, स्टील और मिश्र धातु गलाने के लिए औद्योगिक इलेक्ट्रिक भट्टियों में किया जाता है।

कोरोना डिस्चार्ज आयन गैस शुद्धिकरण के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स में, प्राथमिक कण काउंटरों में, बिजली की छड़ों में, एयर कंडीशनिंग सिस्टम में आवेदन पाता है। कोरोना डिस्चार्ज कॉपियर और लेजर प्रिंटर में भी काम करता है, जहां यह एक फोटोसेंसिटिव ड्रम को चार्ज और डिस्चार्ज करता है और ड्रम से पेपर में पाउडर ट्रांसफर करता है।

इस प्रकार, सभी प्रकार के गैस निर्वहन व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में गैसों में विद्युत प्रवाह सफलतापूर्वक और प्रभावी ढंग से उपयोग किया जाता है।

यूएसई कोडिफायर के विषय: गैसों में मुक्त विद्युत आवेशों के वाहक।

सामान्य परिस्थितियों में, गैसों में विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु या अणु होते हैं; गैसों में लगभग कोई निःशुल्क शुल्क नहीं होता है। इसलिए गैसें हैं पारद्युतिक- इनमें से विद्युत प्रवाह नहीं गुजरता है।

हमने कहा "लगभग कोई नहीं", क्योंकि वास्तव में, गैसों में और विशेष रूप से, हवा में, हमेशा एक निश्चित मात्रा में मुक्त आवेशित कण होते हैं। वे रेडियोधर्मी पदार्थों से विकिरण के आयनकारी प्रभाव के परिणामस्वरूप दिखाई देते हैं जो पृथ्वी की पपड़ी बनाते हैं, सूर्य से पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण, साथ ही ब्रह्मांडीय किरणें - बाहरी अंतरिक्ष से पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करने वाले उच्च-ऊर्जा कणों की धाराएं। . बाद में हम इस तथ्य पर लौटेंगे और इसके महत्व पर चर्चा करेंगे, लेकिन अभी के लिए हम केवल यह ध्यान देंगे कि सामान्य परिस्थितियों में मुक्त शुल्क की "प्राकृतिक" मात्रा के कारण गैसों की चालकता नगण्य है और इसे अनदेखा किया जा सकता है।

विद्युत सर्किट में स्विच की कार्रवाई हवा के अंतराल के इन्सुलेट गुणों पर आधारित होती है ( अंजीर। 1)। उदाहरण के लिए, एक लाइट स्विच में हवा का एक छोटा गैप आपके कमरे में एक इलेक्ट्रिकल सर्किट को खोलने के लिए पर्याप्त है।

चावल। 1 कुंजी

हालाँकि, ऐसी स्थितियाँ बनाना संभव है जिसके तहत गैस गैप में एक विद्युत प्रवाह दिखाई देगा। आइए निम्नलिखित अनुभव पर विचार करें।

हम एयर कैपेसिटर की प्लेटों को चार्ज करते हैं और उन्हें एक संवेदनशील गैल्वेनोमीटर (चित्र 2, बाएं) से जोड़ते हैं। कमरे के तापमान पर और बहुत नम हवा नहीं, गैल्वेनोमीटर ध्यान देने योग्य धारा नहीं दिखाएगा: जैसा कि हमने कहा, हमारा वायु अंतर बिजली का संवाहक नहीं है।

चावल। 2. हवा में करंट की घटना

अब एक बर्नर या मोमबत्ती की लौ को संधारित्र की प्लेटों के बीच की खाई में लाते हैं (चित्र 2, दाईं ओर)। वर्तमान प्रकट होता है! क्यों?

गैस में मुफ्त शुल्क

कंडेनसर की प्लेटों के बीच विद्युत प्रवाह की घटना का मतलब है कि हवा में लौ के प्रभाव में दिखाई दिया मुफ़्त शुल्क. वास्तव में क्या?

अनुभव से पता चलता है कि गैसों में विद्युत प्रवाह आवेशित कणों की एक क्रमबद्ध गति है। तीन प्रकार. ये है इलेक्ट्रॉनों, सकारात्मक आयनऔर नकारात्मक आयन.

आइए देखें कि ये आवेश गैस में कैसे प्रकट हो सकते हैं।

जैसे-जैसे गैस का तापमान बढ़ता है, उसके कणों - अणुओं या परमाणुओं के ऊष्मीय कंपन - अधिक तीव्र हो जाते हैं। एक दूसरे के खिलाफ कणों का प्रभाव इतना बल तक पहुँच जाता है कि आयनीकरण- इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों में तटस्थ कणों का क्षय (चित्र 3)।

चावल। 3. आयनीकरण

आयनीकरण की डिग्रीक्षयित गैस कणों की संख्या और कणों की कुल प्रारंभिक संख्या का अनुपात है। उदाहरण के लिए, यदि आयनीकरण की डिग्री है, तो इसका मतलब है कि मूल गैस कण सकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों में क्षय हो गए हैं।

गैस आयनीकरण की डिग्री तापमान पर निर्भर करती है और इसके बढ़ने के साथ तेजी से बढ़ती है। हाइड्रोजन के लिए, उदाहरण के लिए, आयनीकरण की डिग्री से नीचे के तापमान पर, और आयनीकरण की डिग्री से ऊपर के तापमान पर (अर्थात, हाइड्रोजन लगभग पूरी तरह से आयनित होता है (आंशिक रूप से या पूरी तरह से आयनित गैस को कहा जाता है) प्लाज्मा)).

उच्च तापमान के अलावा, अन्य कारक भी हैं जो गैस आयनीकरण का कारण बनते हैं।

हम पहले ही उनका उल्लेख कर चुके हैं: ये रेडियोधर्मी विकिरण, पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा किरणें, ब्रह्मांडीय कण हैं। ऐसा कोई भी कारक जो गैस के आयनीकरण का कारण बनता है, कहलाता है ionizer.

इस प्रकार, आयनीकरण अपने आप नहीं होता है, बल्कि एक आयनकार के प्रभाव में होता है।

उसी समय, रिवर्स प्रक्रिया पुनर्संयोजन, अर्थात्, एक इलेक्ट्रॉन और एक सकारात्मक आयन का एक तटस्थ कण में पुनर्मिलन (चित्र। 4)।

चावल। 4. पुनर्संयोजन

पुनर्संयोजन का कारण सरल है: यह विपरीत आवेशित इलेक्ट्रॉनों और आयनों का कूलम्ब आकर्षण है। विद्युत बलों की कार्रवाई के तहत एक दूसरे की ओर भागते हुए, वे मिलते हैं और एक तटस्थ परमाणु (या अणु - गैस के प्रकार के आधार पर) बनाने का अवसर प्राप्त करते हैं।

आयनकार क्रिया की निरंतर तीव्रता पर, एक गतिशील संतुलन स्थापित होता है: प्रति इकाई समय में क्षय होने वाले कणों की औसत संख्या पुनर्संयोजन कणों की औसत संख्या के बराबर होती है (दूसरे शब्दों में, आयनीकरण दर पुनर्संयोजन दर के बराबर होती है)। यदि आयनकार क्रिया को मजबूत किया जाता है (उदाहरण के लिए, तापमान बढ़ जाता है), फिर गतिशील संतुलन आयनीकरण की दिशा में स्थानांतरित हो जाएगा, और गैस में आवेशित कणों की सांद्रता बढ़ जाएगी। इसके विपरीत, यदि आप आयनकार को बंद कर देते हैं, तो पुनर्संयोजन प्रबल होना शुरू हो जाएगा, और नि: शुल्क शुल्क धीरे-धीरे पूरी तरह से गायब हो जाएगा।

तो, आयनीकरण के परिणामस्वरूप गैस में सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। तीसरे प्रकार के आवेश कहाँ से आते हैं - ऋणात्मक आयन? बहुत सरल: एक इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ परमाणु में उड़ सकता है और उससे जुड़ सकता है! यह प्रक्रिया अंजीर में दिखाई गई है। 5.

चावल। 5. एक नकारात्मक आयन की उपस्थिति

इस तरह से बनने वाले ऋणात्मक आयन धनात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों के साथ धारा के निर्माण में भाग लेंगे।

गैर आत्म निर्वहन

यदि कोई बाहरी विद्युत क्षेत्र नहीं है, तो मुक्त आवेश तटस्थ गैस कणों के साथ अराजक तापीय गति करते हैं। लेकिन जब एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति शुरू हो जाती है - गैस में विद्युत धारा.

चावल। 6. गैर-स्व-निरंतर निर्वहन

अंजीर पर। 6 हम एक आयनकार की क्रिया के तहत गैस गैप में उत्पन्न होने वाले तीन प्रकार के आवेशित कणों को देखते हैं: धनात्मक आयन, ऋणात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन। एक गैस में एक विद्युत प्रवाह आवेशित कणों के आने वाले आंदोलन के परिणामस्वरूप बनता है: सकारात्मक आयन - नकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड), इलेक्ट्रॉनों और नकारात्मक आयनों - सकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के लिए।.

सकारात्मक एनोड पर गिरने वाले इलेक्ट्रॉनों को सर्किट के साथ वर्तमान स्रोत के "प्लस" में भेजा जाता है। ऋणात्मक आयन एनोड को एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दान करते हैं और तटस्थ कण बनकर गैस में वापस आ जाते हैं; एनोड को दिया गया इलेक्ट्रॉन भी स्रोत के "प्लस" की ओर भागता है। धनात्मक आयन कैथोड में आकर वहां से इलेक्ट्रॉन ग्रहण करते हैं; कैथोड पर इलेक्ट्रॉनों की परिणामी कमी को स्रोत के "माइनस" से वहां उनकी डिलीवरी द्वारा तुरंत मुआवजा दिया जाता है। इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, बाहरी सर्किट में इलेक्ट्रॉनों की एक क्रमबद्ध गति होती है। यह गैल्वेनोमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया गया विद्युत प्रवाह है।

अंजीर में वर्णित प्रक्रिया। 6 कहा जाता है गैर-स्व-निरंतर निर्वहनगैस में। निर्भर क्यों? इसलिए इसे बनाए रखने के लिए आयनकार की निरंतर क्रिया आवश्यक है। आइए आयनाइज़र को हटा दें - और करंट रुक जाएगा, क्योंकि गैस गैप में फ्री चार्ज की उपस्थिति सुनिश्चित करने वाला तंत्र गायब हो जाएगा। एनोड और कैथोड के बीच का स्थान फिर से एक इन्सुलेटर बन जाएगा।

गैस डिस्चार्ज की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

एनोड और कैथोड (तथाकथित .) के बीच वोल्टेज पर गैस गैप के माध्यम से वर्तमान ताकत की निर्भरता गैस निर्वहन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता) अंजीर में दिखाया गया है। 7.

चावल। 7. गैस डिस्चार्ज की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

शून्य वोल्टेज पर, वर्तमान ताकत, निश्चित रूप से, शून्य के बराबर है: आवेशित कण केवल थर्मल गति करते हैं, इलेक्ट्रोड के बीच कोई आदेशित गति नहीं होती है।

एक छोटे वोल्टेज के साथ, वर्तमान ताकत भी छोटी होती है। तथ्य यह है कि सभी आवेशित कणों का इलेक्ट्रोड तक पहुंचना तय नहीं है: कुछ सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को ढूंढते हैं और उनके आंदोलन की प्रक्रिया में पुनर्संयोजन करते हैं।

जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, मुक्त आवेश अधिक से अधिक गति विकसित करते हैं, और एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन के मिलने और पुनर्संयोजन की संभावना कम होती है। इसलिए, आवेशित कणों का एक बढ़ता हुआ हिस्सा इलेक्ट्रोड तक पहुंचता है, और वर्तमान ताकत बढ़ जाती है (खंड)।

एक निश्चित वोल्टेज मान (बिंदु) पर, आवेश वेग इतना अधिक हो जाता है कि पुनर्संयोजन के लिए बिल्कुल भी समय नहीं होता है। अब से सबआयनाइज़र की क्रिया के तहत बनने वाले आवेशित कण इलेक्ट्रोड तक पहुँचते हैं, और वर्तमान संतृप्ति तक पहुँचता है- अर्थात्, बढ़ते वोल्टेज के साथ वर्तमान ताकत बदलना बंद हो जाती है। यह एक निश्चित बिंदु तक जारी रहेगा।

स्वयं निर्वहन

बिंदु को पार करने के बाद, वोल्टेज बढ़ने के साथ वर्तमान ताकत तेजी से बढ़ती है - शुरू होती है स्वतंत्र निर्वहन. अब हम समझेंगे कि यह क्या है।

आवेशित गैस के कण टकराव से टकराव की ओर बढ़ते हैं; टकराव के बीच के अंतराल में, वे एक विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं, जिससे उनकी गतिज ऊर्जा बढ़ जाती है। और अब, जब वोल्टेज काफी बड़ा हो जाता है (वही बिंदु), अपने मुक्त पथ के दौरान इलेक्ट्रॉन ऐसी ऊर्जा तक पहुंचते हैं कि जब वे तटस्थ परमाणुओं से टकराते हैं, तो वे उन्हें आयनित करते हैं! (संवेग और ऊर्जा के संरक्षण के नियमों का उपयोग करके, यह दिखाया जा सकता है कि यह एक विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किए गए इलेक्ट्रॉन (और आयन नहीं) हैं जिनमें परमाणुओं को आयनित करने की अधिकतम क्षमता होती है।)

कहा गया इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण. आयनित परमाणुओं से बाहर निकलने वाले इलेक्ट्रॉन भी विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं और नए परमाणुओं से टकराते हैं, उन्हें अब आयनित करते हैं और नए इलेक्ट्रॉनों का निर्माण करते हैं। उभरते इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के परिणामस्वरूप, आयनित परमाणुओं की संख्या में तेजी से वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप वर्तमान ताकत भी तेजी से बढ़ती है।

मुफ्त शुल्कों की संख्या इतनी बड़ी हो जाती है कि बाहरी आयोनाइजर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसे आसानी से हटाया जा सकता है। मुक्त आवेशित कण अब किसके परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं? घरेलूगैस में होने वाली प्रक्रियाएं - इसलिए डिस्चार्ज को स्वतंत्र कहा जाता है।

यदि गैस गैप उच्च वोल्टेज के अंतर्गत है, तो स्व-निर्वहन के लिए किसी आयनकार की आवश्यकता नहीं है। गैस में केवल एक मुक्त इलेक्ट्रॉन खोजने के लिए पर्याप्त है, और ऊपर वर्णित इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन शुरू हो जाएगा। और हमेशा कम से कम एक मुक्त इलेक्ट्रॉन रहेगा!

आइए हम एक बार फिर याद करें कि एक गैस में, सामान्य परिस्थितियों में भी, पृथ्वी की पपड़ी के आयनकारी रेडियोधर्मी विकिरण, सूर्य से उच्च-आवृत्ति विकिरण और ब्रह्मांडीय किरणों के कारण एक निश्चित "प्राकृतिक" मुक्त आवेश होता है। हमने देखा है कि कम वोल्टेज पर इन मुक्त आवेशों के कारण होने वाली गैस की चालकता नगण्य होती है, लेकिन अब - उच्च वोल्टेज पर - वे एक स्वतंत्र निर्वहन को जन्म देते हुए नए कणों के हिमस्खलन को जन्म देंगे। जैसा वे कहेंगे वैसा ही होगा टूट - फूटगैस अंतराल।

शुष्क हवा को तोड़ने के लिए आवश्यक क्षेत्र की ताकत लगभग kV/cm है। दूसरे शब्दों में, एक सेंटीमीटर हवा से अलग किए गए इलेक्ट्रोड के बीच एक चिंगारी कूदने के लिए, उन पर एक किलोवोल्ट वोल्टेज लगाया जाना चाहिए। कल्पना कीजिए कि कई किलोमीटर हवा को तोड़ने के लिए किस वोल्टेज की आवश्यकता होती है! लेकिन यह ठीक ऐसे ब्रेकडाउन हैं जो गरज के साथ होते हैं - ये बिजली के बारे में आपको अच्छी तरह से पता है।

सामान्य परिस्थितियों में, गैसें डाइलेक्ट्रिक्स होती हैं, क्योंकि। तटस्थ परमाणुओं और अणुओं से मिलकर बनता है, और उनके पास पर्याप्त संख्या में मुक्त आवेश नहीं होते हैं। गैसें तभी संवाहक बनती हैं जब वे किसी तरह आयनित होती हैं। गैसों के आयनीकरण की प्रक्रिया इस तथ्य में निहित है कि किसी भी कारण से परमाणु से एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉन अलग हो जाते हैं। नतीजतन, एक तटस्थ परमाणु के बजाय, सकारात्मक आयनऔर इलेक्ट्रॉन.

आयनों और इलेक्ट्रॉनों में अणुओं के टूटने को कहा जाता है गैस आयनीकरण.

गठित इलेक्ट्रॉनों का हिस्सा अन्य तटस्थ परमाणुओं द्वारा कब्जा कर लिया जा सकता है, और फिर प्रकट हो सकता है ऋणात्मक 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 खर्च करने की आवश्यकता होती है - आयनीकरण ऊर्जा वूमैं । आयनीकरण ऊर्जा गैस की रासायनिक प्रकृति और परमाणु में इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा अवस्था पर निर्भर करती है। तो, नाइट्रोजन परमाणु से पहले इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी के लिए, 14.5 eV की ऊर्जा खर्च की जाती है, और दूसरे इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी के लिए - 29.5 eV, तीसरे की टुकड़ी के लिए - 47.4 eV।

गैस आयनीकरण का कारण बनने वाले कारक कहलाते हैं आयनकारक.

आयनीकरण तीन प्रकार के होते हैं: थर्मल आयनीकरण, फोटोआयनीकरण और प्रभाव आयनीकरण।

थर्मल आयनीकरणउच्च तापमान पर गैस के परमाणुओं या अणुओं के टकराव के परिणामस्वरूप होता है, यदि टकराने वाले कणों की सापेक्ष गति की गतिज ऊर्जा एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी 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 विकिरण क्वांटम द्वारा इसे स्थानांतरित कर दी जाती है।

इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण(या प्रभाव आयनीकरण) उच्च गतिज ऊर्जा वाले तेजी से इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणुओं या अणुओं के टकराव के परिणामस्वरूप सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का निर्माण है।

गैस आयनीकरण की प्रक्रिया हमेशा विपरीत रूप से आवेशित 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 के दौरान, आयनीकरण पर खर्च की गई ऊर्जा के बराबर ऊर्जा जारी की जाती है। यह पैदा कर सकता है, उदाहरण के लिए, गैस चमक।

यदि आयनकार की क्रिया अपरिवर्तित रहती है, तो आयनित गैस में गतिशील संतुलन स्थापित हो जाता है, जिसमें आयनों में क्षय होने पर प्रति इकाई समय में जितने अणु बहाल होते हैं। इस मामले में, आयनित गैस में आवेशित कणों की सांद्रता अपरिवर्तित रहती है। यदि, हालांकि, आयनकार की क्रिया को रोक दिया जाता 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 आयोनाइज़र काम कर रहा है)।

बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, आवेशित कण बेतरतीब ढंग 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 बहाव करते हैं: इलेक्ट्रॉन और ऋणात्मक आयन - एनोड तक, धनात्मक 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। गैस में विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

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 में जाने वाली धारा और एनोड की ओर निर्देशित धारा।

गैसों में, इलेक्ट्रॉनिक चालकता, धातुओं की चालकता के समान, आयनिक चालकता के साथ संयुक्त होती है, जो जलीय घोल या इलेक्ट्रोलाइट पिघलने की चालकता के समान होती है।

इस प्रकार, गैसों की चालकता है आयन-इलेक्ट्रॉनिक वर्ण.

भौतिकी सार

विषय पर:

"गैसों में विद्युत धारा"।

गैसों में विद्युत धारा।

1. गैसों में विद्युत निर्वहन।

अपनी प्राकृतिक अवस्था में सभी गैसें बिजली का संचालन नहीं करती हैं। इसे निम्नलिखित अनुभव से देखा जा सकता है:

आइए एक इलेक्ट्रोमीटर लें जिसमें एक फ्लैट कैपेसिटर के डिस्क लगे हों और इसे चार्ज करें। कमरे के तापमान पर, यदि हवा पर्याप्त शुष्क है, तो संधारित्र विशेष रूप से निर्वहन नहीं करता है - इलेक्ट्रोमीटर सुई की स्थिति नहीं बदलती है। इलेक्ट्रोमीटर सुई के विक्षेपण कोण में कमी को नोटिस करने में काफी समय लगता है। इससे पता चलता है कि डिस्क के बीच हवा में विद्युत प्रवाह बहुत छोटा है। यह अनुभव दर्शाता है कि वायु विद्युत धारा का कुचालक है।

आइए प्रयोग को संशोधित करें: आइए डिस्क के बीच की हवा को अल्कोहल लैंप की लौ से गर्म करें। तब इलेक्ट्रोमीटर पॉइंटर का विक्षेपण कोण तेजी से घटता है, अर्थात। संधारित्र की डिस्क के बीच संभावित अंतर कम हो जाता है - संधारित्र को छुट्टी दे दी जाती है। नतीजतन, डिस्क के बीच गर्म हवा एक कंडक्टर बन गई है, और इसमें एक विद्युत प्रवाह स्थापित होता है।

गैसों के इन्सुलेट 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 आवेशित कण उच्च तापमान के प्रभाव में गैसों में दिखाई देते हैं। वे गैस परमाणुओं से एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के विभाजन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक 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। इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आयनों में गैस के अणुओं के टूटने को कहा जाता है गैसों का आयनीकरण।

गैस को उच्च तापमान पर गर्म करना गैस के अणुओं या परमाणुओं को आयनित करने का एकमात्र तरीका नहीं है। गैस आयनीकरण विभिन्न बाहरी अंतःक्रियाओं के प्रभाव में हो सकता है: रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न गैस, एक्स-रे, ए-, बी- और जी-किरणों का मजबूत ताप, ब्रह्मांडीय किरणें, तेजी से बढ़ते इलेक्ट्रॉनों या आयनों द्वारा गैस के अणुओं की बमबारी। गैस आयनीकरण का कारण बनने वाले कारक कहलाते हैं आयनकारकआयनीकरण प्रक्रिया की मात्रात्मक विशेषता है आयनीकरण तीव्रता,संकेत के विपरीत आवेशित कणों के जोड़े की संख्या से मापा जाता है जो प्रति इकाई समय में गैस की एक इकाई मात्रा में दिखाई देते हैं।

एक परमाणु के आयनीकरण के लिए एक निश्चित ऊर्जा - आयनीकरण ऊर्जा के व्यय की आवश्यकता होती है। एक परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन और परमाणु के बाकी कणों (या अणु) के बीच बातचीत की ताकतों के खिलाफ काम करना आवश्यक है। इस कार्य को आयनन A का कार्य कहते हैं। आयनीकरण के कार्य का मूल्य गैस की रासायनिक प्रकृति और परमाणु या अणु में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा अवस्था पर निर्भर करता है।

आयनकार 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 की व्याख्या इस तथ्य से की जाती है कि आयन और इलेक्ट्रॉन तापीय गति में भाग लेते हैं और इसलिए एक दूसरे से टकराते हैं। जब एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन टकराते हैं, तो वे एक तटस्थ परमाणु में फिर से जुड़ सकते हैं। इसी तरह, जब एक सकारात्मक और नकारात्मक आयन टकराता है, तो नकारात्मक आयन अपने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को सकारात्मक आयन को छोड़ 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 पुनर्संयोजन करते 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 ल्यूमिनेसेंस (पुनर्संयोजन की ल्यूमिनेसिसेंस) के साथ होता है।

गैसों में विद्युत निर्वहन की घटना में, इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा परमाणुओं का आयनीकरण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस प्रक्रिया में यह तथ्य शामिल है कि पर्याप्त गतिज ऊर्जा के साथ एक गतिमान इलेक्ट्रॉन एक या एक से अधिक परमाणु इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है, जब यह एक तटस्थ परमाणु से टकराता 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 समाधान और पिघलने की चालकता के तंत्र के समान है। बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, आवेशित कण, तटस्थ अणुओं की तरह, बेतरतीब ढंग से चलते हैं। यदि आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन स्वयं को बाहरी विद्युत क्षेत्र में पाते हैं, तो वे निर्देशित गति में आते हैं और गैसों में विद्युत प्रवाह बनाते हैं।

इस प्रकार, गैस में विद्युत प्रवाह कैथोड के लिए सकारात्मक आयनों की एक निर्देशित गति है, और नकारात्मक आयनों और इलेक्ट्रॉनों को एनोड के लिए निर्देशित किया जाता है। गैस में कुल धारा आवेशित कणों की दो धाराओं से बनी होती है: एनोड में जाने वाली धारा और कैथोड की ओर निर्देशित धारा।

आवेशित कणों का उदासीनीकरण इलेक्ट्रोड पर होता है, जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट्स के विलयन और पिघलने के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने के मामले में होता है। हालांकि, गैसों में इलेक्ट्रोड पर पदार्थों की कोई रिहाई नहीं होती है, जैसा कि इलेक्ट्रोलाइट समाधानों में होता है। इलेक्ट्रोड के पास आने वाले गैस आयन, उन्हें अपना चार्ज देते हैं, तटस्थ अणुओं में बदल जाते हैं और वापस गैस में फैल जाते हैं।

आयनित गैसों और इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान (पिघलने) की विद्युत चालकता में एक और अंतर यह है कि गैसों के माध्यम से वर्तमान के पारित होने 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 खेल सकती है। निश्चित भूमिका।

इस प्रकार, गैसें धातुओं की चालकता के समान इलेक्ट्रॉनिक चालकता, आयनिक चालकता के साथ, जलीय घोल की चालकता और इलेक्ट्रोलाइट पिघलने के समान होती हैं।

4. गैर-स्व-निरंतर गैस निर्वहन।

गैस 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।बाहरी ionizers की कार्रवाई की समाप्ति के साथ, गैर-निरंतर निर्वहन बंद हो जाता है। गैस की चमक के साथ एक गैर-स्व-स्थायी गैस निर्वहन नहीं होता है।

नीचे एक गैस में एक गैर-स्व-निरंतर निर्वहन के लिए वोल्टेज पर वर्तमान ताकत की निर्भरता का एक ग्राफ है। ग्राफ को प्लॉट करने के लिए ग्लास में दो धातु इलेक्ट्रोड के साथ एक ग्लास ट्यूब का इस्तेमाल किया गया था। श्रृंखला को इकट्ठा किया गया है जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

एक निश्चित वोल्टेज पर, एक क्षण आता है जब आयनाइज़र द्वारा गैस में बनने वाले सभी आवेशित कण एक सेकंड में एक ही समय में इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं। वोल्टेज में और वृद्धि से अब परिवहन किए गए आयनों की संख्या में वृद्धि नहीं हो सकती है। करंट संतृप्ति (ग्राफ 1 का क्षैतिज खंड) तक पहुँच जाता है।

5. स्वतंत्र गैस निर्वहन।

एक गैस में एक विद्युत निर्वहन जो एक बाहरी आयनकार की क्रिया की समाप्ति के बाद भी बना रहता है, कहलाता है स्वतंत्र गैस निर्वहन. इसके क्रियान्वयन के लिए यह आवश्यक है कि डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप गैस में लगातार फ्री चार्ज बनते रहें। उनकी घटना का मुख्य स्रोत गैस के अणुओं का प्रभाव आयनीकरण है।

यदि, संतृप्ति तक पहुँचने के बाद, हम इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को बढ़ाना जारी रखते हैं, तो पर्याप्त रूप से उच्च वोल्टेज पर वर्तमान ताकत में तेजी से वृद्धि होगी (ग्राफ 2)।

इसका मतलब है कि गैस में अतिरिक्त आयन दिखाई देते हैं, जो आयनकार की क्रिया के कारण बनते हैं। वर्तमान ताकत सैकड़ों और हजारों गुना बढ़ सकती है, और डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान दिखाई देने वाले आवेशित कणों की संख्या इतनी बड़ी हो सकती है कि डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए बाहरी आयनाइज़र की आवश्यकता नहीं रह जाती है। इसलिए, ionizer अब हटाया जा सकता है।

उच्च वोल्टेज पर करंट स्ट्रेंथ में तेज वृद्धि के क्या कारण हैं? आइए हम किसी बाहरी आयनकार की क्रिया के कारण बनने वाले 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। रास्ते में, इलेक्ट्रॉन आयनों और तटस्थ परमाणुओं से मिलता है। दो क्रमागत टक्करों के बीच के अंतराल में विद्युत क्षेत्र बलों के कार्य के कारण इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा में वृद्धि होती है।

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 एक इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा उस कार्य A से अधिक हो जाती है जो एक तटस्थ परमाणु (या अणु) को आयनित करने के लिए आवश्यक है, अर्थात। MV 2 >A i, तब जब कोई इलेक्ट्रॉन किसी परमाणु (या अणु) से टकराता है, तो वह आयनित हो जाता है। नतीजतन, एक इलेक्ट्रॉन के बजाय, दो इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं (परमाणु पर हमला करते हुए और परमाणु से फटे हुए)। वे, बदले में, 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 को कहा जाता है इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनीकरण।

लेकिन अकेले इलेक्ट्रॉन प्रभाव द्वारा आयनीकरण एक स्वतंत्र चार्ज के रखरखाव को सुनिश्चित नहीं कर सकता है। दरअसल, इस तरह से उत्पन्न होने वाले सभी इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ते हैं और एनोड तक पहुंचने पर "गेम से बाहर हो जाते हैं।" निर्वहन को बनाए रखने के लिए कैथोड ("उत्सर्जन" का अर्थ "उत्सर्जन") से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉन का उत्सर्जन कई कारणों से हो सकता है।

तटस्थ परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों की टक्कर के दौरान बनने वाले सकारात्मक आयन, कैथोड की ओर बढ़ने पर, क्षेत्र की क्रिया के तहत एक बड़ी गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं। जब इस तरह के तेज आयन कैथोड से टकराते हैं, तो कैथोड सतह से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दिया जाता है।

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 के वाष्पीकरण के रूप में माना जा सकता है। कई ठोस पदार्थों में, ऊष्मीय उत्सर्जन उस 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 को सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी करके गर्म किया जा सकता है। यदि आयनों की ऊर्जा बहुत अधिक नहीं है, तो कैथोड से इलेक्ट्रॉनों का नॉकआउट नहीं होता है और थर्मोनिक उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होता है।

6. विभिन्न प्रकार के स्व-निर्वहन और उनके तकनीकी अनुप्रयोग।

गुणों और गैस की स्थिति, इलेक्ट्रोड की प्रकृति और स्थान के साथ-साथ इलेक्ट्रोड पर लागू वोल्टेज के आधार पर, विभिन्न प्रकार के स्व-निर्वहन होते हैं। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।

ए। सुलगनेवाला निर्वहन।

कई दसियों मिलीमीटर पारा और उससे कम के कम दबाव पर गैसों में एक चमक निर्वहन देखा जाता है। यदि हम ग्लो डिस्चार्ज वाली ट्यूब पर विचार करें, तो हम देख सकते हैं कि ग्लो डिस्चार्ज के मुख्य भाग हैं कैथोड डार्क स्पेस,उससे बहुत दूर नकारात्मकया सुलगती चमक,जो धीरे-धीरे क्षेत्र में गुजरता है फैराडे डार्क स्पेस।ये तीन क्षेत्र डिस्चार्ज का कैथोड हिस्सा बनाते हैं, इसके बाद डिस्चार्ज का मुख्य चमकदार हिस्सा होता है, जो इसके ऑप्टिकल गुणों को निर्धारित करता है और कहा जाता है सकारात्मक स्तंभ।

ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में मुख्य भूमिका इसके कैथोड भाग के पहले दो क्षेत्रों द्वारा निभाई जाती है। इस प्रकार के डिस्चार्ज की एक विशेषता कैथोड के पास क्षमता में तेज गिरावट है, जो कैथोड के पास आयनों के अपेक्षाकृत कम वेग के कारण क्षेत्रों I और II की सीमा पर सकारात्मक आयनों की उच्च सांद्रता से जुड़ी है। कैथोड डार्क स्पेस में, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का एक मजबूत त्वरण होता है, कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। चमकदार चमक के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन गैस के 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।

धनात्मक स्तंभ के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और आयनों की सांद्रता लगभग समान और बहुत अधिक होती है, जो सकारात्मक स्तंभ की उच्च विद्युत चालकता और उसमें क्षमता में मामूली गिरावट का कारण बनती है। सकारात्मक स्तंभ की चमक उत्तेजित गैस के अणुओं की चमक से निर्धारित होती है। एनोड के पास, क्षमता में एक अपेक्षाकृत तेज परिवर्तन फिर से देखा जाता है, जो सकारात्मक आयनों के निर्माण की प्रक्रिया से जुड़ा होता है। कुछ मामलों में, सकारात्मक स्तंभ अलग-अलग चमकदार क्षेत्रों में टूट जाता है - स्तर,अंधेरे स्थानों से अलग।

ग्लो डिस्चार्ज को बनाए रखने में सकारात्मक कॉलम महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है; इसलिए, जैसे-जैसे ट्यूब के इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कम होती जाती है, पॉजिटिव कॉलम 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 पास 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 निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को गैस के माध्यम से लगभग इसके अणुओं के साथ टकराव के बिना पारित किया जाता है। इलेक्ट्रोनिक, या कैथोड किरणें .

इलेक्ट्रॉन और आयन बीम प्राप्त करने के लिए ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग गैस-लाइट ट्यूब, फ्लोरोसेंट लैंप, वोल्टेज स्टेबलाइजर्स में किया जाता है। यदि कैथोड में एक भट्ठा 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 इस्तेमाल की जाने वाली घटना कैथोड स्पटरिंग, अर्थात। सकारात्मक आयनों के टकराने की क्रिया के तहत कैथोड की 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 (विशेषकर डाइलेक्ट्रिक्स) की सतह को कवर करते हैं। इस तरह, कई उपकरणों के लिए दर्पण बनाए जाते हैं, सेलेनियम फोटोकल्स पर धातु की एक पतली परत लगाई जाती है।

बी। कोरोना डिस्चार्ज।

एक अत्यधिक अमानवीय विद्युत क्षेत्र (उदाहरण के लिए, स्पाइक्स या उच्च वोल्टेज लाइनों के तारों के पास) में गैस में सामान्य दबाव में एक कोरोना डिस्चार्ज होता है। एक कोरोना डिस्चार्ज में, गैस आयनीकरण और उसकी चमक कोरोना इलेक्ट्रोड के पास ही होती है। कैथोड कोरोना (नकारात्मक कोरोना) के मामले में, सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी होने पर गैस के अणुओं के आयनीकरण को प्रभावित करने वाले इलेक्ट्रॉनों को कैथोड से बाहर कर दिया जाता है। यदि एनोड कोरोना (पॉजिटिव कोरोना) है, तो इलेक्ट्रॉनों का जन्म एनोड के पास गैस के फोटोयनाइजेशन के कारण होता है। वर्तमान रिसाव और विद्युत ऊर्जा की हानि के साथ कोरोना एक हानिकारक घटना है। कोरोना को कम करने के लिए, कंडक्टरों की वक्रता त्रिज्या बढ़ाई जाती है, और उनकी सतह को यथासंभव चिकना बनाया जाता है। इलेक्ट्रोड के बीच पर्याप्त रूप से 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 बारी-बारी से निकलने वाली हल्की रेखाओं का रूप ले लेता है। किंक और मोड़ की एक श्रृंखला वाली ये रेखाएं एक प्रकार का ब्रश बनाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप इस तरह के निर्वहन को कहा जाता है कलाई का .

एक आवेशित वज्र के नीचे पृथ्वी की सतह पर विपरीत चिन्ह के विद्युत आवेश उत्पन्न होते हैं। युक्तियों पर विशेष रूप से बड़ा शुल्क जमा होता है। इसलिए, गरज के पहले या गरज के दौरान, ब्रश की तरह प्रकाश के शंकु अक्सर अत्यधिक उभरी हुई वस्तुओं के बिंदुओं और नुकीले कोनों पर भड़क जाते हैं। प्राचीन काल से, इस चमक को सेंट एल्मो की आग कहा जाता है।

खासकर अक्सर पर्वतारोही इस घटना के गवाह बन जाते हैं। कभी-कभी न केवल धातु की वस्तुएं, बल्कि सिर पर बालों के सिरों को भी छोटे चमकदार टैसल से सजाया जाता है।

हाई वोल्टेज से निपटने के दौरान कोरोना डिस्चार्ज पर विचार करना होगा। यदि उभरे हुए हिस्से या बहुत पतले तार हैं, तो कोरोना डिस्चार्ज शुरू हो सकता है। इससे बिजली का रिसाव होता है। हाई-वोल्टेज लाइन का वोल्टेज जितना अधिक होगा, तार उतने ही मोटे होने चाहिए।

सी। स्पार्क डिस्चार्ज।

स्पार्क डिस्चार्ज में चमकीले ज़िगज़ैग ब्रांचिंग फिलामेंट्स-चैनल्स की उपस्थिति होती है जो डिस्चार्ज गैप को भेदते हैं और गायब हो जाते हैं, नए लोगों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि स्पार्क डिस्चार्ज चैनल कभी-कभी सकारात्मक इलेक्ट्रोड से, कभी-कभी नकारात्मक से, और कभी-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 जगहों से गुजरने वाले अलग-अलग चैनलों के माध्यम से होता है जहां आयन एकाग्रता गलती से उच्चतम हो जाती है। एक चिंगारी का निर्वहन बड़ी मात्रा में गर्मी, गैस की एक चमकदार चमक, कर्कश या गड़गड़ाहट की रिहाई के साथ होता है। ये सभी घटनाएं इलेक्ट्रॉन और आयन हिमस्खलन के कारण होती हैं जो स्पार्क चैनलों में होती हैं और दबाव में भारी वृद्धि होती है, 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 की नाड़ी की अधिकतम धारा दसियों और सैकड़ों हजारों एम्पीयर तक पहुँचती है।

डिस्चार्ज गैप की एक 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 के इलेक्ट्रोस्पार्क विधि में किया गया था।

स्पार्क गैप का उपयोग विद्युत पारेषण लाइनों (जैसे टेलीफोन लाइनों) में सर्ज रक्षक के रूप में किया जाता है। यदि लाइन के पास एक मजबूत शॉर्ट-टर्म करंट गुजरता है, तो इस लाइन के तारों में वोल्टेज और धाराएं प्रेरित होती हैं, जो विद्युत स्थापना को नष्ट कर सकती हैं और मानव जीवन के लिए खतरनाक हैं। 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 हवा के साथ ऊपर उठता है, लंबा होता है और टूट जाता है।

अंत में, एक इलेक्ट्रिक स्पार्क का उपयोग करके बड़े संभावित अंतरों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है बॉल गैप, जिनके इलेक्ट्रोड एक पॉलिश सतह के साथ 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 तब तक एक साथ लाया जाता है जब तक कि उनके बीच एक चिंगारी न कूद जाए। गेंदों के व्यास, उनके बीच की दूरी, हवा के दबाव, तापमान और आर्द्रता को जानने के बाद, वे विशेष तालिकाओं के अनुसार गेंदों के बीच संभावित अंतर पाते हैं। इस पद्धति का उपयोग कुछ प्रतिशत के भीतर, हजारों वोल्ट के क्रम के संभावित अंतर को मापने के लिए किया जा सकता है।

डी। चाप निर्वहन।

आर्क डिस्चार्ज की खोज वी. वी. पेट्रोव 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। इन इलेक्ट्रॉनों को एक विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है और गैस अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन होता है, जिसके कारण इलेक्ट्रोड के बीच गैस अंतर का विद्युत प्रतिरोध अपेक्षाकृत छोटा होता है। यदि हम बाहरी सर्किट के प्रतिरोध को कम करते हैं, चाप निर्वहन की धारा बढ़ाते हैं, तो गैस अंतराल की चालकता इतनी बढ़ जाएगी कि इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज कम हो जाएगा। इसलिए, चाप निर्वहन को गिरने वाली वर्तमान-वोल्टेज विशेषता कहा जाता है। वायुमंडलीय दबाव में, कैथोड का तापमान 3000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। इलेक्ट्रॉन, एनोड पर बमबारी करते हुए, इसमें एक अवकाश (गड्ढा) बनाते हैं और इसे गर्म करते हैं। क्रेटर का तापमान लगभग 4000 डिग्री सेल्सियस है, और उच्च वायु दाब 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।

कई मामलों में, अपेक्षाकृत कम कैथोड तापमान पर एक चाप निर्वहन भी देखा जाता है (उदाहरण के लिए, एक पारा चाप दीपक में)।

1876 ​​​​में, पी। एन। याब्लोचकोव ने पहली बार एक विद्युत चाप का उपयोग प्रकाश स्रोत के रूप में किया था। "याब्लोचकोव मोमबत्ती" में, कोयले को समानांतर में व्यवस्थित किया गया था और एक घुमावदार परत से अलग किया गया था, और उनके सिरों को एक प्रवाहकीय "इग्निशन ब्रिज" से जोड़ा गया था। जब करंट चालू किया गया, तो इग्निशन ब्रिज जल गया और कोयले के बीच एक इलेक्ट्रिक आर्क बन गया। जैसे ही कोयले जलते थे, इन्सुलेट परत वाष्पित हो जाती थी।

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 आर्क फर्नेस के निर्माण के लिए इसका उपयोग करना संभव बनाता 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, कैल्शियम कार्बाइड, नाइट्रोजन ऑक्साइड आदि के उत्पादन के लिए।

1882 में, N. N. Benardos ने पहली बार धातु को काटने और वेल्डिंग करने के लिए एक आर्क डिस्चार्ज का उपयोग किया। एक निश्चित कार्बन इलेक्ट्रोड और धातु के बीच का निर्वहन दो धातु शीट (या प्लेट) के जंक्शन को गर्म करता है और उन्हें वेल्ड करता है। बेनार्डोस ने धातु की प्लेटों को काटने और उनमें छेद करने के लिए उसी विधि का उपयोग किया। 1888 में, एन जी स्लाव्यानोव ने कार्बन इलेक्ट्रोड को धातु के साथ बदलकर इस वेल्डिंग विधि में सुधार किया।

आर्क डिस्चार्ज ने एक पारा रेक्टिफायर में आवेदन पाया है, जो एक प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाह को एक प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित करता है।

इ। प्लाज्मा।

प्लाज्मा एक आंशिक या पूर्ण रूप से आयनित गैस है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। इस प्रकार, प्लाज्मा समग्र रूप से एक विद्युत तटस्थ प्रणाली है।

प्लाज्मा की मात्रात्मक विशेषता आयनीकरण की डिग्री है। प्लाज्मा आयनीकरण की डिग्री आवेशित कणों की मात्रा सांद्रता का अनुपात कणों की कुल मात्रा सांद्रता का अनुपात है। आयनीकरण की डिग्री के आधार पर, प्लाज्मा को . में विभाजित किया जाता है कमजोर आयनित(ए प्रतिशत का अंश है), आंशिक रूप से आयनित (कुछ प्रतिशत के क्रम का) और पूरी तरह से आयनित (ए 100% के करीब है)। प्राकृतिक परिस्थितियों में कमजोर आयनित प्लाज्मा वायुमंडल की ऊपरी परतें हैं - आयनमंडल। सूर्य, गर्म तारे और कुछ तारे के बीच के बादल पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा हैं जो उच्च तापमान पर बनते हैं।

प्लाज्मा बनाने वाले विभिन्न प्रकार के कणों की औसत ऊर्जा एक दूसरे से काफी भिन्न हो सकती है। इसलिए, प्लाज्मा को तापमान T के एकल मान से नहीं पहचाना जा सकता है; इलेक्ट्रॉन तापमान टी ई, आयन तापमान टी i (या आयन तापमान, यदि प्लाज्मा में कई प्रकार के आयन हैं) और तटस्थ परमाणुओं के तापमान टी ए (तटस्थ घटक) के बीच अंतर करें। इस तरह के प्लाज्मा को इज़ोटेर्मल प्लाज्मा के विपरीत गैर-इज़ोटेर्मल कहा जाता है, जिसमें सभी घटकों का तापमान समान होता है।

प्लाज्मा को भी उच्च-तापमान (T i »10 6 -10 8 K और अधिक) और निम्न-तापमान में विभाजित किया गया है !!! (टी मैं<=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, एक ही चार्ज साइन के कणों के संचय के कारण प्लाज्मा के अलग-अलग क्षेत्रों की विद्युत तटस्थता का कोई भी उल्लंघन जल्दी से समाप्त हो जाता है। परिणामी विद्युत क्षेत्र आवेशित कणों को तब तक गतिमान करते हैं जब तक कि विद्युत तटस्थता बहाल नहीं हो जाती और विद्युत क्षेत्र शून्य नहीं हो जाता। एक तटस्थ गैस के विपरीत, जहां अणुओं के बीच शॉर्ट-रेंज बल मौजूद होते हैं, कूलम्ब बल चार्ज प्लाज्मा कणों के बीच कार्य करते हैं, दूरी के साथ अपेक्षाकृत धीरे-धीरे कम हो जाते हैं। प्रत्येक कण बड़ी संख्या में आसपास के कणों के साथ तुरंत संपर्क करता है। इसके कारण, अराजक तापीय गति के साथ, प्लाज्मा कण विभिन्न क्रमबद्ध गतियों में भाग ले सकते हैं। प्लाज्मा में विभिन्न प्रकार के दोलन और तरंगें आसानी से उत्तेजित हो जाती हैं।

आयनन की मात्रा बढ़ने पर प्लाज्मा चालकता बढ़ती है। उच्च तापमान पर, एक पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा अपनी चालकता में सुपरकंडक्टर्स तक 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। कई उपकरणों में गैस डिस्चार्ज लैंप का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, गैस लेजर में - क्वांटम प्रकाश स्रोत।

उच्च तापमान प्लाज्मा का उपयोग मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर में किया जाता है।

एक नया उपकरण, प्लाज्मा मशाल, हाल ही में बनाया गया है। प्लाज्मा मशाल घने कम तापमान वाले प्लाज्मा के शक्तिशाली जेट बनाता है, जो 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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