ეპოქას, რომელშიც ჩვენ ვცხოვრობთ, შეიძლება ეწოდოს ელექტროენერგიის ხანა. კომპიუტერების, ტელევიზორების, ავტომობილების, თანამგზავრების, ხელოვნური განათების მოწყობილობების მუშაობა მხოლოდ მცირე ნაწილია იმ მაგალითებისა, სადაც ის გამოიყენება. ადამიანისთვის ერთ-ერთი საინტერესო და მნიშვნელოვანი პროცესი ელექტრული გამონადენია. მოდით უფრო ახლოს შევხედოთ რა არის ეს.
ელექტროენერგიის შესწავლის მოკლე ისტორია
როდის გაეცნო ადამიანი ელექტროენერგიას? ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა ძნელია, რადგან ის არასწორად იყო დასმული, რადგან ყველაზე თვალშისაცემი ბუნებრივი მოვლენაა უხსოვარი დროიდან ცნობილი ელვა.
ელექტრული პროცესების მნიშვნელოვანი შესწავლა დაიწყო მხოლოდ მე -18 საუკუნის პირველი ნახევრის ბოლოს. აქვე უნდა აღინიშნოს ჩარლზ კულონის იდეებში ელექტროენერგიის შესახებ ადამიანის იდეებში, რომელიც სწავლობდა დამუხტულ ნაწილაკების ურთიერთქმედების ძალას, ჯორჯ ომს, რომელმაც მათემატიკურად აღწერა დენის პარამეტრები დახურულ წრეში და ბენჯამინ ფრანკლინი. ჩაატარა მრავალი ექსპერიმენტი, შეისწავლა ზემოაღნიშნულის ბუნებაელვა. მათ გარდა, ელექტროენერგიის ფიზიკის განვითარებაში დიდი როლი ითამაშეს ისეთმა მეცნიერებმა, როგორებიცაა ლუიჯი გალვანი (ნერვის იმპულსების შესწავლა, პირველი „ბატარეის“გამოგონება) და მაიკლ ფარადეი (ელექტროლიტებში დენის შესწავლა).
ყველა ამ მეცნიერის მიღწევებმა შექმნა მყარი საფუძველი რთული ელექტრული პროცესების შესწავლისა და გაგებისთვის, რომელთაგან ერთ-ერთია ელექტრული განმუხტვა.
რა არის გამონადენი და რა პირობებია საჭირო მისი არსებობისთვის?
ელექტრული დენის გამონადენი არის ფიზიკური პროცესი, რომელიც ხასიათდება დამუხტული ნაწილაკების ნაკადის არსებობით ორ სივრცულ რეგიონს შორის, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა პოტენციალი აირისებრ გარემოში. მოდით დავამსხვრიოთ ეს განმარტება.
პირველ რიგში, როდესაც ადამიანები საუბრობენ გამონადენზე, ისინი ყოველთვის გულისხმობენ გაზს. ასევე შეიძლება მოხდეს სითხეებსა და მყარ სხეულებში გამონადენი (მყარი კონდენსატორის დაშლა), მაგრამ ამ ფენომენის შესწავლის პროცესი უფრო ადვილია განიხილოს ნაკლებად მკვრივ გარემოში. უფრო მეტიც, ხშირად შეიმჩნევა გაზებში გამონადენი და დიდი მნიშვნელობა აქვს ადამიანის სიცოცხლისთვის.
მეორე, როგორც ნათქვამია ელექტრული გამონადენის განმარტებაში, ეს ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც დაკმაყოფილებულია ორი მნიშვნელოვანი პირობა:
- როდესაც არის პოტენციური სხვაობა (ელექტრული ველის სიძლიერე);
- მუხტის მატარებლების არსებობა (თავისუფალი იონები და ელექტრონები).
პოტენციური სხვაობა უზრუნველყოფს დამუხტვის მიმართულ მოძრაობას. თუ ის აჭარბებს გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობას, მაშინ არათავდადებული გამონადენი გადაიქცევათვითდახმარება ან თვითდახმარება.
რაც შეეხება უფასო დამუხტვის მატარებლებს, ისინი ყოველთვის გვხვდება ნებისმიერ გაზში. მათი კონცენტრაცია, რა თქმა უნდა, დამოკიდებულია მთელ რიგ გარე ფაქტორებზე და თავად აირის თვისებებზე, მაგრამ მათი არსებობის ფაქტი უდავოა. ეს გამოწვეულია ნეიტრალური ატომებისა და მოლეკულების იონიზაციის ისეთი წყაროების არსებობით, როგორიცაა მზის ულტრაიისფერი სხივები, კოსმოსური გამოსხივება და ჩვენი პლანეტის ბუნებრივი გამოსხივება.
კავშირი პოტენციურ განსხვავებასა და მატარებლის კონცენტრაციას შორის განსაზღვრავს გამონადენის ბუნებას.
ელექტრული გამონადენის სახეები
მოდით ჩამოვთვალოთ ეს სახეობები, შემდეგ კი თითოეულ მათგანს უფრო დეტალურად დავახასიათებთ. ასე რომ, ყველა გამონადენი აირისებრ გარემოში ჩვეულებრივ იყოფა შემდეგებად:
- დნობა;
- ნაპერწკალი;
- რკალი;
- გვირგვინი.
ფიზიკურად ისინი ერთმანეთისგან განსხვავდებიან მხოლოდ სიმძლავრით (დენის სიმკვრივით) და შედეგად, ტემპერატურით, ასევე დროში გამოვლენის ბუნებით. ყველა შემთხვევაში საუბარია დადებითი მუხტის (კათიონების) გადატანაზე კათოდში (დაბალი პოტენციური არე) და უარყოფითი მუხტის (ანიონები, ელექტრონები) ანოდზე (მაღალი პოტენციალის ზონა).
Glow გამონადენი
მისი არსებობისთვის აუცილებელია გაზის დაბალი წნევის შექმნა (ატმოსფერულ წნევაზე ასობით და ათასობით ჯერ ნაკლები). მბზინავი გამონადენი შეინიშნება კათოდურ მილებში, რომლებიც ივსება რაიმე სახის გაზით (მაგალითად, Ne, Ar, Kr და სხვა). მილის ელექტროდებზე ძაბვის გამოყენება იწვევს შემდეგი პროცესის გააქტიურებას: ხელმისაწვდომია გაზში.კათიონები იწყებენ სწრაფად მოძრაობას, აღწევს კათოდს, ისინი ურტყამს მას, გადასცემენ იმპულსს და ანადგურებენ ელექტრონებს. ამ უკანასკნელმა, საკმარისი კინეტიკური ენერგიის არსებობისას, შეიძლება გამოიწვიოს ნეიტრალური აირის მოლეკულების იონიზაცია. აღწერილი პროცესი თვითშენარჩუნებული იქნება მხოლოდ კათოდის დაბომბვის კათიონების საკმარისი ენერგიის და მათი გარკვეული რაოდენობის შემთხვევაში, რაც დამოკიდებულია ელექტროდებზე პოტენციურ განსხვავებაზე და მილში გაზის წნევაზე.
ბრწყინავს გამონადენი ანათებს. ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება განპირობებულია ორი პარალელური პროცესით:
- ელექტრონ-კატიონის წყვილების რეკომბინაცია, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა;
- ნეიტრალური აირის მოლეკულების (ატომების) გადასვლა აღგზნებული მდგომარეობიდან ძირითად მდგომარეობამდე.
ამ ტიპის გამონადენის ტიპიური მახასიათებლებია მცირე დენები (რამდენიმე მილიამპერი) და მცირე სტაციონარული ძაბვები (100-400 ვ), მაგრამ ზღვრული ძაბვა არის რამდენიმე ათასი ვოლტი, რაც დამოკიდებულია გაზის წნევაზე.
კაშკაშის გამონადენის მაგალითებია ფლუორესცენტური და ნეონის ნათურები. ბუნებაში, ამ ტიპს შეიძლება მივაკუთვნოთ ჩრდილოეთის ნათება (იონის მოძრაობა დედამიწის მაგნიტურ ველში მიედინება).
ნაპერწკლის გამონადენი
ეს არის ტიპიური ატმოსფერული ელექტრული გამონადენი, რომელიც ელვის სახით ჩანს. მისი არსებობისთვის საჭიროა არა მხოლოდ გაზის მაღალი წნევის არსებობა (1 ატმ ან მეტი), არამედ უზარმაზარი სტრესებიც. ჰაერი საკმაოდ კარგი დიელექტრიკია (იზოლატორი). მისი გამტარიანობა მერყეობს 4-დან 30 კვ/სმ-მდე, დამოკიდებულიამასში ტენიანობის და მყარი ნაწილაკების არსებობა. ეს ციფრები მიუთითებს, რომ ჰაერის თითოეულ მეტრზე უნდა იყოს გამოყენებული მინიმუმ 4,000,000 ვოლტი, რათა წარმოიქმნას ავარია (ნაპერწკალი)!
ბუნებაში ასეთი პირობები ხდება კუმულუს ღრუბლებში, როდესაც ჰაერის მასებს შორის ხახუნის, ჰაერის კონვექციისა და კრისტალიზაციის (კონდენსაციის) შედეგად მუხტები გადანაწილებულია ისე, რომ ღრუბლების ქვედა ფენები დამუხტულია უარყოფითად, ხოლო ზედა ფენები დადებითად. პოტენციური განსხვავება თანდათან გროვდება, როდესაც მისი ღირებულება იწყებს ჰაერის საიზოლაციო შესაძლებლობებს (რამდენიმე მილიონი ვოლტი მეტრზე) გადააჭარბოს, მაშინ ჩნდება ელვა - ელექტრული გამონადენი, რომელიც გრძელდება წამის ნაწილზე. მასში მიმდინარე სიძლიერე აღწევს 10-40 ათას ამპერს, ხოლო არხში პლაზმის ტემპერატურა 20000 კ-მდე იზრდება.
მინიმალური ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ელვისებური პროცესის დროს, შეიძლება გამოითვალოს, თუ გავითვალისწინებთ შემდეგ მონაცემებს: პროცესი ვითარდება t=110-6 წმ, I=10 000 A, U=109 B, შემდეგ მივიღებთ:
E=IUt=10 მილიონი J
მიღებული მაჩვენებელი უდრის 250 კგ დინამიტის აფეთქების შედეგად გამოთავისუფლებულ ენერგიას.
რკალის გამონადენი
ისევე როგორც ნაპერწკალი, ის ჩნდება მაშინ, როდესაც გაზში საკმარისი წნევაა. მისი მახასიათებლები თითქმის მთლიანად წააგავს ნაპერწკალს, მაგრამ არის განსხვავებები:
- პირველ რიგში, დენები აღწევს ათი ათას ამპერს, მაგრამ ძაბვა ამავე დროს არის რამდენიმე ასეული ვოლტი, რაც დაკავშირებულიამაღალი გამტარუნარიანობა;
- მეორე, რკალის გამონადენი სტაბილურად არსებობს დროში, ნაპერწკლისგან განსხვავებით.
ამ ტიპის გამონადენზე გადასვლა ხდება ძაბვის თანდათანობითი ზრდით. გამონადენი შენარჩუნებულია კათოდიდან თერმიონული გამოსხივების გამო. ამის ნათელი მაგალითია შედუღების რკალი.
კორონა გამონადენი
აირებში ამ ტიპის ელექტრული გამონადენი ხშირად აკვირდებოდნენ მეზღვაურებს, რომლებიც მოგზაურობდნენ კოლუმბის მიერ აღმოჩენილ ახალ სამყაროში. მათ ანძების ბოლოებზე მოლურჯო ნათებას უწოდეს "სენტ ელმოს ნათება".
კორონის გამონადენი ხდება ობიექტების გარშემო, რომლებსაც აქვთ ძალიან ძლიერი ელექტრული ველის ძალა. ასეთი პირობები იქმნება ბასრ ობიექტებთან (გემების ანძებთან, ორთავიანი სახურავით ნაგებობებთან). როდესაც სხეულს აქვს გარკვეული სტატიკური მუხტი, მაშინ ველის სიძლიერე მის ბოლოებში იწვევს მიმდებარე ჰაერის იონიზაციას. შედეგად მიღებული იონები იწყებენ მოძრაობას ველის წყაროსკენ. ეს სუსტი დინებები, რომლებიც იწვევენ მსგავს პროცესებს, როგორც ბზინვარების გამონადენის შემთხვევაში, იწვევს ბზინვარების გაჩენას.
გამონადენის საშიშროება ადამიანის ჯანმრთელობისთვის
კორონა და მბზინავი გამონადენი არ წარმოადგენს განსაკუთრებულ საფრთხეს ადამიანისთვის, ვინაიდან ისინი ხასიათდებიან დაბალი დენებით (მილიამპერები). ზემოაღნიშნული გამონადენებიდან დანარჩენი ორი მომაკვდინებელია მათთან უშუალო კონტაქტის შემთხვევაში.
თუ ადამიანი აკვირდება ელვის მოახლოებას, მაშინ მან უნდა გამორთოს ყველა ელექტრომოწყობილობა (მობილური ტელეფონების ჩათვლით) და ასევე განლაგდეს ისე, რომ არ გამოირჩეოდეს მიმდებარე ტერიტორიისგან.სიმაღლე.
