ბუნებაში არ არსებობს აბსოლუტური დიელექტრიკები. ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა - ელექტრული მუხტის მატარებლები - ანუ დენი, შეიძლება გამოწვეული იყოს ნებისმიერ გარემოში, მაგრამ ეს მოითხოვს განსაკუთრებულ პირობებს. აქ განვიხილავთ, თუ როგორ მიმდინარეობს ელექტრული ფენომენი გაზებში და როგორ შეიძლება აირი გადაიზარდოს ძალიან კარგი დიელექტრიკიდან ძალიან კარგ გამტარად. ჩვენ დავინტერესდებით, რა პირობებში წარმოიქმნება ის, ასევე რა თავისებურებები ახასიათებს ელექტრო დენს გაზებში.
გაზების ელექტრული თვისებები
დიელექტრიკი არის ნივთიერება (საშუალება), რომელშიც ნაწილაკების კონცენტრაცია - ელექტრული მუხტის თავისუფალი მატარებლები - არ აღწევს რაიმე მნიშვნელოვან მნიშვნელობას, რის შედეგადაც გამტარობა უმნიშვნელოა. ყველა გაზი კარგი დიელექტრიკაა. მათი საიზოლაციო თვისებები ყველგან გამოიყენება. მაგალითად, ნებისმიერ ამომრთველში, მიკროსქემის გახსნა ხდება მაშინ, როდესაც კონტაქტები მოყვანილია ისეთ მდგომარეობაში, რომ მათ შორის ჰაერის უფსკრული წარმოიქმნება. მავთულები ელექტროგადამცემ ხაზებშიასევე ერთმანეთისგან იზოლირებულია ჰაერის ფენით.
ნებისმიერი აირის სტრუქტურული ერთეული არის მოლეკულა. იგი შედგება ატომური ბირთვებისა და ელექტრონული ღრუბლებისგან, ანუ არის კოსმოსში გარკვეულწილად განაწილებული ელექტრული მუხტების ერთობლიობა. გაზის მოლეკულა შეიძლება იყოს ელექტრული დიპოლი მისი სტრუქტურის თავისებურებების გამო, ან შეიძლება იყოს პოლარიზებული გარე ელექტრული ველის მოქმედებით. მოლეკულების აბსოლუტური უმრავლესობა, რომლებიც ქმნიან გაზს, ელექტრულად ნეიტრალურია ნორმალურ პირობებში, რადგან მათში არსებული მუხტები ანადგურებენ ერთმანეთს.
თუ ელექტრული ველი მიემართება გაზს, მოლეკულები მიიღებენ დიპოლურ ორიენტაციას და დაიკავებენ სივრცულ პოზიციას, რომელიც ანაზღაურებს ველის ეფექტს. კულონის ძალების გავლენით გაზში არსებული დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობას დაიწყებენ: დადებითი იონები - კათოდის მიმართულებით, უარყოფითი იონები და ელექტრონები - ანოდისკენ. თუმცა, თუ ველს არასაკმარისი პოტენციალი აქვს, მუხტების ერთი მიმართული ნაკადი არ წარმოიქმნება და უფრო მეტად შეიძლება ვისაუბროთ ცალკეულ დენებზე, იმდენად სუსტზე, რომ მათი უგულებელყოფა უნდა მოხდეს. გაზი იქცევა როგორც დიელექტრიკი.
ამგვარად, გაზებში ელექტრული დენის წარმოქმნისთვის საჭიროა თავისუფალი მუხტის მატარებლების დიდი კონცენტრაცია და ველის არსებობა.
იონიზაცია
აირში უფასო მუხტების რაოდენობის ზვავის მსგავსი ზრდის პროცესს იონიზაცია ეწოდება. შესაბამისად, გაზს, რომელშიც არის მნიშვნელოვანი რაოდენობით დამუხტული ნაწილაკები, იონიზირებული ეწოდება. სწორედ ასეთ აირებში იქმნება ელექტრული დენი.
იონიზაციის პროცესი დაკავშირებულია მოლეკულების ნეიტრალიტეტის დარღვევასთან. ელექტრონის გამოყოფის შედეგად ჩნდება დადებითი იონები, ელექტრონის მიმაგრება მოლეკულასთან იწვევს უარყოფითი იონის წარმოქმნას. გარდა ამისა, იონიზებულ აირში ბევრი თავისუფალი ელექტრონია. დადებითი იონები და განსაკუთრებით ელექტრონები აირებში ელექტრული დენის მთავარი მუხტის მატარებელია.
იონიზაცია ხდება მაშინ, როდესაც გარკვეული რაოდენობის ენერგია გადაეცემა ნაწილაკს. ამრიგად, მოლეკულის შემადგენლობის გარე ელექტრონს, რომელმაც მიიღო ეს ენერგია, შეუძლია დატოვოს მოლეკულა. დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთშეჯახება ნეიტრალურ ნაწილაკებთან იწვევს ახალი ელექტრონების ამოვარდნას და პროცესი ზვავის მსგავს ხასიათს იღებს. ასევე იზრდება ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია, რაც მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს იონიზაციას.
საიდან მოდის ენერგია, რომელიც გამოიყენება გაზებში ელექტრული დენის გასააქტიურებლად? აირების იონიზაციას აქვს ენერგიის რამდენიმე წყარო, რომლის მიხედვითაც მიღებულია მისი ტიპების დასახელება.
- იონიზაცია ელექტრული ველით. ამ შემთხვევაში ველის პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება ნაწილაკების კინეტიკურ ენერგიად.
- თერმოიონიზაცია. ტემპერატურის მატება ასევე იწვევს დიდი რაოდენობის უფასო გადასახადების წარმოქმნას.
- ფოტოიონიზაცია. ამ პროცესის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ ელექტრონებს ენერგია მიეწოდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტებით - ფოტონები, თუ მათ აქვთ საკმარისად მაღალი სიხშირე (ულტრაიისფერი, რენტგენი, გამა კვანტები).
- დარტყმის იონიზაცია არის შეჯახებული ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის ელექტრონების გამოყოფის ენერგიად გადაქცევის შედეგი. Ისევე, როგორცთერმული იონიზაცია, ის ემსახურება როგორც მთავარი აგზნების ფაქტორი ელექტრული დენის აირებში.
თითოეულ გაზს ახასიათებს გარკვეული ზღვრული მნიშვნელობა - იონიზაციის ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის მოლეკულისგან დაშორებისთვის პოტენციური ბარიერის გადალახვისთვის. ეს მნიშვნელობა პირველი ელექტრონისთვის მერყეობს რამდენიმე ვოლტიდან ორ ათეულ ვოლტამდე; მეტი ენერგიაა საჭირო მოლეკულიდან შემდეგი ელექტრონის ამოსაღებად და ასე შემდეგ.
გასათვალისწინებელია, რომ აირში იონიზაციის პარალელურად ხდება საპირისპირო პროცესი - რეკომბინაცია, ანუ ნეიტრალური მოლეკულების აღდგენა კულონის მიზიდულობის ძალების მოქმედებით.
გაზის გამონადენი და მისი ტიპები
ასე რომ, გაზებში ელექტრული დენი განპირობებულია დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობით მათზე მიმართული ელექტრული ველის მოქმედებით. ასეთი მუხტების არსებობა, თავის მხრივ, შესაძლებელია სხვადასხვა იონიზაციის ფაქტორების გამო.
ასე რომ, თერმული იონიზაცია მოითხოვს მნიშვნელოვან ტემპერატურას, მაგრამ ზოგიერთი ქიმიური პროცესის გამო ღია ცეცხლი ხელს უწყობს იონიზაციას. შედარებით დაბალ ტემპერატურაზეც კი, ალის თანდასწრებით, აირებში ელექტრული დენის გამოჩენა ფიქსირდება და გაზის გამტარობის ექსპერიმენტი ამის გადამოწმებას მარტივს ხდის. დამუხტული კონდენსატორის ფირფიტებს შორის აუცილებელია სანთურის ან სანთლის ალი მოათავსოთ. კონდენსატორის ჰაერის უფსკრულის გამო ადრე გახსნილი წრე დაიხურება. წრედთან დაკავშირებული გალვანომეტრი აჩვენებს დენის არსებობას.
ელექტრული დენი გაზებში ეწოდება გაზის გამონადენს. გასათვალისწინებელია, რომგამონადენის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად იონიზატორის მოქმედება მუდმივი უნდა იყოს, ვინაიდან მუდმივი რეკომბინაციის გამო გაზი კარგავს თავის ელექტროგამტარ თვისებებს. აირებში ელექტრული დენის ზოგიერთი მატარებელი - იონები - ნეიტრალიზებულია ელექტროდებზე, სხვები - ელექტრონები - ანოდზე დაცემული, მიმართულია ველის წყაროს "პლუს". თუ მაიონებელი ფაქტორი შეწყვეტს მოქმედებას, გაზი მაშინვე კვლავ დიელექტრიკულად გადაიქცევა და დენი შეწყდება. ასეთ დენს, რომელიც დამოკიდებულია გარე იონიზატორის მოქმედებაზე, ეწოდება არათავდადებული გამონადენი.
აირებში ელექტრული დენის გავლის თავისებურებები აღწერილია დენის სიძლიერის განსაკუთრებული დამოკიდებულებით ძაბვაზე - დენი-ძაბვის მახასიათებელი.
მოდით განვიხილოთ გაზის გამონადენის განვითარება დენი-ძაბვის დამოკიდებულების გრაფიკზე. როდესაც ძაბვა იზრდება გარკვეულ მნიშვნელობამდე U1, დენი იზრდება მის პროპორციულად, ანუ სრულდება ომის კანონი. კინეტიკური ენერგია იზრდება და, შესაბამისად, მუხტების სიჩქარე გაზში, და ეს პროცესი წინ უსწრებს რეკომბინაციას. ძაბვის მნიშვნელობებზე U1-დან U2-მდე ეს თანაფარდობა ირღვევა; როდესაც მიიღწევა U2, ყველა მუხტის მატარებელი აღწევს ელექტროდებს ხელახალი კომბინაციის გარეშე. ჩართულია ყველა უფასო გადასახადი და ძაბვის შემდგომი ზრდა არ იწვევს დენის მატებას. მუხტების მოძრაობის ამ ბუნებას გაჯერების დენი ეწოდება. ამრიგად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ გაზებში ელექტრული დენი ასევე განპირობებულია სხვადასხვა სიძლიერის ელექტრულ ველებში იონიზებული გაზის ქცევის თავისებურებებით.
როდესაც ელექტროდებს შორის პოტენციური სხვაობა მიაღწევს გარკვეულ მნიშვნელობას U3, ძაბვა საკმარისი ხდება ელექტრული ველისთვის, რათა გამოიწვიოს ზვავის მსგავსი გაზის იონიზაცია. თავისუფალი ელექტრონების კინეტიკური ენერგია უკვე საკმარისია მოლეკულების ზემოქმედების იონიზაციისთვის. ამავდროულად, მათი სიჩქარე გაზების უმეტესობაში არის დაახლოებით 2000 კმ/წმ და მეტი (ის გამოითვლება სავარაუდო ფორმულით v=600 Ui, სადაც Ui არის იონიზაციის პოტენციალი). ამ მომენტში ხდება გაზის დაშლა და დენის მნიშვნელოვანი ზრდა ხდება შიდა იონიზაციის წყაროს გამო. ამიტომ ასეთ გამონადენს დამოუკიდებელი ეწოდება.
გარე იონიზატორის არსებობა ამ შემთხვევაში აღარ თამაშობს როლს აირებში ელექტრული დენის შენარჩუნებაში. თვითშენარჩუნებულ გამონადენს სხვადასხვა პირობებში და ელექტრული ველის წყაროს განსხვავებული მახასიათებლებით შეიძლება ჰქონდეს გარკვეული მახასიათებლები. არსებობს თვითგამონადენის ისეთი სახეობები, როგორიცაა ბზინვარება, ნაპერწკალი, რკალი და კორონა. ჩვენ შევხედავთ, თუ როგორ იქცევა ელექტრული დენი გაზებში, მოკლედ თითოეული ამ ტიპისთვის.
Glow გამონადენი
იშვიათ გაზში, პოტენციური სხვაობა 100 (და კიდევ ნაკლები) 1000 ვოლტამდე საკმარისია დამოუკიდებელი გამონადენის დასაწყებად. მაშასადამე, მბზინავი გამონადენი, რომელიც ხასიათდება დაბალი დენის სიძლიერით (10-5 A-დან 1 A-მდე), წარმოიქმნება ვერცხლისწყლის არაუმეტეს რამდენიმე მილიმეტრიანი წნევის დროს.
იშვიათი გაზისა და ცივი ელექტროდების მქონე მილში, წარმოქმნილი მბზინავი გამონადენი ჰგავს თხელ მანათობელ კაბელს ელექტროდებს შორის. თუ გააგრძელებთ გაზის ამოტუმბვას მილიდან, დააკვირდებითტვინის დაბინდვა და ვერცხლისწყლის მეათედი მილიმეტრის წნევით, სიკაშკაშე თითქმის მთლიანად ავსებს მილს. ბზინვარება არ არის კათოდის მახლობლად - ეგრეთ წოდებულ ბნელ კათოდურ სივრცეში. დანარჩენს დადებითი სვეტი ეწოდება. ამ შემთხვევაში, ძირითადი პროცესები, რომლებიც უზრუნველყოფენ გამონადენის არსებობას, ლოკალიზებულია ზუსტად ბნელ კათოდურ სივრცეში და მის მიმდებარე რეგიონში. აქ დამუხტული გაზის ნაწილაკები აჩქარებულია და ელექტრონებს კათოდიდან გამოაქვს.
ნათელ გამონადენში, იონიზაციის მიზეზი არის ელექტრონების გამოსხივება კათოდიდან. კათოდის მიერ გამოსხივებული ელექტრონები წარმოქმნიან გაზის მოლეკულების ზემოქმედების იონიზაციას, გამოჩენილი დადებითი იონები იწვევს მეორად გამოყოფას კათოდიდან და ა.შ. დადებითი სვეტის სიკაშკაშე ძირითადად განპირობებულია ფოტონების უკუგდებით აღგზნებული აირის მოლეკულებით, ხოლო სხვადასხვა აირებს ახასიათებთ გარკვეული ფერის ბზინვარება. დადებითი სვეტი მონაწილეობს მბზინავი გამონადენის ფორმირებაში მხოლოდ როგორც ელექტრული წრედის მონაკვეთი. თუ ელექტროდებს ერთმანეთთან დააახლოებთ, შეგიძლიათ მიაღწიოთ დადებითი სვეტის გაქრობას, მაგრამ გამონადენი არ შეჩერდება. თუმცა, ელექტროდებს შორის მანძილის შემდგომი შემცირებით, მბზინავი გამონადენი ვერ იარსებებს.
აღსანიშნავია, რომ ამ ტიპის ელექტრული დენის აირებისთვის, ზოგიერთი პროცესის ფიზიკა ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის განმარტებული. მაგალითად, ძალების ბუნება, რომლებიც იწვევენ გაფართოებას იმ რეგიონის კათოდური ზედაპირზე, რომელიც მონაწილეობს გამონადენში, გაურკვეველი რჩება.
ნაპერწკლის გამონადენი
Sparkავარიას იმპულსური ხასიათი აქვს. ეს ხდება ნორმალურ ატმოსფერულთან ახლოს ზეწოლისას, იმ შემთხვევებში, როდესაც ელექტრული ველის წყაროს სიმძლავრე არ არის საკმარისი სტაციონარული გამონადენის შესანარჩუნებლად. ამ შემთხვევაში ველის სიძლიერე მაღალია და შეიძლება მიაღწიოს 3 მვ/მ-ს. ფენომენს ახასიათებს გაზში გამონადენი ელექტრული დენის მკვეთრი მატება, ამავდროულად ძაბვა უკიდურესად სწრაფად ეცემა და გამონადენი ჩერდება. შემდეგ პოტენციური სხვაობა კვლავ იზრდება და მთელი პროცესი მეორდება.
ამ ტიპის გამონადენით წარმოიქმნება ხანმოკლე ნაპერწკლის არხები, რომელთა ზრდა შეიძლება დაიწყოს ნებისმიერი წერტილიდან ელექტროდებს შორის. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ზემოქმედების იონიზაცია ხდება შემთხვევით იმ ადგილებში, სადაც ამჟამად კონცენტრირებულია იონების უდიდესი რაოდენობა. ნაპერწკლის არხთან გაზი სწრაფად თბება და განიცდის თერმულ გაფართოებას, რაც იწვევს აკუსტიკური ტალღებს. ამიტომ, ნაპერწკლის გამონადენს თან ახლავს ხრაშუნა, ასევე სითბოს გამოყოფა და კაშკაშა ბზინვარება. ზვავის იონიზაციის პროცესები წარმოქმნის მაღალ წნევას და ტემპერატურას 10 ათას გრადუსამდე და მეტი ნაპერწკლის არხში.
ბუნებრივი ნაპერწკლის გამონადენის ყველაზე ნათელი მაგალითია ელვა. მთავარი ელვისებური ნაპერწკლის არხის დიამეტრი შეიძლება მერყეობდეს რამდენიმე სანტიმეტრიდან 4 მ-მდე, ხოლო არხის სიგრძემ შეიძლება მიაღწიოს 10 კმ-ს. დენის სიდიდე 500 ათას ამპერს აღწევს, ჭექა-ქუხილის ღრუბელსა და დედამიწის ზედაპირს შორის პოტენციური სხვაობა კი მილიარდ ვოლტს აღწევს.
ყველაზე გრძელი 321 კილომეტრიანი ელვა დაფიქსირდა 2007 წელს ოკლაჰომაში, აშშ. ხანგრძლივობის რეკორდსმენი იყო ელვა, ჩაწერილი2012 წელს საფრანგეთის ალპებში - 7,7 წამზე მეტი გაგრძელდა. ელვის დარტყმისას ჰაერი შეიძლება გაცხელდეს 30 ათას გრადუსამდე, რაც 6-ჯერ აღემატება მზის ხილულ ზედაპირს.
იმ შემთხვევებში, როდესაც ელექტრული ველის წყაროს სიმძლავრე საკმარისად დიდია, ნაპერწკლის გამონადენი გადაიქცევა რკალში.
რკალის გამონადენი
ამ ტიპის თვითგამორთვა ხასიათდება მაღალი დენის სიმკვრივით და დაბალი (ნათელ გამონადენზე ნაკლები) ძაბვით. ავარიის მანძილი მცირეა ელექტროდების სიახლოვის გამო. გამონადენი იწყება კათოდის ზედაპირიდან ელექტრონის გამოსხივებით (ლითონის ატომებისთვის იონიზაციის პოტენციალი მცირეა გაზის მოლეკულებთან შედარებით). ელექტროდებს შორის ავარიის დროს იქმნება პირობები, რომლებშიც გაზი ატარებს ელექტრო დენს და ხდება ნაპერწკლის გამონადენი, რომელიც ხურავს წრედს. თუ ძაბვის წყაროს სიმძლავრე საკმარისად დიდია, ნაპერწკლის გამონადენი გადაიქცევა სტაბილურ ელექტრულ რკალად.
იონიზაცია რკალის გამონადენის დროს აღწევს თითქმის 100%-ს, მიმდინარე სიძლიერე ძალიან მაღალია და შეიძლება იყოს 10-დან 100 ამპერამდე. ატმოსფერული წნევის დროს რკალი შეიძლება გაცხელდეს 5-6 ათას გრადუსამდე, ხოლო კათოდი - 3 ათას გრადუსამდე, რაც იწვევს მისი ზედაპირიდან ინტენსიურ თერმიონულ გამოსხივებას. ანოდის ელექტრონებით დაბომბვას იწვევს ნაწილობრივი განადგურება: მასზე წარმოიქმნება ჩაღრმავება - კრატერი, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 4000 °C. წნევის მატება იწვევს ტემპერატურის კიდევ უფრო მატებას.
ელექტროდების გავრცელებისას რკალის გამონადენი გარკვეულ მანძილზე სტაბილურად რჩება,რაც საშუალებას გაძლევთ გაუმკლავდეთ მას ელექტრული აღჭურვილობის იმ ადგილებში, სადაც ის საზიანოა მის მიერ გამოწვეული კონტაქტების კოროზიის და დამწვრობის გამო. ეს არის მოწყობილობები, როგორიცაა მაღალი ძაბვის და ავტომატური კონცენტრატორები, კონტაქტორები და სხვა. რკალის წინააღმდეგ ბრძოლის ერთ-ერთი მეთოდი, რომელიც წარმოიქმნება კონტაქტების გახსნისას, არის რკალის ღეროების გამოყენება, რომელიც დაფუძნებულია რკალის გაფართოების პრინციპზე. ასევე გამოიყენება მრავალი სხვა მეთოდი: კონტაქტების ხიდი, მაღალი იონიზაციის პოტენციალის მქონე მასალების გამოყენება და ასე შემდეგ.
კორონა გამონადენი
კორონა გამონადენის განვითარება ხდება ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს მკვეთრად არაერთგვაროვან ველებში ზედაპირის დიდი გამრუდების მახლობლად ელექტროდებთან. ეს შეიძლება იყოს შუბები, ანძები, მავთულები, ელექტრული აღჭურვილობის სხვადასხვა ელემენტები, რომლებსაც აქვთ რთული ფორმა და ადამიანის თმაც კი. ასეთ ელექტროდს კორონას ელექტროდს უწოდებენ. იონიზაციის პროცესები და, შესაბამისად, გაზის ბზინვარება ხდება მხოლოდ მის მახლობლად.
კორონა შეიძლება ჩამოყალიბდეს როგორც კათოდზე (უარყოფითი გვირგვინი) იონებით დაბომბვისას და ანოდზე (დადებითი) ფოტოიონიზაციის შედეგად. ნეგატიური კორონა, რომლის დროსაც იონიზაციის პროცესი თერმული გამოსხივების შედეგად მიმართულია ელექტროდიდან მოშორებით, ახასიათებს თანაბარი ბზინვარება. პოზიტიურ კორონაში შეიძლება შეინიშნოს ნაკადები - გატეხილი კონფიგურაციის მანათობელი ხაზები, რომლებიც შეიძლება გადაიქცეს ნაპერწკლების არხებად.
კორონის გამონადენის მაგალითი ბუნებრივ პირობებში არის სენტ ელმოს ხანძარი, რომელიც ჩნდება მაღალი ანძების წვერებზე, ხეების ტოტებზე და ა.შ. ისინი წარმოიქმნება ელექტროენერგიის მაღალი ძაბვის დროსმინდვრები ატმოსფეროში, ხშირად ჭექა-ქუხილის წინ ან ქარბუქის დროს. გარდა ამისა, ისინი დააფიქსირეს თვითმფრინავის კანზე, რომელიც ვულკანური ფერფლის ღრუბელში ჩავარდა.
კორონას გამონადენი ელექტროგადამცემი ხაზებზე იწვევს ელექტროენერგიის მნიშვნელოვან დანაკარგებს. მაღალი ძაბვის დროს კორონას გამონადენი შეიძლება რკალად გადაიქცეს. მას ებრძვიან სხვადასხვა გზით, მაგალითად, გამტარების გამრუდების რადიუსის გაზრდით.
ელექტრული დენი გაზებსა და პლაზმაში
სრულად ან ნაწილობრივ იონიზებულ გაზს პლაზმა ეწოდება და ითვლება მატერიის მეოთხე მდგომარეობად. მთლიანობაში, პლაზმა ელექტრული ნეიტრალურია, რადგან მისი შემადგენელი ნაწილაკების მთლიანი მუხტი ნულის ტოლია. ეს განასხვავებს მას დამუხტული ნაწილაკების სხვა სისტემებისგან, როგორიცაა ელექტრონული სხივები.
ბუნებრივ პირობებში პლაზმა წარმოიქმნება, როგორც წესი, მაღალ ტემპერატურაზე გაზის ატომების მაღალი სიჩქარით შეჯახების გამო. სამყაროში ბარიონული მატერიის დიდი უმრავლესობა პლაზმის მდგომარეობაშია. ეს არის ვარსკვლავები, ვარსკვლავთშორისი მატერიის ნაწილი, გალაქტიკათშორისი გაზი. დედამიწის იონოსფერო ასევე იშვიათი, სუსტად იონიზებული პლაზმაა.
იონიზაციის ხარისხი პლაზმის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია - მასზეა დამოკიდებული მისი გამტარი თვისებები. იონიზაციის ხარისხი განისაზღვრება, როგორც იონიზებული ატომების რაოდენობის თანაფარდობა ატომების მთლიან რაოდენობასთან ერთეულ მოცულობაზე. რაც უფრო იონიზირებულია პლაზმა, მით უფრო მაღალია მისი ელექტრული გამტარობა. გარდა ამისა, იგი ხასიათდება მაღალი მობილურობით.
ჩვენ ვხედავთ, რომ აირები, რომლებიც ელექტროენერგიას ატარებენ, შიგნით არიანგამონადენი არხები სხვა არაფერია, თუ არა პლაზმა. ამრიგად, ბზინვარება და კორონა გამონადენი ცივი პლაზმის მაგალითებია; ელვის ნაპერწკალი ან ელექტრული რკალი ცხელი, თითქმის მთლიანად იონიზებული პლაზმის მაგალითებია.
ელექტრული დენი მეტალებში, სითხეებსა და აირებში - განსხვავებები და მსგავსებები
მოდით განვიხილოთ ის თვისებები, რომლებიც ახასიათებს გაზის გამონადენს სხვა მედიაში არსებული დენის თვისებებთან შედარებით.
მეტალებში დენი არის თავისუფალი ელექტრონების მიმართული მოძრაობა, რომელიც არ იწვევს ქიმიურ ცვლილებებს. ამ ტიპის გამტარებს უწოდებენ პირველი სახის გამტარებს; მათ შორისაა, გარდა ლითონებისა და შენადნობებისა, ნახშირი, ზოგიერთი მარილი და ოქსიდები. ისინი გამოირჩევიან ელექტრონული გამტარობით.
მეორე სახის გამტარებია ელექტროლიტები, ანუ ტუტეების, მჟავების და მარილების თხევადი წყალხსნარები. დენის გავლა დაკავშირებულია ელექტროლიტის ქიმიურ ცვლილებასთან – ელექტროლიზთან. წყალში გახსნილი ნივთიერების იონები, პოტენციური სხვაობის მოქმედებით, მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით: დადებითი კათიონები - კათოდში, უარყოფითი ანიონები - ანოდამდე. პროცესს თან ახლავს გაზის ევოლუცია ან ლითონის ფენის დეპონირება კათოდზე. მეორე ტიპის გამტარები ხასიათდებიან იონური გამტარობით.
რაც შეეხება აირების გამტარობას, ის ჯერ ერთი, დროებითია და მეორეც, თითოეულ მათგანთან აქვს მსგავსებისა და განსხვავების ნიშნები. ამრიგად, ელექტროლიტებში და აირებში ელექტრული დენი არის საპირისპირო დამუხტული ნაწილაკების დრიფტი, რომელიც მიმართულია საპირისპირო ელექტროდებისკენ. თუმცა, მიუხედავად იმისა, რომ ელექტროლიტები ხასიათდებიან წმინდა იონური გამტარობით, აირის გამონადენში კომბინაციითგამტარობის ელექტრონული და იონური ტიპები, წამყვანი როლი ელექტრონებს ეკუთვნის. კიდევ ერთი განსხვავება სითხეებსა და აირებში ელექტრო დენს შორის არის იონიზაციის ბუნება. ელექტროლიტში გახსნილი ნაერთის მოლეკულები იშლება წყალში, მაგრამ გაზში მოლეკულები არ იშლება, არამედ მხოლოდ ელექტრონებს კარგავენ. ამიტომ, გაზის გამონადენი, ისევე როგორც ლითონებში არსებული დენი, არ არის დაკავშირებული ქიმიურ ცვლილებებთან.
ელექტრული დენის ფიზიკა სითხეებსა და აირებში ასევე არ არის იგივე. ელექტროლიტების გამტარობა მთლიანად ემორჩილება ომის კანონს, მაგრამ ეს არ შეინიშნება გაზის გამონადენის დროს. აირების ვოლტ-ამპერის მახასიათებელს გაცილებით რთული ხასიათი აქვს პლაზმის თვისებებთან.
აღსანიშნავია ელექტრული დენის ზოგადი და განმასხვავებელი ნიშნები გაზებსა და ვაკუუმში. ვაკუუმი თითქმის სრულყოფილი დიელექტრიკია. "თითქმის" - იმიტომ, რომ ვაკუუმში, უფასო მუხტის მატარებლების არარსებობის (უფრო ზუსტად, უკიდურესად დაბალი კონცენტრაციის) მიუხედავად, დენიც შესაძლებელია. მაგრამ პოტენციური მატარებლები უკვე იმყოფებიან გაზში, მათ მხოლოდ იონიზირება სჭირდებათ. მუხტის მატარებლები მატერიიდან ვაკუუმში მოჰყავთ. როგორც წესი, ეს ხდება ელექტრონის ემისიის პროცესში, მაგალითად, როდესაც კათოდი თბება (თერმიონული ემისია). მაგრამ, როგორც ვნახეთ, ემისია ასევე მნიშვნელოვან როლს თამაშობს სხვადასხვა ტიპის გაზის გამონადენებში.
გაზის გამონადენის გამოყენება ტექნოლოგიაში
გარკვეული გამონადენის მავნე ზემოქმედება უკვე მოკლედ იყო განხილული ზემოთ. ახლა მოდით მივაქციოთ ყურადღება იმ სარგებელს, რაც მათ მოაქვს ინდუსტრიაში და ყოველდღიურ ცხოვრებაში.
Glow გამონადენი გამოიყენება ელექტროტექნიკაში(ძაბვის სტაბილიზატორები), დაფარვის ტექნოლოგიაში (კათოდური დაფქვის მეთოდი კათოდური კოროზიის ფენომენზე დაფუძნებული). ელექტრონიკაში მას იყენებენ იონებისა და ელექტრონული სხივების წარმოებისთვის. მბზინავი გამონადენის გამოყენების ცნობილი სფეროა ფლუორესცენტური და ეგრეთ წოდებული ეკონომიური ნათურები და დეკორატიული ნეონისა და არგონის გამონადენი მილები. გარდა ამისა, მბზინავი გამონადენი გამოიყენება გაზის ლაზერებში და სპექტროსკოპიაში.
ნაპერწკლების გამონადენი გამოიყენება ფუჟებში, ლითონის ზუსტი დამუშავების ელექტროეროზიულ მეთოდებში (ნაპერწკალი, ბურღვა და ა.შ.). მაგრამ ის ყველაზე ცნობილია შიდა წვის ძრავების სანთლებში და საყოფაცხოვრებო ტექნიკაში (გაზქურა) გამოყენებისთვის.
რკალის გამონადენი, რომელიც პირველად გამოიყენეს განათების ტექნოლოგიაში ჯერ კიდევ 1876 წელს (იაბლოჩკოვის სანთელი - "რუსული შუქი"), დღესაც ემსახურება სინათლის წყაროს - მაგალითად, პროექტორებსა და ძლიერ პროჟექტორებში. ელექტრო ინჟინერიაში რკალი გამოიყენება ვერცხლისწყლის გამსწორებლებში. გარდა ამისა, იგი გამოიყენება ელექტრო შედუღების, ლითონის ჭრის, ფოლადის და შენადნობების დნობის სამრეწველო ელექტრო ღუმელებში.
კორონას გამონადენი გამოიყენება ელექტროსტატიკურ ნალექებში იონური აირის გასაწმენდად, ელემენტარული ნაწილაკების მრიცხველებში, ელვისებურ ღეროებში, კონდიცირების სისტემებში. კორონას გამონადენი ასევე მუშაობს ქსეროქსებსა და ლაზერულ პრინტერებში, სადაც ის მუხტავს და ათავისუფლებს ფოტომგრძნობიარე ბარაბანს და გადააქვს ფხვნილი ბარაბნიდან ქაღალდზე.
ამგვარად, ყველა ტიპის გაზის გამონადენი ყველაზე მეტს პოულობსფართო აპლიკაცია. ელექტრო დენი გაზებში წარმატებით და ეფექტურად გამოიყენება ტექნოლოგიის მრავალ სფეროში.
