Biz yashayotgan asrni elektr asri deb atash mumkin. Kompyuterlar, televizorlar, avtomobillar, sun'iy yo'ldoshlar, sun'iy yoritish moslamalarining ishlashi u ishlatiladigan misollarning kichik bir qismidir. Inson uchun qiziqarli va muhim jarayonlardan biri bu elektr zaryadsizlanishi. Keling, bu nima ekanligini batafsil ko'rib chiqaylik.
Elektr energiyasini o'rganishning qisqacha tarixi
Inson qachon elektr toki bilan tanishgan? Bu savolga javob berish qiyin, chunki u noto'g'ri qo'yilgan, chunki eng hayratlanarli tabiat hodisasi qadimdan ma'lum bo'lgan chaqmoqdir.
Elektr jarayonlarini mazmunli o'rganish faqat 18-asrning birinchi yarmining oxirida boshlangan. Bu erda zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'sir kuchini o'rgangan Charlz Kulon, yopiq zanjirdagi tokning parametrlarini matematik tarzda tasvirlab bergan Jorj Om va Benjamin Franklinning elektr toki haqidagi g'oyalariga qo'shgan jiddiy hissasini ta'kidlash kerak. yuqorida qayd etilganlarning tabiatini o'rganib, ko'plab tajribalar o'tkazdichaqmoq. Ulardan tashqari, Luidji Galvani (nerv impulslarini o'rganish, birinchi "batareya" ixtirosi) va Maykl Faraday (elektrolitlardagi tokni o'rganish) kabi olimlar elektr toki fizikasining rivojlanishida katta rol o'ynagan.
Bu olimlarning barchasining yutuqlari murakkab elektr jarayonlarini oʻrganish va tushunish uchun mustahkam asos yaratdi, ulardan biri elektr razryadi.
Tozalash nima va uning mavjudligi uchun qanday shartlar zarur?
Elektr tokining zaryadsizlanishi fizik jarayon boʻlib, u gaz muhitida turli potentsialga ega boʻlgan ikki fazoviy hudud oʻrtasida zaryadlangan zarrachalar oqimining mavjudligi bilan tavsiflanadi. Keling, bu taʼrifni ajratamiz.
Birinchidan, odamlar zaryadsizlanish haqida gapirganda, ular doimo gazni nazarda tutadi. Suyuqlik va qattiq moddalardagi zaryadsizlanishlar ham sodir bo'lishi mumkin (qattiq kondansatörning buzilishi), ammo bu hodisani o'rganish jarayoni kamroq zich muhitda ko'rib chiqilishi osonroq. Bundan tashqari, aynan gazlardagi ajralishlar tez-tez kuzatiladi va inson hayoti uchun katta ahamiyatga ega.
Ikkinchidan, elektr razryadning ta'rifida aytilganidek, u faqat ikkita muhim shart bajarilganda yuzaga keladi:
- potentsial farq mavjud bo'lganda (elektr maydon kuchi);
- zaryad tashuvchilarning mavjudligi (erkin ionlar va elektronlar).
Potensial farq zaryadning yo'n altirilgan harakatini ta'minlaydi. Agar u ma'lum bir chegara qiymatidan oshib ketgan bo'lsa, o'z-o'zidan davom etmaydigan oqimga aylanadio'z-o'zini qo'llab-quvvatlash yoki o'zini o'zi qo'llab-quvvatlash.
Bepul zaryad tashuvchilarga kelsak, ular har doim har qanday gazda mavjud. Ularning kontsentratsiyasi, albatta, bir qator tashqi omillarga va gazning o'ziga xos xususiyatlariga bog'liq, ammo ularning mavjudligi haqiqati shubhasizdir. Bu quyoshdan keladigan ultrabinafsha nurlar, kosmik nurlanish va sayyoramizning tabiiy nurlanishi kabi neytral atomlar va molekulalarni ionlash manbalarining mavjudligi bilan bog'liq.
Potensial farq va tashuvchi kontsentratsiyasi oʻrtasidagi bogʻliqlik razryadning xarakterini belgilaydi.
Elektr zaryadsizlanish turlari
Keling, ushbu turlarni sanab o'tamiz, keyin ularning har birini batafsilroq tavsiflaymiz. Shunday qilib, gazsimon muhitdagi barcha razryadlar odatda quyidagilarga bo'linadi:
- to’xtovsiz;
- spark;
- arc;
- toj.
Jismoniy jihatdan ular bir-biridan faqat quvvatda (joriy zichlikda) va natijada haroratda, shuningdek, vaqt ichida namoyon bo'lish tabiatida farqlanadi. Barcha holatlarda biz musbat zaryadni (kationlarni) katodga (past potentsial maydon) va manfiy zaryadni (anionlar, elektronlar) anodga (yuqori potentsial zona) o'tkazish haqida ketmoqda.
Glow deşarj
Uning mavjudligi uchun past gaz bosimini yaratish kerak (atmosfera bosimidan yuzlab va minglab marta kam). Har qanday gaz (masalan, Ne, Ar, Kr va boshqalar) bilan to'ldirilgan katod naychalarida porlash razryadlari kuzatiladi. Quvurning elektrodlariga kuchlanish qo'llanilishi quyidagi jarayonning faollashishiga olib keladi: gazda mavjudkationlar tez harakat qila boshlaydi, katodga etib boradi, ular unga tegadi, impulsni uzatadi va elektronlarni urib yuboradi. Ikkinchisi, etarli kinetik energiya mavjud bo'lganda, neytral gaz molekulalarining ionlanishiga olib kelishi mumkin. Ta'riflangan jarayon faqat katodni va ularning ma'lum miqdorini bombardimon qiladigan kationlarning etarli energiyasi bo'lgan taqdirdagina o'z-o'zidan barqaror bo'ladi, bu elektrodlardagi potentsial farq va trubadagi gaz bosimiga bog'liq.
Glow razryad porlaydi. Elektromagnit to'lqinlarning emissiyasi ikkita parallel jarayonga bog'liq:
- elektron-kation juftlarining energiya chiqishi bilan birga rekombinatsiyasi;
- neytral gaz molekulalarining (atomlarining) hayajonlangan holatdan asosiy holatga oʻtishi.
Bu turdagi razryadlarning tipik xarakteristikalari kichik oqimlar (bir necha milliamper) va kichik statsionar kuchlanish (100-400 V), lekin chegara kuchlanishi gaz bosimiga qarab bir necha ming voltni tashkil qiladi.
Yorqin razryadga misollar floresan va neon lampalardir. Tabiatda bu turni shimoliy yorug'lik bilan bog'lash mumkin (Yerning magnit maydonida ion oqimlarining harakati).
Uchqun chiqishi
Bu chaqmoq kabi koʻrinadigan odatiy atmosfera elektr razryadi. Uning mavjudligi uchun nafaqat yuqori gaz bosimining mavjudligi (1 atm yoki undan ko'p), balki katta stresslar ham kerak. Havo juda yaxshi dielektrik (izolyator). Uning o'tkazuvchanligi 4 dan 30 kV / sm gacha, qarabunda namlik va qattiq zarralar mavjudligi. Bu raqamlar uzilish (uchqun) hosil qilish uchun havoning har bir metriga kamida 4 000 000 volt to'planishi kerakligini ko'rsatadi!
Tabiatda bunday sharoitlar havo massalari, havo konvektsiyasi va kristallanish (kondensatsiya) orasidagi ishqalanish natijasida bulutlarning pastki qatlamlari bo'ladigan tarzda qayta taqsimlanganda bunday sharoitlar yuzaga keladi. manfiy, yuqori qatlamlari esa musbat zaryadlangan. Potensial farq asta-sekin to'planadi, uning qiymati havoning izolyatsiyalash qobiliyatidan oshib keta boshlaganda (har bir metrga bir necha million volt), keyin chaqmoq paydo bo'ladi - soniyaning bir qismiga cho'zilgan elektr zaryadsizlanishi. Undagi oqim kuchi 10-40 ming amperga etadi va kanaldagi plazma harorati 20 000 K gacha ko'tariladi.
Chaqmoq chaqishi jarayonida ajralib chiqadigan minimal energiyani quyidagi ma'lumotlarni hisobga olsak hisoblash mumkin: jarayon t=110-6 s davomida rivojlanadi, I=10 000 A, U=109 B, keyin biz olamiz:
E=IUt=10 million J
Olingan raqam 250 kg dinamit portlashi natijasida chiqarilgan energiyaga ekvivalent.
Ark zaryadsizlanishi
Uchqun kabi, gazda etarli bosim mavjud bo'lganda paydo bo'ladi. Uning xarakteristikalari uchqunga deyarli o'xshash, ammo farqlar mavjud:
- Birinchidan, oqimlar o'n ming amperga etadi, lekin kuchlanish bir vaqtning o'zida bir necha yuz voltni tashkil qiladi, bu bilan bog'liq.yuqori o'tkazuvchan muhit;
- ikkinchidan, uchqundan farqli oʻlaroq, kamon zaryadsizlanishi oʻz vaqtida barqaror boʻladi.
Ushbu turdagi razryadga o'tish kuchlanishni bosqichma-bosqich oshirish orqali amalga oshiriladi. Chiqarish katoddan termion emissiya tufayli saqlanadi. Buning yorqin misoli - payvandlash yoyi.
Korona chiqishi
Gazlardagi elektr tokining bu turini Kolumb tomonidan kashf etilgan Yangi Dunyoga sayohat qilgan dengizchilar tez-tez kuzatgan. Ular ustunlar uchidagi zangori nurni “Sent Elmo chiroqlari” deb atashgan.
Toj ajralishi juda kuchli elektr maydon kuchiga ega boʻlgan jismlar atrofida sodir boʻladi. Bunday sharoitlar o'tkir narsalar (kemalarning ustunlari, tomlari tomlari bo'lgan binolar) yaqinida yaratilgan. Agar tanada qandaydir statik zaryad bo'lsa, u holda uning uchlaridagi maydon kuchi atrofdagi havoning ionlanishiga olib keladi. Hosil bo'lgan ionlar maydon manbasiga qarab siljishni boshlaydi. Bu kuchsiz oqimlar, xuddi porlash oqimidagi kabi jarayonlarni keltirib chiqaradi, porlash paydo bo'lishiga olib keladi.
Oqimning inson salomatligi uchun xavfi
Korona va porlash razryadlari odamlar uchun alohida xavf tug'dirmaydi, chunki ular past oqimlar (milliamplar) bilan tavsiflanadi. Yuqoridagi ikkita razryad ular bilan bevosita aloqa qilganda halokatli hisoblanadi.
Agar biror kishi chaqmoq yaqinlashayotganini kuzatsa, u barcha elektr jihozlarini (jumladan, mobil telefonlarni) o'chirib qo'yishi, shuningdek, atrofdagilardan ajralib turmaslik uchun o'zini tutishi kerak.balandlik.
