लैब #2.5

"थायराट्रॉन का उपयोग करके गैस के निर्वहन का अध्ययन"

उद्देश्य: गैसों में गैर-निरंतर और आत्मनिर्भर निर्वहन के दौरान गैसों में होने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए, थायराट्रॉन के संचालन के सिद्धांत का अध्ययन करने के लिए, थायराट्रॉन की वर्तमान-वोल्टेज और प्रारंभिक विशेषताओं का निर्माण करने के लिए।

सैद्धांतिक भाग

गैसों का आयनीकरण। गैर-निरंतर और आत्मनिर्भर गैस निर्वहन

सामान्य रोजमर्रा की परिस्थितियों में गैसों के परमाणु और अणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, अर्थात। फ्री चार्ज कैरियर्स नहीं होते हैं, जिसका अर्थ है कि, वैक्यूम गैप की तरह, उन्हें बिजली का संचालन नहीं करना चाहिए। वास्तव में, गैसों में हमेशा एक निश्चित मात्रा में मुक्त इलेक्ट्रॉन, सकारात्मक और नकारात्मक आयन होते हैं, और इसलिए, हालांकि खराब तरीके से, वे बिजली का संचालन करते हैं। वर्तमान।

गैस में मुक्त आवेश वाहक आमतौर पर गैस परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन खोल से इलेक्ट्रॉनों की अस्वीकृति के परिणामस्वरूप बनते हैं, अर्थात। नतीजतन आयनीकरणगैस। गैस आयनीकरण बाहरी ऊर्जा प्रभाव का परिणाम है: ताप, कण बमबारी (इलेक्ट्रॉन, आयन, आदि), विद्युत चुम्बकीय विकिरण (पराबैंगनी, एक्स-रे, रेडियोधर्मी, आदि)। इस मामले में, इलेक्ट्रोड के बीच स्थित गैस विद्युत प्रवाह का संचालन करती है, जिसे कहा जाता है गैस निर्वहन. शक्तिआयनकारी कारक ( ionizer) प्रति इकाई समय में गैस के प्रति इकाई आयतन के आयनीकरण के परिणामस्वरूप विपरीत आवेशित आवेश वाहकों के जोड़े की संख्या है। आयनन प्रक्रिया के साथ-साथ एक विपरीत प्रक्रिया भी होती है - पुनर्संयोजन: विपरीत आवेशित कणों की परस्पर क्रिया, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु या अणु प्रकट होते हैं और विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं। यदि गैस की विद्युत चालकता के लिए बाहरी आयोनाइजर की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, तो इस तरह के निर्वहन को कहा जाता है आश्रित. यदि लागू विद्युत क्षेत्र (EF) पर्याप्त रूप से बड़ा है, तो बाहरी क्षेत्र के कारण प्रभाव आयनीकरण के परिणामस्वरूप बनने वाले मुक्त आवेश वाहकों की संख्या विद्युत निर्वहन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त है। इस तरह के निर्वहन के लिए बाहरी आयनकार की आवश्यकता नहीं होती है और इसे कहा जाता है स्वतंत्र.

आइए हम इलेक्ट्रोड के बीच स्थित गैस में गैस डिस्चार्ज की करंट-वोल्टेज विशेषता (CVC) पर विचार करें (चित्र 1)।

कमजोर विद्युत क्षेत्रों (I) के क्षेत्र में एक गैर-निरंतर गैस निर्वहन के साथ, आयनीकरण के परिणामस्वरूप बनने वाले आवेशों की संख्या एक दूसरे के साथ पुनर्संयोजन वाले आवेशों की संख्या के बराबर होती है। इस गतिशील संतुलन के कारण, गैस में मुक्त आवेश वाहकों की सांद्रता व्यावहारिक रूप से स्थिर रहती है और परिणामस्वरूप, ओम का नियम (1):

कहाँ पे इविद्युत क्षेत्र की ताकत है; एन- एकाग्रता; जेवर्तमान घनत्व है।

तथा ( ) क्रमशः धनात्मक और ऋणात्मक आवेश वाहकों की गतिशीलता हैं;<υ > आवेश की निर्देशित गति का अपवाह वेग है।

उच्च ईसी (द्वितीय) के क्षेत्र में, गैस (आई) में वर्तमान की संतृप्ति देखी जाती है, क्योंकि आयनाइज़र द्वारा बनाए गए सभी वाहक वर्तमान के निर्माण में निर्देशित बहाव में भाग लेते हैं।

क्षेत्र (III) में और वृद्धि के साथ, आवेश वाहक (इलेक्ट्रॉन और आयन), त्वरित दर से चलते हुए, तटस्थ परमाणुओं और गैस अणुओं को आयनित करते हैं ( प्रभाव आयनीकरण), जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त चार्ज वाहक और गठन होता है इलेक्ट्रॉनिक हिमस्खलन(इलेक्ट्रॉन आयनों की तुलना में हल्के होते हैं और ईपी में काफी तेज होते हैं) - वर्तमान घनत्व बढ़ता है ( गैस प्रवर्धन) जब बाहरी आयनकार बंद कर दिया जाता है, तो पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं के कारण गैस का निर्वहन बंद हो जाएगा।

इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों, आयनों और फोटॉनों के प्रवाह का निर्माण होता है, कणों की संख्या हिमस्खलन की तरह बढ़ती है, इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र के व्यावहारिक रूप से कोई प्रवर्धन के साथ वर्तमान में तेज वृद्धि होती है। उमड़ती स्वतंत्र गैस निर्वहन. एक असंगत गैस डिस्चार्ज से एक स्वतंत्र में संक्रमण को कहा जाता है ईमेल टूट - फूट, और इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज , कहाँ पे डी- इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी को कहा जाता है बिजली की ख़राबी.

ई-मेल के लिए टूटना, यह आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉनों, उनके पथ के साथ, गतिज ऊर्जा प्राप्त करने के लिए समय हो जो गैस अणुओं की आयनीकरण क्षमता से अधिक हो, और दूसरी ओर, सकारात्मक आयनों के पास, उनके मार्ग के साथ, गतिज ऊर्जा प्राप्त करने का समय इससे अधिक है कैथोड सामग्री का कार्य कार्य। चूंकि माध्य मुक्त पथ इलेक्ट्रोड के विन्यास पर निर्भर करता है, उनके बीच की दूरी d और प्रति इकाई आयतन में कणों की संख्या (और, परिणामस्वरूप, दबाव पर), स्व-निरंतर निर्वहन के प्रज्वलन को बदलकर नियंत्रित किया जा सकता है इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी डीउनके अपरिवर्तित विन्यास के साथ, और दबाव में परिवर्तन पी. अगर काम पी.डी.समान हो जाता है, अन्य चीजें समान होती हैं, तो देखे गए टूटने की प्रकृति समान होनी चाहिए। यह निष्कर्ष प्रयोगात्मक में परिलक्षित हुआ था कानूनई (1889) जर्मन। भौतिक विज्ञान एफ. पाशेन(1865–1947):

गैस के दबाव के उत्पाद के दिए गए मूल्य के लिए गैस डिस्चार्ज का इग्निशन वोल्टेज और इलेक्ट्रोड पीडी के बीच की दूरी किसी दिए गए गैस की एक निरंतर मूल्य विशेषता है .

स्व-निर्वहन कई प्रकार के होते हैं।

चमक निर्वहननिम्न दाब पर होता है। यदि 30-50 सेमी लंबी एक ग्लास ट्यूब में सोल्डर किए गए इलेक्ट्रोड पर कई सौ वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो धीरे-धीरे ट्यूब से हवा को पंप किया जाता है, फिर 5.3-6.7 kPa के दबाव पर एक चमकदार के रूप में एक निर्वहन होता है। कैथोड से एनोड की ओर आने वाली लाल रंग की टेढ़ी-मेढ़ी रस्सी। दबाव में और कमी के साथ, फिलामेंट मोटा हो जाता है, और »13 Pa के दबाव में, डिस्चार्ज का रूप अंजीर में दिखाया गया है। 2.

एक पतली चमकदार परत सीधे कैथोड से जुड़ी होती है 1 - कैथोड फिल्म , उसके बाद 2 - कैथोड डार्क स्पेस , चमकदार परत 3 में आगे बढ़ते हुए - सुलगती चमक , जिसकी कैथोड की तरफ एक तेज सीमा होती है, धीरे-धीरे एनोड की तरफ गायब हो जाती है। परतें 1-3 ग्लो डिस्चार्ज का कैथोड भाग बनाती हैं। सुलगती चमक का अनुसरण करता है फैराडे डार्क स्पेस 4. शेष ट्यूब में चमकदार गैस भरी जाती है - सकारात्मक पोस्ट - 5.

क्षमता ट्यूब के साथ असमान रूप से भिन्न होती है (चित्र 2 देखें)। लगभग संपूर्ण वोल्टेज ड्रॉप डिस्चार्ज के पहले खंडों में होता है, जिसमें डार्क कैथोड स्पेस भी शामिल है।

डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए आवश्यक मुख्य प्रक्रियाएं इसके कैथोड भाग में होती हैं:

1) सकारात्मक आयन, कैथोडिक संभावित ड्रॉप द्वारा त्वरित, कैथोड पर बमबारी करते हैं और इससे इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं;

2) कैथोड भाग में इलेक्ट्रॉन त्वरित होते हैं और पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं और गैस के अणुओं को आयनित करते हैं। कई इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक आयन बनते हैं। सुलगने वाले क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों और आयनों का तीव्र पुनर्संयोजन होता है, ऊर्जा निकलती है, जिसका एक हिस्सा अतिरिक्त आयनीकरण में जाता है। फैराडे अंधेरे स्थान में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रॉन धीरे-धीरे ऊर्जा जमा करते हैं, जिससे कि प्लाज्मा के अस्तित्व के लिए आवश्यक स्थितियां उत्पन्न होती हैं (उच्च स्तर की गैस आयनीकरण)। सकारात्मक स्तंभ एक गैस-निर्वहन प्लाज्मा है। यह एनोड को कैथोड भागों से जोड़ने वाले कंडक्टर के रूप में कार्य करता है। सकारात्मक स्तंभ की चमक मुख्य रूप से उत्तेजित अणुओं के जमीनी अवस्था में संक्रमण के कारण होती है। ऐसे संक्रमणों के दौरान विभिन्न गैसों के अणु विभिन्न तरंग दैर्ध्य के विकिरण उत्सर्जित करते हैं। इसलिए, स्तंभ की चमक में प्रत्येक गैस की एक रंग विशेषता होती है। इसका उपयोग चमकदार ट्यूब बनाने के लिए किया जाता है। नियॉन ट्यूब एक लाल चमक देती है, आर्गन ट्यूब एक नीला-हरा रंग देती है।

चाप निर्वहनसामान्य और ऊंचे दबावों पर देखा गया। इस मामले में, करंट दसियों और सैकड़ों एम्पीयर तक पहुँच जाता है, और गैस गैप के पार वोल्टेज कई दसियों वोल्ट तक गिर जाता है। ऐसा डिस्चार्ज कम वोल्टेज स्रोत से प्राप्त किया जा सकता है यदि इलेक्ट्रोड को पहले स्पर्श करने तक एक साथ लाया जाता है। संपर्क के बिंदु पर, जूल गर्मी के कारण इलेक्ट्रोड दृढ़ता से गर्म होते हैं, और एक दूसरे से हटा दिए जाने के बाद, कैथोड थर्मोनिक उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉनों का स्रोत बन जाता है। डिस्चार्ज का समर्थन करने वाली मुख्य प्रक्रियाएं कैथोड से थर्मोनिक उत्सर्जन और इंटरइलेक्ट्रोड गैप में गैस के उच्च तापमान के कारण अणुओं के थर्मल आयनीकरण हैं। लगभग पूरा इंटरइलेक्ट्रोड स्पेस उच्च तापमान वाले प्लाज्मा से भरा होता है। यह एक कंडक्टर के रूप में कार्य करता है जिसके माध्यम से कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंचते हैं। प्लाज्मा तापमान ~ 6000 K है। कैथोड का उच्च तापमान सकारात्मक आयनों के साथ बमबारी करके बनाए रखा जाता है। बदले में, एनोड, गैस गैप से उस पर तेजी से इलेक्ट्रॉनों की घटना की क्रिया के तहत, अधिक दृढ़ता से गर्म होता है और पिघल भी सकता है, और इसकी सतह पर एक अवकाश बनता है - एक गड्ढा - चाप का सबसे चमकीला स्थान। इलेक्ट्रिक आर्कपहली बार 1802 में प्राप्त किया गया था। रूसी भौतिक विज्ञानी वी. पेट्रोव (1761-1834), जिन्होंने इलेक्ट्रोड के रूप में कोयले के दो टुकड़ों का इस्तेमाल किया। गर्म कार्बन इलेक्ट्रोड ने एक चमकदार चमक दी, और उनके बीच चमकदार गैस का एक चमकीला स्तंभ दिखाई दिया - एक विद्युत चाप। आर्क डिस्चार्ज का उपयोग प्रोजेक्टर स्पॉटलाइट में उज्ज्वल प्रकाश के स्रोत के साथ-साथ धातुओं को काटने और वेल्डिंग के लिए किया जाता है। एक ठंडे कैथोड के साथ एक चाप निर्वहन होता है। कैथोड से क्षेत्र उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं, गैस का तापमान कम होता है। अणुओं का आयनीकरण इलेक्ट्रॉन प्रभाव के कारण होता है। कैथोड और एनोड के बीच एक गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा दिखाई देता है।

स्पार्क डिस्चार्जदो इलेक्ट्रोड के बीच एक उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत पर होता है . एक चिंगारी इलेक्ट्रोड के बीच कूदती है, जिसमें एक चमकदार चमकदार चैनल का रूप होता है, जो दोनों इलेक्ट्रोड को जोड़ता है। चिंगारी के पास की गैस को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, एक दबाव अंतर होता है, जो ध्वनि तरंगों की उपस्थिति की ओर जाता है, एक विशेषता दरार।

एक चिंगारी की उपस्थिति गैस में इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के गठन से पहले होती है। प्रत्येक हिमस्खलन का पूर्वज एक इलेक्ट्रॉन है जो एक मजबूत विद्युत क्षेत्र में गति करता है और अणुओं के आयनीकरण का उत्पादन करता है। परिणामी इलेक्ट्रॉन, बदले में, अगले आयनीकरण में तेजी लाते हैं और उत्पन्न करते हैं, इलेक्ट्रॉनों की संख्या में हिमस्खलन वृद्धि होती है - हिमस्खलन

परिणामी धनात्मक आयन महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते, क्योंकि वे गतिहीन हैं। इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन प्रतिच्छेद करते हैं और एक संवाहक चैनल बनाते हैं स्ट्रीमर, जिसके साथ इलेक्ट्रॉन कैथोड से एनोड की ओर भागते हैं - वहाँ है टूट - फूट।

बिजली एक शक्तिशाली स्पार्क डिस्चार्ज का एक उदाहरण है। वज्र के विभिन्न भाग अलग-अलग संकेतों ("-" पृथ्वी का सामना कर रहे हैं) के आवेशों को वहन करते हैं। इसलिए, यदि बादल विपरीत आवेशित भागों के साथ एक-दूसरे के पास आते हैं, तो उनके बीच एक चिंगारी टूट जाती है। आवेशित बादल और पृथ्वी के बीच संभावित अंतर ~10 8V है।

स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग विस्फोट और दहन प्रक्रियाओं (आंतरिक दहन इंजन में मोमबत्तियां) शुरू करने के लिए किया जाता है, स्पार्क काउंटरों में चार्ज कणों को पंजीकृत करने के लिए, धातु की सतहों के उपचार के लिए आदि।

कोरोना (कोरोनरी) डिस्चार्जअलग-अलग वक्रता वाले इलेक्ट्रोड के बीच होता है (इलेक्ट्रोड में से एक पतला तार या एक बिंदु है)। एक कोरोना डिस्चार्ज में, अणुओं का आयनीकरण और उत्तेजना पूरे इंटरइलेक्ट्रोड स्पेस में नहीं होती है, बल्कि टिप के पास होती है, जहां तीव्रता अधिक होती है और अधिक होती है इटूट - फूट। इस भाग में, गैस चमकती है, चमक इलेक्ट्रोड के चारों ओर एक कोरोना का रूप लेती है।

प्लाज्मा और उसके गुण

प्लाज्माप्रबल आयनित गैस कहलाती है, जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों की सांद्रता लगभग समान होती है। अंतर करना उच्च तापमान प्लाज्मा , जो अति उच्च तापमान पर होता है, और गैस-निर्वहन प्लाज्मा गैस डिस्चार्ज से उत्पन्न।

प्लाज्मा में निम्नलिखित गुण होते हैं:

आयनीकरण की एक उच्च डिग्री, सीमा में - पूर्ण आयनीकरण (सभी इलेक्ट्रॉनों को नाभिक से अलग किया जाता है);

प्लाज्मा में सकारात्मक और नकारात्मक कणों की सांद्रता व्यावहारिक रूप से समान होती है;

उच्च विद्युत चालकता;

चमकना;

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के साथ मजबूत संपर्क;

उच्च आवृत्ति (>10 8 हर्ट्ज) के साथ प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉनों का दोलन, जिससे प्लाज्मा का सामान्य कंपन होता है;

बड़ी संख्या में कणों का एक साथ परस्पर क्रिया।

गैर आत्मनिर्भर गैस निर्वहन ऐसा डिस्चार्ज कहा जाता है, जो विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में उत्पन्न होता है, केवल बाहरी आयनकार की कार्रवाई के तहत ही मौजूद हो सकता है।

आइए हम उन भौतिक प्रक्रियाओं पर विचार करें जो एक गैर-स्व-स्थायी गैस निर्वहन में होती हैं। आइए हम कई संकेतन का परिचय दें: अध्ययन के तहत मात्रा में गैस के अणुओं की संख्या से निरूपित करें वी. अणुओं की सांद्रता कुछ अणु आयनित होते हैं। आइए हम एक ही चिन्ह के आयनों की संख्या को द्वारा निरूपित करें एन; उनकी एकाग्रता अगला, . द्वारा निरूपित करें मैं- गैस के प्रति यूनिट आयतन में एक सेकंड में आयनकार की क्रिया के तहत उत्पन्न होने वाले आयनों के जोड़े की संख्या।

गैस में आयनीकरण की प्रक्रिया के साथ-साथ आयनों का पुनर्संयोजन होता है। विभिन्न संकेतों के दो आयनों के मिलने की प्रायिकता धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आयनों की संख्या के समानुपाती होती है, और ये संख्याएँ, बदले में, बराबर होती हैं एन. इसलिए, प्रति इकाई आयतन प्रति सेकंड पुनर्संयोजन करने वाले आयनों के जोड़े की संख्या के समानुपाती होती है एन 2:

अत: आयनों की साम्य सांद्रता (प्रति इकाई आयतन में आयनों के युग्मों की संख्या) के लिए, निम्नलिखित व्यंजक प्राप्त होता है:

.

(8.2.3)

गैस डिस्चार्ज ट्यूब के साथ प्रयोग की योजना चित्र 8.1 में दिखाई गई है।

आइए आगे आयनित गैसों में प्रक्रियाओं पर विद्युत क्षेत्र की क्रिया का विश्लेषण करें। इलेक्ट्रोड के लिए एक निरंतर वोल्टेज लागू करें। सकारात्मक आयनों को नकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर निर्देशित किया जाएगा, और नकारात्मक चार्ज को सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर निर्देशित किया जाएगा। इस प्रकार, गैस-डिस्चार्ज गैप से वाहकों का हिस्सा इलेक्ट्रोड में जाएगा (सर्किट में एक विद्युत प्रवाह दिखाई देगा)। यूनिट वॉल्यूम को हर सेकंड जाने दें अंजुआयनों की जोड़ी। अब संतुलन की स्थिति को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है

(8.2.4)

1. मामले पर विचार करें कमजोर क्षेत्र: सर्किट बहेगा कमजोर धारा. वर्तमान घनत्व वाहक एकाग्रता के परिमाण में आनुपातिक है एन, शुल्क क्यू, प्रत्येक वाहक द्वारा किया जाता है और सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के निर्देशित आंदोलन की गति और:

.

(8.2.5)

आयनों की निर्देशित गति की गति के माध्यम से व्यक्त की जाती है गतिशीलतातथा तनावविद्युत क्षेत्र:

एक कमजोर क्षेत्र () में, संतुलन एकाग्रता के बराबर है:।

इस व्यंजक को (8.2.7) में प्रतिस्थापित कीजिए:

(8.2.8)

अंतिम अभिव्यक्ति में, पर कारक तीव्रता पर निर्भर नहीं करता है। इसे से निरूपित करने पर हमें प्राप्त होता है ओम का नियम विभेदक रूप में :

(8.2.9)

कहाँ पे - विशिष्ट विद्युत चालकता।

निष्कर्ष : कमजोर विद्युत क्षेत्रों के मामले में, एक गैर-निरंतर निर्वहन के साथ वर्तमान ओम के नियम का पालन करता है।

2. विचार करें मजबूत क्षेत्र . इस मामले में, यानी, सभी उत्पन्न आयन विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत गैस-डिस्चार्ज गैप को छोड़ देते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि एक आयन को एक मजबूत क्षेत्र में एक इलेक्ट्रोड से दूसरे में उड़ान भरने में लगने वाले समय के दौरान, आयनों के पास ध्यान देने योग्य पुनर्संयोजन का समय नहीं होता है। इसलिए, ionizer द्वारा उत्पादित सभी आयन करंट के निर्माण में भाग लेते हैं और इलेक्ट्रोड में चले जाते हैं। और चूंकि प्रति इकाई समय में आयनकार द्वारा उत्पन्न आयनों की संख्या में मैं, क्षेत्र की ताकत पर निर्भर नहीं करता है, तो वर्तमान घनत्व केवल मूल्य द्वारा निर्धारित किया जाएगा में मैंऔर पर निर्भर नहीं होगा। दूसरे शब्दों में, लागू वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, करंट बढ़ना बंद हो जाता है और स्थिर रहता है.

धारा का वह अधिकतम मान जिस पर सभी गठित आयन इलेक्ट्रोड में जाते हैं, संतृप्ति धारा कहलाती है।

क्षेत्र की ताकत में और वृद्धि से गठन होता है हिमस्खलनइलेक्ट्रॉनों, जब आयनकार की क्रिया के तहत उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉन गैस अणुओं (प्रभाव आयनीकरण) को आयनित करने के लिए पर्याप्त औसत मुक्त पथ (टकराव से टक्कर तक) पर ऊर्जा प्राप्त करते हैं। द्वितीयक इलेक्ट्रॉन जो इस स्थिति में उत्पन्न हुए हैं, त्वरित होकर, बदले में, आयनीकरण, आदि उत्पन्न करते हैं - होता है प्राथमिक आयनों और इलेक्ट्रॉनों का हिमस्खलन जैसा गुणनएक बाहरी ionizer द्वारा बनाया गया और निर्वहन वर्तमान प्रवर्धन.

चित्र 8.2 हिमस्खलन के गठन की प्रक्रिया को दर्शाता है।

प्राप्त परिणामों को एक गैर-स्व-स्थायी गैस निर्वहन की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता के रूप में रेखांकन (चित्र। 8.3) के रूप में चित्रित किया जा सकता है।

निष्कर्ष : कम वर्तमान घनत्व पर एक गैर-स्व-निरंतर निर्वहन के लिए, अर्थात। जब गैस-डिस्चार्ज गैप से आवेशों के गायब होने में मुख्य भूमिका पुनर्संयोजन प्रक्रिया द्वारा निभाई जाती है, तो ओम का नियम होता है( ); बड़े क्षेत्रों के लिए()ओम का नियम पूरा नहीं होता है - संतृप्ति होती है, और अधिक क्षेत्रों के साथ - आवेशों का हिमस्खलन होता है, जिससे वर्तमान घनत्व में उल्लेखनीय वृद्धि होती है.

इलेक्ट्रोलाइट समाधानों के विपरीत, सामान्य परिस्थितियों में गैस में तटस्थ अणु (या परमाणु) होते हैं और इसलिए यह एक इन्सुलेटर है। एक गैस विद्युत प्रवाह का संवाहक तभी बनती है जब उसके कम से कम कुछ अणु बाहरी प्रभाव (आयनाइज़र) के प्रभाव में आयनित (आयनों में बदल जाते हैं) हो जाते हैं। आयनीकरण के दौरान, आमतौर पर एक इलेक्ट्रॉन गैस के अणु से निकल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप अणु एक सकारात्मक आयन बन जाता है। निकाला गया इलेक्ट्रॉन या तो कुछ समय के लिए मुक्त रहता है, या तुरंत तटस्थ गैस अणुओं में से एक को ("चिपक जाती है") जोड़ देता है, इसे एक नकारात्मक आयन में बदल देता है। इस प्रकार, एक आयनित गैस में सकारात्मक और नकारात्मक आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

एक अणु (परमाणु) से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने के लिए, आयनकार को एक निश्चित कार्य करना चाहिए, जिसे आयनीकरण का कार्य कहा जाता है; अधिकांश गैसों के लिए, इसका मान 5 से 25 eV तक होता है। एक्स-रे (§ 125 देखें), रेडियोधर्मी विकिरण (§ 139 देखें), ब्रह्मांडीय किरणें (§ 145 देखें), तीव्र ताप, पराबैंगनी किरणें (§ 120 देखें) और कुछ अन्य कारक गैस आयनकारक के रूप में काम कर सकते हैं।

गैस में आयनीकरण के साथ-साथ आयन पुनर्संयोजन की प्रक्रिया होती है। नतीजतन, एक संतुलन राज्य स्थापित होता है, जिसमें आयनों की एक निश्चित एकाग्रता की विशेषता होती है, जिसका मूल्य आयनकार की शक्ति पर निर्भर करता है।

एक आयनित गैस में एक बाहरी विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में, परस्पर विपरीत दिशाओं में विपरीत आयनों की गति और इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण एक धारा उत्पन्न होती है।

गैस की कम चिपचिपाहट के कारण, गैस आयनों की गतिशीलता इलेक्ट्रोलाइट आयनों की तुलना में हजारों गुना अधिक है, और लगभग है

जब आयनकार की क्रिया बंद हो जाती है, तो गैस में आयनों की सांद्रता जल्दी से शून्य हो जाती है (पुनर्संयोजन और आयनों को वर्तमान स्रोत के इलेक्ट्रोड से हटाने के कारण) और करंट रुक जाता है। वर्तमान, जिसके अस्तित्व के लिए एक बाहरी आयनकार की आवश्यकता होती है, एक गैर-स्व-स्थायी गैस निर्वहन कहलाता है।

गैस में पर्याप्त रूप से मजबूत विद्युत क्षेत्र के साथ, स्व-आयनीकरण प्रक्रियाएं शुरू होती हैं, जिसके कारण बाहरी आयनकार की अनुपस्थिति में भी वर्तमान मौजूद हो सकता है। इस तरह के करंट को एक स्वतंत्र गैस डिस्चार्ज कहा जाता है।

सामान्य शब्दों में स्व-आयनीकरण की प्रक्रियाएँ इस प्रकार हैं। प्राकृतिक परिस्थितियों में, गैस में हमेशा कम मात्रा में मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन होते हैं, जो कि प्राकृतिक आयोनाइज़र द्वारा बनाए जाते हैं, जैसे कि ब्रह्मांडीय किरणें और वातावरण, मिट्टी और पानी में निहित रेडियोधर्मी पदार्थों से विकिरण। एक पर्याप्त रूप से मजबूत विद्युत क्षेत्र इन कणों को ऐसी गति से गति प्रदान कर सकता है जिस पर उनकी गतिज ऊर्जा आयनीकरण के कार्य से अधिक हो जाती है। फिर इलेक्ट्रॉनों और आयनों, तटस्थ अणुओं के साथ टकराने (इलेक्ट्रोड के रास्ते में), उन्हें आयनित करेंगे। टकराव के दौरान बनने वाले नए (द्वितीयक) इलेक्ट्रॉनों और आयनों को भी क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है और बदले में, नए तटस्थ अणुओं को आयनित किया जाता है, आदि। गैस के वर्णित आत्म-आयनीकरण को प्रभाव आयनीकरण कहा जाता है।

मुक्त इलेक्ट्रॉन परिमाण के क्रम के क्षेत्र की ताकत पर पहले से ही प्रभाव आयनीकरण का कारण बनते हैं। आयनों के लिए, वे परिमाण के क्रम के क्षेत्र की ताकत पर ही प्रभाव आयनीकरण का कारण बन सकते हैं। यह अंतर कई कारणों से है, विशेष रूप से, तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉनों के लिए गैस में माध्य मुक्त पथ आयनों की तुलना में अधिक लंबा होता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनों को आयनों की तुलना में निचले क्षेत्र की ताकत पर प्रभाव आयनीकरण के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा प्राप्त होती है। हालांकि, उन क्षेत्रों में भी जो बहुत मजबूत नहीं हैं, गैस के आत्म-आयनीकरण में सकारात्मक आयन बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। तथ्य यह है कि इन आयनों की ऊर्जा धातु से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए पर्याप्त है। इसलिए, क्षेत्र द्वारा त्वरित सकारात्मक आयन, क्षेत्र स्रोत के धातु कैथोड से टकराते हुए, इससे इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं, जो बदले में क्षेत्र द्वारा त्वरित होते हैं और तटस्थ अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं।

आयन और इलेक्ट्रॉन, जिनकी ऊर्जा प्रभाव आयनीकरण के लिए अपर्याप्त है, फिर भी, अणुओं के साथ टकराव में, उन्हें उत्तेजित अवस्था में ले जा सकते हैं, अर्थात, उनके इलेक्ट्रॉन गोले में कुछ ऊर्जा परिवर्तन का कारण बन सकते हैं। उत्तेजित अणु (या परमाणु) तब सामान्य अवस्था में चला जाता है, जबकि विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के एक हिस्से का उत्सर्जन करता है - एक फोटॉन (प्रक्रियाएं)

परमाणुओं की उत्तेजना और उनके द्वारा फोटॉन के उत्सर्जन और अवशोषण पर 132-136 में विचार किया जाएगा)। फोटॉन का उत्सर्जन गैस की चमक में प्रकट होता है। इसके अलावा, किसी भी गैस अणु द्वारा अवशोषित एक फोटॉन इसे आयनित कर सकता है; इस तरह के आयनीकरण को फोटोनिक कहा जाता है। अंत में, कैथोड से टकराने वाला एक फोटॉन उसमें से एक इलेक्ट्रॉन (बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव) को बाहर निकाल सकता है, जो तब तटस्थ अणु के प्रभाव आयनीकरण का कारण बनता है।

प्रभाव और फोटॉन आयनीकरण और सकारात्मक आयनों और फोटॉनों द्वारा कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के बाहर निकलने के परिणामस्वरूप, पूरे गैस की मात्रा में आयनों और इलेक्ट्रॉनों की संख्या तेजी से (हिमस्खलन जैसी) बढ़ जाती है। किसी गैस में करंट के अस्तित्व के लिए अब किसी बाहरी आयनकार की आवश्यकता नहीं है। गैस का निर्वहन स्वतंत्र हो जाता है। गैस स्व-आयनीकरण की वर्णित प्रक्रिया को योजनाबद्ध रूप से अंजीर में दिखाया गया है। 208, जहां तटस्थ अणुओं को सफेद वृत्त के रूप में दर्शाया गया है, धनात्मक आयनों को एक प्लस चिन्ह के साथ वृत्त के रूप में, इलेक्ट्रॉनों को काले घेरे के रूप में, और फोटॉन को लहरदार रेखाओं के रूप में दर्शाया गया है।

अंजीर पर। 209 क्षेत्र की ताकत पर या क्षेत्र स्रोत के कैथोड और एनोड के बीच वोल्टेज पर गैस में वर्तमान की निर्भरता का एक प्रयोगात्मक ग्राफ है, क्योंकि

इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कहाँ है। वक्र के खंड पर, ओम के नियम के अनुसार क्षेत्र की ताकत के अनुपात में करंट बढ़ता है)। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि तनाव में वृद्धि के साथ, आयनों और इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति की गति बढ़ जाती है, और, परिणामस्वरूप, 1 एस में इलेक्ट्रोड (वर्तमान) में जाने वाली बिजली की मात्रा। जाहिर है, करंट में वृद्धि तब रुक जाएगी जब क्षेत्र की ताकत एक ऐसे मान तक पहुंच जाएगी, जिस पर बाहरी आयनाइज़र द्वारा 1 s में बनाए गए सभी आयन और इलेक्ट्रॉन एक ही समय में इलेक्ट्रोड के पास पहुंचेंगे।

बहुत अधिक तापमान पर और वायुमंडलीय के करीब दबाव में गैसें अच्छे इन्सुलेटर नहीं होती हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि सामान्य परिस्थितियों में गैसों में तटस्थ परमाणु और अणु होते हैं और इनमें मुक्त शुल्क (इलेक्ट्रॉन और आयन) नहीं होते हैं। एक गैस विद्युत की सुचालक बन जाती है जब उसके कुछ अणु आयनित,ऐसा करने के लिए, गैस को किसी प्रकार के आयनकार (उदाहरण के लिए, मोमबत्ती की लौ, पराबैंगनी और एक्स-रे विकिरण, जी-क्वांटा, इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह, प्रोटॉन, ए-कणों, आदि) की क्रिया के अधीन होना चाहिए। . विभिन्न गैसों के परमाणुओं की आयनन ऊर्जा 4-25 eV के परास में होती है। एक आयनित गैस में, आवेशित कण दिखाई देते हैं जो विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में गति कर सकते हैं - सकारात्मक और नकारात्मक आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन।

गैसों के माध्यम से विद्युत प्रवाह के मार्ग को कहा जाता है गैस निर्वहन.

साथ ही प्रक्रिया के साथ आयनीकरणगैस हमेशा चलती रहती है और विपरीत प्रक्रिया - पुनर्संयोजन प्रक्रिया: धनात्मक और ऋणात्मक आयन, धनात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन, मिलते हैं, एक दूसरे के साथ मिलकर तटस्थ परमाणु और अणु बनाते हैं। उनके वेगों का संतुलन गैस में आवेशित कणों की सांद्रता को निर्धारित करता है। आयन पुनर्संयोजन की प्रक्रियाओं के साथ-साथ आयनों की उत्तेजना जो आयनीकरण की ओर नहीं ले जाती है, की ओर ले जाती है चमकनागैस जिसका रंग गैस के गुणों से निर्धारित होता है।

गैस डिस्चार्ज की प्रकृति गैस की संरचना, उसके तापमान और दबाव, आयाम, विन्यास और इलेक्ट्रोड की सामग्री, लागू वोल्टेज, वर्तमान घनत्व, आदि द्वारा निर्धारित की जाती है।

आइए हम एक ऐसे परिपथ पर विचार करें जिसमें एक बाहरी आयोनाइजर की निरंतर, निरंतर तीव्रता की क्रिया के अधीन गैस गैप होता है।

गैस आयनीकरण के परिणामस्वरूप, सर्किट में एक करंट प्रवाहित होगा, जिसकी निर्भरता लागू वोल्टेज पर अंजीर में दी गई है।

वक्र के ओएवोल्टेज के अनुपात में करंट बढ़ता है, यानी ओम का नियम पूरा होता है। वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, ओम के नियम का उल्लंघन होता है: वर्तमान शक्ति में वृद्धि धीमी हो जाती है (अनुभाग एबी)और अंत में पूरी तरह से रुक जाता है (अनुभाग वी.एस.)।वे। हम एक संतृप्ति धारा प्राप्त करते हैं, जिसका मूल्य आयनकार की शक्ति से निर्धारित होता है। यह तब प्राप्त होता है जब बाहरी आयनकार द्वारा प्रति यूनिट समय में बनाए गए सभी आयन और इलेक्ट्रॉन एक ही समय में इलेक्ट्रोड तक पहुंचते हैं। अगर मोड में ओएसआयोनाइजर की क्रिया बंद कर दें, तो डिस्चार्ज भी रुक जाता है। केवल बाहरी आयनकारकों की क्रिया के तहत मौजूद निर्वहन को कहा जाता है आश्रित. इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, वर्तमान ताकत शुरू में धीरे-धीरे होती है (अनुभाग सीडी),और फिर तेजी से (अनुभाग डे)बढ़ जाता है और डिस्चार्ज हो जाता है स्वतंत्र. बाहरी आयोनाइजर की क्रिया के समाप्त होने के बाद भी गैस में जो डिस्चार्ज बना रहता है, उसे कहते हैं स्वतंत्र.

स्व-निर्वहन की घटना का तंत्र इस प्रकार है। उच्च वोल्टेज पर, एक बाहरी आयनकार की कार्रवाई के तहत उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉन, एक विद्युत क्षेत्र द्वारा दृढ़ता से त्वरित होते हैं, गैस के अणुओं से टकराते हैं, उन्हें आयनित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप माध्यमिक इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का निर्माण होता है। धनात्मक आयन कैथोड की ओर तथा इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर गति करते हैं। माध्यमिक इलेक्ट्रॉन फिर से गैस के अणुओं को आयनित करते हैं, और, परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों और आयनों की कुल संख्या में वृद्धि होगी क्योंकि इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन की तरह एनोड की ओर बढ़ते हैं। यही कारण है क्षेत्र में विद्युत प्रवाह में वृद्धि सीडी. वर्णित प्रक्रिया को कहा जाता है प्रभाव आयनीकरण. केवल इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रभाव आयनीकरण बाहरी आयनकार को हटा दिए जाने पर निर्वहन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। डिस्चार्ज को बनाए रखने के लिए, यह आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन "पुन: उत्पन्न" करें, अर्थात, कुछ प्रक्रियाओं के प्रभाव में गैस में नए इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। यह गैस गैप के इलेक्ट्रोड के बीच महत्वपूर्ण वोल्टेज पर होता है, जब सकारात्मक आयनों के हिमस्खलन कैथोड की ओर बढ़ते हैं, जो इलेक्ट्रॉनों को इससे बाहर निकालते हैं। इस समय, जब, इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के अलावा, आयन हिमस्खलन भी होते हैं, वोल्टेज को बढ़ाए बिना करंट लगभग बढ़ जाता है (खंड डेअंजीर में), अर्थात्। एक स्वतंत्र निर्वहन होता है। वह वोल्टेज जिस पर स्व-निर्वहन होता है, कहलाता है बिजली की ख़राबी.

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गैसों में निर्वहन के दौरान, पदार्थ की एक विशेष अवस्था, जिसे प्लाज्मा कहा जाता है, का एहसास होता है। प्लाज्माअत्यधिक आयनित गैस को गैस कहा जाता है जिसमें धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का घनत्व लगभग समान होता है। उच्च तापमान वाले प्लाज्मा के बीच अंतर किया जाता है, जो अल्ट्राहाई तापमान पर होता है, और गैस-डिस्चार्ज प्लाज्मा, जो गैस डिस्चार्ज के दौरान होता है। प्लाज्मा को आयनीकरण की डिग्री की विशेषता है - आयनित कणों की संख्या का अनुपात प्लाज्मा की प्रति यूनिट मात्रा में उनकी कुल संख्या का अनुपात। ए के मूल्य के आधार पर, एक कमजोर (एक प्रतिशत का अंश है), मध्यम (कई प्रतिशत), और पूरी तरह से (100% के करीब) आयनित प्लाज्मा की बात करता है।

स्व-निर्वहन चार प्रकार के होते हैं: चमक, चिंगारी, चाप और कोरोना.

1. चमक निर्वहननिम्न दाब पर होता है। यदि कई सौ वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज एक ग्लास ट्यूब में टांका लगाने वाले इलेक्ट्रोड पर लगाया जाता है, जो 30 - 50 सेमी लंबा होता है, धीरे-धीरे ट्यूब से हवा को बाहर निकालता है, तो ~ 5.3 - 6.7 kPa (कई मिमी Hg) के दबाव में एक निर्वहन होता है। कैथोड से एनोड तक चलने वाली एक चमकदार लाल रंग की घुमावदार रस्सी के रूप में। दबाव में और कमी (~13 Pa) के साथ, डिस्चार्ज में निम्नलिखित संरचना होती है।

कैथोड के ठीक बगल में एक गहरी पतली परत है 1 - एस्टन डार्क स्पेस, उसके बाद एक पतली चमकदार परत 2 - पहला कैथोड चमक या कैथोड फिल्म, उसके बाद एक काली परत 3 - कैथोड (बदमाश) डार्क स्पेस, जो बाद में चमकदार परत में गुजरता है 4 - सुलगती चमक, जिसकी कैथोड की तरफ एक तेज सीमा होती है, धीरे-धीरे एनोड की तरफ गायब हो जाती है। यह सकारात्मक आयनों के साथ इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन से उत्पन्न होता है। एक सुलगती चमक पर एक गहरा अंतर सीमा 5- फैराडे डार्क स्पेस, इसके बाद आयनित चमकदार गैस का एक स्तंभ 6 - सकारात्मक पोस्ट. डिस्चार्ज को बनाए रखने में सकारात्मक कॉलम की कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं है। लागू वोल्टेज निर्वहन के साथ असमान रूप से वितरित किया जाता है। लगभग सभी संभावित गिरावट पहली तीन परतों में होती है और इसे कहा जाता है कैथोडिक संभावित गिरावट.

परत निर्माण का तंत्र इस प्रकार है। कैथोड के पास सकारात्मक आयन, कैथोडिक संभावित गिरावट से त्वरित, कैथोड पर बमबारी करते हैं और इसमें से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं। डार्क एस्टन स्पेस में, इलेक्ट्रॉन अणुओं को गति देते हैं और उत्तेजित करते हैं, जो प्रकाश का उत्सर्जन करना शुरू करते हैं, जिससे कैथोड फिल्म 2 बनती है। फिल्म 2 के माध्यम से बिना टकराव के उड़ने वाले इलेक्ट्रॉन इस फिल्म के पीछे गैस के अणुओं को आयनित करते हैं। कई सकारात्मक और नकारात्मक आरोप हैं। इस मामले में, चमक की तीव्रता कम हो जाती है। यह क्षेत्र कैथोड (क्रुक्स) डार्क स्पेस है। कैथोड डार्क स्पेस में उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉन चमकदार चमक के क्षेत्र 4 में प्रवेश करते हैं, जो कि सकारात्मक आयनों के साथ उनके पुनर्संयोजन के कारण होता है। इसके अलावा, शेष इलेक्ट्रॉन और आयन (उनमें से कुछ हैं) क्षेत्र 5 में प्रसार द्वारा प्रवेश करते हैं - फैराडे डार्क स्पेस। यह अंधेरा दिखाई देता है क्योंकि पुनर्संयोजन आवेशों की सांद्रता कम होती है। क्षेत्र 5 में एक विद्युत क्षेत्र होता है जो इलेक्ट्रॉनों को गति देता है और धनात्मक स्तंभ 6 के क्षेत्र में वे आयनीकरण उत्पन्न करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्लाज्मा का निर्माण होता है। सकारात्मक स्तंभ की चमक मुख्य रूप से उत्तेजित अणुओं के जमीनी अवस्था में संक्रमण के कारण होती है। इसमें प्रत्येक गैस के लिए एक विशिष्ट रंग होता है। ग्लो डिस्चार्ज में इसके रख-रखाव के लिए इसके केवल तीन हिस्से ही विशेष महत्व रखते हैं - ग्लो ग्लो तक। कैथोड डार्क स्पेस में, इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों का एक मजबूत त्वरण होता है, कैथोड (द्वितीयक उत्सर्जन) से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है। हालांकि, सुलगने वाले क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों द्वारा गैस के अणुओं का प्रभाव आयनीकरण होता है। प्रभाव आयनीकरण के दौरान बनने वाले सकारात्मक आयन कैथोड की ओर भागते हैं और उसमें से नए इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं, जो बदले में, गैस को फिर से आयनित करते हैं, आदि। इस तरह, एक चमक निर्वहन लगातार बना रहता है।

प्रौद्योगिकी में आवेदन। सकारात्मक स्तंभ की चमक, जिसमें प्रत्येक गैस की एक रंग विशेषता होती है, का उपयोग डिस्चार्ज ट्यूबों में विज्ञापन बनाने के लिए किया जाता है (नियॉन डिस्चार्ज ट्यूब एक लाल चमक, आर्गन ट्यूब - नीला-हरा) और फ्लोरोसेंट लैंप में उपयोग किया जाता है।

2. स्पार्क डिस्चार्जवायुमंडलीय दबाव में गैस में उच्च विद्युत क्षेत्र की ताकत (~3 10 bV/m) पर उत्पन्न होती है। स्पार्क डिस्चार्ज की व्याख्या के आधार पर दी गई है प्रकाश की किरणसिद्धांत, जिसके अनुसार एक चमकदार चमकदार स्पार्क चैनल की उपस्थिति आयनित गैस के हल्के चमकदार संचय की उपस्थिति से पहले होती है - स्ट्रीमर. प्रभाव आयनीकरण के माध्यम से इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के गठन और गैस के फोटॉन आयनीकरण के परिणामस्वरूप स्ट्रीमर दोनों उत्पन्न होते हैं। हिमस्खलन, एक दूसरे का पीछा करते हुए, स्ट्रीमर्स के पुल का निर्माण करते हैं, जिसके साथ, अगले क्षणों में, इलेक्ट्रॉनों का शक्तिशाली प्रवाह होता है, जिससे स्पार्क डिस्चार्ज चैनल बनते हैं। माना प्रक्रियाओं के दौरान बड़ी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के कारण, स्पार्क गैप में गैस को बहुत अधिक तापमान (लगभग 10 4 o C) तक गर्म किया जाता है, जिससे इसकी चमक बढ़ जाती है। गैस के तेजी से गर्म होने से दबाव में वृद्धि होती है और शॉक वेव्स की उपस्थिति होती है, जो स्पार्क डिस्चार्ज के दौरान ध्वनि प्रभावों की व्याख्या करती है। उदाहरण के लिए, बिजली गिरने की स्थिति में कमजोर निर्वहन और गड़गड़ाहट के शक्तिशाली पील्स में क्रैकिंग।

प्रौद्योगिकी में आवेदन। आंतरिक दहन इंजनों में दहनशील मिश्रण को प्रज्वलित करने और विद्युत संचरण लाइनों को सर्ज (स्पार्क गैप) से बचाने के लिए।

3. चाप निर्वहन. यदि, एक शक्तिशाली स्रोत से स्पार्क डिस्चार्ज के प्रज्वलन के बाद, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी धीरे-धीरे कम हो जाती है, तो डिस्चार्ज निरंतर हो जाता है, अर्थात। चाप निर्वहन होता है। इस मामले में, करंट तेजी से बढ़ता है, सैकड़ों एम्पीयर तक पहुंचता है, और डिस्चार्ज गैप के पार वोल्टेज कई दसियों वोल्ट तक गिर जाता है। स्पार्क चरण को दरकिनार करते हुए, एक कम वोल्टेज स्रोत से एक चाप निर्वहन प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रोड (उदाहरण के लिए, कार्बन वाले) को एक साथ लाया जाता है जब तक कि वे स्पर्श नहीं करते हैं, वे विद्युत प्रवाह के साथ बहुत गर्म होते हैं, फिर उन्हें विभाजित किया जाता है और एक विद्युत चाप प्राप्त होता है। वायुमंडलीय दबाव पर, चाप के निर्वहन का तापमान ~ 3500 o C होता है। जैसे ही चाप जलता है, एनोड पर एक अवसाद बनता है - एक गड्ढा, जो चाप में सबसे गर्म स्थान है। कैथोड से तीव्र ऊष्मीय उत्सर्जन के साथ-साथ गैस के उच्च तापमान के कारण अणुओं के थर्मल आयनीकरण के कारण चाप का निर्वहन बनाए रखा जाता है।

आवेदन - धातुओं को वेल्डिंग और काटने के लिए, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील्स (आर्क फर्नेस) और प्रकाश (स्पॉटलाइट्स, प्रोजेक्शन उपकरण) प्राप्त करना।

4. कोरोना डिस्चार्ज- एक बड़े सतह वक्रता (उदाहरण के लिए, अंक) के साथ इलेक्ट्रोड के पास एक तेज अमानवीय क्षेत्र में उच्च (उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय) दबाव पर उच्च वोल्टेज विद्युत निर्वहन। जब टिप के पास क्षेत्र की ताकत 30 kV/m तक पहुंच जाती है, तो उसके चारों ओर एक कोरोना जैसी चमक दिखाई देती है, यही कारण है कि इस प्रकार के निर्वहन का नाम है। इस घटना को प्राचीन काल में सेंट एल्मो की आग कहा जाता था। कोरोना इलेक्ट्रोड के संकेत के आधार पर, एक नकारात्मक या सकारात्मक कोरोना को प्रतिष्ठित किया जाता है।

आवेदन - इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स में पाउडर और पेंट कोटिंग्स लगाते समय औद्योगिक गैसों को अशुद्धियों से शुद्ध करने के लिए उपयोग किया जाता है।

गैस के माध्यम से धारा के प्रवेश की प्रक्रिया को गैस डिस्चार्ज कहा जाता है।

गैस में एक बाहरी आयोनाइजर की उपस्थिति में होने वाली धारा कहलाती है आश्रित .

कुछ समय के लिए इलेक्ट्रॉनों और आयनों की एक जोड़ी को ट्यूब में जाने दें, ट्यूब के इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज में वृद्धि के साथ, वर्तमान ताकत बढ़ जाएगी, सकारात्मक आयन कैथोड की ओर बढ़ने लगते हैं, और इलेक्ट्रॉन - एनोड की ओर।

एक क्षण आता है जब सभी कण इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं और वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, वर्तमान ताकत नहीं बदलेगी, अगर आयनाइज़र काम करना बंद कर देता है, तो निर्वहन भी बंद हो जाएगा, क्योंकि। आयनों का कोई अन्य स्रोत नहीं है, इस कारण आयनों के निर्वहन को गैर-आत्मनिर्भर कहा जाता है।

करंट अपनी संतृप्ति तक पहुँच जाता है।

वोल्टेज में और वृद्धि के साथ, करंट तेजी से बढ़ता है, यदि आप बाहरी आयनकार को हटाते हैं, तो डिस्चार्ज जारी रहेगा: गैस की विद्युत चालकता को बनाए रखने के लिए आवश्यक आयन अब डिस्चार्ज द्वारा ही बनाए जाते हैं। बाहरी आयोनाइजर की समाप्ति के बाद भी जारी रहने वाले गैस डिस्चार्ज को कहा जाता है स्वतंत्र .

वह वोल्टेज जिस पर स्व-निर्वहन होता है, कहलाता है बिजली की ख़राबी .

एक विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित इलेक्ट्रॉनों द्वारा एक स्वतंत्र गैस निर्वहन बनाए रखा जाता है, उनके पास एक गतिज ऊर्जा होती है जो विद्युत क्षेत्र के कारण बढ़ जाती है। खेत।

स्व निर्वहन प्रकार:

1) सुलगना

2) चाप (विद्युत चाप) - धातु वेल्डिंग के लिए।

3) मुकुट

4) चिंगारी (बिजली)

प्लाज्मा। प्लाज्मा प्रकार।

नीचे प्लाज्माएक प्रबल आयनित गैस को समझें जिसमें इलेक्ट्रॉनों की सांद्रता + आयनों की सांद्रता के बराबर हो।

गैस का तापमान जितना अधिक होता है, प्लाज्मा में उतने ही अधिक आयन और इलेक्ट्रॉन और कम तटस्थ परमाणु होते हैं।

प्लाज्मा प्रकार:

1) आंशिक रूप से आयनित प्लाज्मा

2) पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा (सभी परमाणु आयनों और इलेक्ट्रॉनों में क्षय हो जाते हैं)।

3) उच्च तापमान प्लाज्मा (टी> 100000 के)

4) कम तापमान वाला प्लाज्मा (T .)<100000 К)

सेंट-वा प्लाज्मा:

1) प्लाज्मा विद्युत रूप से उदासीन होता है

2) प्लाज्मा कण क्षेत्र की क्रिया के तहत आसानी से चलते हैं

3) अच्छी विद्युत चालकता है

4) अच्छी तापीय चालकता है

प्रायोगिक उपयोग:

1) मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक ऊर्जा कनवर्टर (एमएचडी) का उपयोग करके थर्मल गैस ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना। परिचालन सिद्धांत:

उच्च तापमान प्लाज्मा का एक जेट एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश करता है (क्षेत्र को ड्राइंग प्लेन एक्स के लंबवत निर्देशित किया जाता है), इसे + और - कणों में विभाजित किया जाता है, जो विभिन्न प्लेटों में भागते हैं, जिससे किसी प्रकार का संभावित अंतर पैदा होता है।

2) इनका उपयोग प्लास्मट्रोन (प्लाज्मा जनरेटर) में किया जाता है, उनकी मदद से वे धातुओं को काटते और वेल्ड करते हैं।

3) सूर्य, तारकीय वायुमंडल, गांगेय नीहारिकाओं सहित सभी तारे प्लाज्मा हैं।

हमारी पृथ्वी एक प्लाज्मा खोल से घिरी हुई है - आयनमंडल,जिसके बाहर हमारी पृथ्वी के चारों ओर विकिरण ध्रुव हैं, जिनमें प्लाज्मा भी है।

निकट-पृथ्वी प्लाज्मा में प्रक्रियाएं चुंबकीय तूफान, औरोरस के कारण होती हैं, और अंतरिक्ष में भी प्लाज्मा हवाएं होती हैं।

16. अर्धचालकों में विद्युत धारा।

अर्धचालक ve-va होते हैं, जिसमें t बढ़ने पर प्रतिरोध कम हो जाता है।

अर्धचालक 4 उपसमूहों पर कब्जा करते हैं।

उदाहरण: सिलिकॉन एक 4-वैलेंस तत्व है - इसका मतलब है कि एक परमाणु के बाहरी आवरण में, 4 इलेक्ट्रॉन कमजोर रूप से नाभिक से बंधे होते हैं, प्रत्येक परमाणु अपने पड़ोसियों के साथ 4 बंधन बनाता है, जब सी को गर्म किया जाता है, तो वैलेंस का वेग ई बढ़ता है, और इसलिए उनकी गतिज ऊर्जा (ई के), गति ई इतनी महान हो जाती है कि बंधन टी टूटने का सामना नहीं करते हैं, ई अपने रास्ते छोड़ देते हैं और मुक्त हो जाते हैं, एल में। क्षेत्र वे जाली के m-y नोड्स को स्थानांतरित करते हैं, जिससे el बनता है। वर्तमान। जैसे-जैसे t बढ़ता है, टूटे हुए बंधों की संख्या बढ़ती है, और इसलिए जुड़े हुए e की संख्या बढ़ती है, और इससे प्रतिरोध में कमी आती है: I \u003d U / R।

जब बंधन टूट जाता है, तो लापता ई के साथ एक रिक्ति बनती है; इसका क्रिस्टल अपरिवर्तित नहीं होता है। निम्नलिखित प्रक्रिया लगातार होती रहती है: बंधन प्रदान करने वाले परमाणुओं में से एक गठित छेद के स्थान पर कूदता है और भाप-विद्युत बंधन यहां बहाल हो जाता है, और जहां से यह कूदता है, एक नया छेद बनता है। इस प्रकार, छेद पूरे क्रिस्टल में घूम सकता है।

निष्कर्ष:अर्धचालकों में 2 प्रकार के आवेश वाहक होते हैं: ई और छेद (इलेक्ट्रॉन-छेद चालकता)