Այն դարաշրջանը, որում մենք ապրում ենք, կարելի է անվանել էլեկտրականության դար: Համակարգիչների, հեռուստացույցների, ավտոմեքենաների, արբանյակների, արհեստական լուսավորության սարքերի շահագործումը միայն այն օրինակների փոքր մասն է, որտեղ այն օգտագործվում է։ Մարդու համար հետաքրքիր և կարևոր գործընթացներից մեկը էլեկտրական լիցքաթափումն է։ Եկեք մանրամասն նայենք, թե ինչ է դա։
Էլեկտրական էներգիայի ուսումնասիրության համառոտ պատմություն
Ե՞րբ է մարդը ծանոթացել էլեկտրաէներգիայի հետ։ Դժվար է պատասխանել այս հարցին, քանի որ այն տրվել է ոչ ճիշտ ձևով, քանի որ ամենավառ բնական երևույթը կայծակն է, որը հայտնի է անհիշելի ժամանակներից։
Էլեկտրական պրոցեսների բովանդակալից ուսումնասիրությունը սկսվել է միայն 18-րդ դարի առաջին կեսի վերջին։ Այստեղ պետք է նշել Չարլզ Կուլոմբի, ով ուսումնասիրել է լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության ուժը, Ջորջ Օմը, ով մաթեմատիկորեն նկարագրել է հոսանքի պարամետրերը փակ շղթայում, և Բենջամին Ֆրանկլինի կողմից էլեկտրաէներգիայի մասին մարդու պատկերացումներում լուրջ ներդրումը։ կատարել է բազմաթիվ փորձեր՝ ուսումնասիրելով վերոհիշյալի բնույթըկայծակ. Նրանցից բացի, այնպիսի գիտնականներ, ինչպիսիք են Լուիջի Գալվանին (նյարդային ազդակների ուսումնասիրություն, առաջին «մարտկոցի» գյուտը) և Մայքլ Ֆարադեյը (էլեկտրոլիտներում հոսանքի ուսումնասիրությունը) մեծ դեր են խաղացել էլեկտրականության ֆիզիկայի զարգացման գործում։
Այս բոլոր գիտնականների ձեռքբերումները ամուր հիմք են ստեղծել բարդ էլեկտրական գործընթացների ուսումնասիրության և ըմբռնման համար, որոնցից մեկը էլեկտրական լիցքաթափումն է։
Ի՞նչ է արտանետումը և ի՞նչ պայմաններ են անհրաժեշտ դրա գոյության համար
Էլեկտրական հոսանքի լիցքաթափումը ֆիզիկական գործընթաց է, որը բնութագրվում է գազային միջավայրում տարբեր պոտենցիալ ունեցող երկու տարածական շրջանների միջև լիցքավորված մասնիկների հոսքի առկայությամբ: Եկեք քանդենք այս սահմանումը։
Նախ, երբ մարդիկ խոսում են արտանետումների մասին, նրանք միշտ նկատի ունեն գազը: Հեղուկների և պինդ մարմինների արտանետումները նույնպես կարող են առաջանալ (պինդ կոնդենսատորի քայքայում), սակայն այս երևույթի ուսումնասիրման գործընթացը ավելի հեշտ է դիտարկել ավելի քիչ խիտ միջավայրում: Ավելին, գազերի արտանետումները հաճախ են նկատվում և մեծ նշանակություն ունեն մարդու կյանքի համար։
Երկրորդ, ինչպես նշված է էլեկտրական լիցքաթափման սահմանման մեջ, այն տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, երբ բավարարվում են երկու կարևոր պայմաններ.
- երբ կա պոտենցիալ տարբերություն (էլեկտրական դաշտի ուժ);
- լիցքակիրների առկայություն (ազատ իոններ և էլեկտրոններ).
Պոտենցիալ տարբերությունն ապահովում է լիցքի ուղղորդված շարժումը։ Եթե այն գերազանցում է որոշակի շեմային արժեքը, ապա ոչ ինքնակառավարվող արտանետումը վերածվում է.ինքնապահովող կամ ինքնապահովող։
Ինչ վերաբերում է անվճար լիցքակիրներին, ապա դրանք միշտ առկա են ցանկացած գազում։ Դրանց կոնցենտրացիան, իհարկե, կախված է մի շարք արտաքին գործոններից և բուն գազի հատկություններից, սակայն դրանց առկայության փաստն անվիճելի է։ Դա պայմանավորված է չեզոք ատոմների և մոլեկուլների իոնացման այնպիսի աղբյուրների առկայությամբ, ինչպիսիք են Արեգակի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները, տիեզերական ճառագայթումը և մեր մոլորակի բնական ճառագայթումը:
Պոտենցիալ տարբերության և կրիչի կոնցենտրացիայի միջև կապը որոշում է արտանետման բնույթը:
Էլեկտրական լիցքաթափման տեսակները
Թվարկենք այս տեսակները, իսկ հետո ավելի մանրամասն կբնութագրենք նրանցից յուրաքանչյուրին։ Այսպիսով, գազային միջավայրում բոլոր արտանետումները սովորաբար բաժանվում են հետևյալի.
- ծխում;
- կայծ;
- arc;
- թագ.
Ֆիզիկապես նրանք միմյանցից տարբերվում են միայն հզորությամբ (հոսանքի խտությամբ) և արդյունքում՝ ջերմաստիճանով, ինչպես նաև ժամանակի ընթացքում իրենց դրսևորման բնույթով։ Խոսքը բոլոր դեպքերում դրական լիցքի (կատիոնների) դեպի կաթոդ (ցածր պոտենցիալ տարածք) և բացասական լիցքի (անիոններ, էլեկտրոններ) դեպի անոդ (բարձր պոտենցիալ գոտի) փոխանցման մասին է։
։
Պայծառ արտանետում
Նրա գոյության համար անհրաժեշտ է գազի ցածր ճնշումներ ստեղծել (մթնոլորտային ճնշումից հարյուրավոր և հազարավոր անգամներ պակաս): Պայծառ արտանետում է նկատվում կաթոդային խողովակներում, որոնք լցված են ինչ-որ գազով (օրինակ՝ Ne, Ar, Kr և այլն)։ Խողովակի էլեկտրոդների վրա լարման կիրառումը հանգեցնում է հետևյալ գործընթացի ակտիվացմանը. առկա է գազում.կատիոնները սկսում են արագ շարժվել, հասնելով կաթոդին, հարվածում են դրան՝ փոխանցելով իմպուլս և տապալելով էլեկտրոնները։ Վերջինս բավարար կինետիկ էներգիայի առկայության դեպքում կարող է հանգեցնել չեզոք գազի մոլեկուլների իոնացման։ Նկարագրված պրոցեսն ինքնապահովվելու է միայն կաթոդը ռմբակոծող կատիոնների և դրանց որոշակի քանակի բավարար էներգիայի դեպքում, որը կախված է էլեկտրոդների պոտենցիալ տարբերությունից և խողովակում գազի ճնշումից։
Պայծառ արտանետումները փայլում են: Էլեկտրամագնիսական ալիքների արտանետումը պայմանավորված է երկու զուգահեռ գործընթացներով՝
- էլեկտրոն-կատիոն զույգերի վերահամակցում, որն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ;
- չեզոք գազի մոլեկուլների (ատոմների) անցում գրգռված վիճակից հիմնական վիճակի։
Այս տեսակի լիցքաթափման բնորոշ բնութագրիչները փոքր հոսանքներն են (մի քանի միլիամպեր) և փոքր անշարժ լարումները (100-400 Վ), սակայն շեմային լարումը մի քանի հազար վոլտ է՝ կախված գազի ճնշումից։
Պայծառ արտանետման օրինակներ են լյումինեսցենտային և նեոնային լամպերը: Բնության մեջ այս տեսակը կարելի է վերագրել հյուսիսային լույսերին (իոնների շարժումը հոսում է Երկրի մագնիսական դաշտում):
Կայծային արտանետում
Սա տիպիկ մթնոլորտային էլեկտրական լիցքաթափում է, որը հայտնվում է որպես կայծակ: Նրա գոյության համար անհրաժեշտ է ոչ միայն գազի բարձր ճնշումների առկայությունը (1 ատմ կամ ավելի), այլև հսկայական լարումներ։ Օդը բավականին լավ դիէլեկտրիկ է (մեկուսիչ): Դրա թափանցելիությունը տատանվում է 4-ից 30 կՎ/սմ՝ կախված նրանիցդրա մեջ խոնավության և պինդ մասնիկների առկայությունը. Այս թվերը ցույց են տալիս, որ օդի յուրաքանչյուր մետրի վրա պետք է կիրառվի նվազագույնը 4,000,000 վոլտ՝ խափանում (կայծ) առաջացնելու համար:
Բնության մեջ կուտակված ամպերում առաջանում են այնպիսի պայմաններ, երբ օդի զանգվածների շփման, օդի կոնվեկցիայի և բյուրեղացման (խտացման) արդյունքում լիցքերը վերաբաշխվում են այնպես, որ ամպերի ստորին շերտերը բացասական լիցքավորված, իսկ վերին շերտերը՝ դրական։ Պոտենցիալ տարբերությունը աստիճանաբար կուտակվում է, երբ դրա արժեքը սկսում է գերազանցել օդի մեկուսացման հնարավորությունները (մեկ միլիոն վոլտ մեկ մետրի համար), ապա տեղի է ունենում կայծակ՝ էլեկտրական լիցքաթափում, որը տևում է վայրկյանի մի մասը: Նրանում ընթացիկ ուժը հասնում է 10-40 հազար ամպերի, իսկ պլազմայի ջերմաստիճանը ալիքում բարձրանում է մինչև 20000 Կ։
Նվազագույն էներգիան, որն ազատվում է կայծակի ընթացքում, կարելի է հաշվարկել, եթե հաշվի առնենք հետևյալ տվյալները. գործընթացը զարգանում է t=110-6 վրկ, I=10 000 A, U=109 B, ապա մենք ստանում ենք՝
E=IUt=10 միլիոն J
Ստացված ցուցանիշը համարժեք է 250 կգ դինամիտի պայթյունից ազատված էներգիային։
Arc discharge
Ինչպես նաև կայծը, այն առաջանում է, երբ գազի մեջ բավարար ճնշում կա: Նրա բնութագրերը գրեթե ամբողջությամբ նման են կայծին, բայց կան տարբերություններ՝
- Նախ հոսանքները հասնում են տասը հազար ամպերի, բայց լարումը միաժամանակ մի քանի հարյուր վոլտ է, ինչը կապված է.բարձր հաղորդունակ միջավայր;
- երկրորդ, աղեղի արտանետումը ժամանակի մեջ կայուն է, ի տարբերություն կայծի:
Այս տեսակի լիցքաթափման անցումը կատարվում է լարման աստիճանական բարձրացմամբ։ Արտահոսքը պահպանվում է կաթոդից թերմիոնային արտանետման շնորհիվ: Դրա վառ օրինակն է եռակցման աղեղը։
Կորոնային դուրսգրում
Գազերում էլեկտրական լիցքաթափման այս տեսակը հաճախ նկատվել է նավաստիների կողմից, ովքեր ճանապարհորդել են Կոլումբոսի հայտնաբերած Նոր աշխարհ: Նրանք կայմերի ծայրերի կապտավուն փայլն անվանեցին «Սուրբ Էլմոյի լույսեր»:
Պսակի արտանետումը տեղի է ունենում այն օբյեկտների շուրջ, որոնք ունեն շատ ուժեղ էլեկտրական դաշտի ուժ: Նման պայմաններ ստեղծվում են սուր առարկաների մոտ (նավերի կայմեր, երկհարկանի տանիքներով շենքեր)։ Երբ մարմինն ունի որոշակի ստատիկ լիցք, ապա նրա ծայրերում դաշտի ուժգնությունը հանգեցնում է շրջակա օդի իոնացմանը: Ստացված իոնները սկսում են իրենց շեղումը դեպի դաշտի աղբյուրը: Այս թույլ հոսանքները, որոնք առաջացնում են նմանատիպ պրոցեսներ, ինչպես փայլի արտանետման դեպքում, հանգեցնում են փայլի տեսքի։
Արտահոսքի վտանգ մարդու առողջության համար
Կորոնա և փայլի արտանետումները հատուկ վտանգ չեն ներկայացնում մարդկանց համար, քանի որ դրանք բնութագրվում են ցածր հոսանքներով (միլիամպեր): Վերոնշյալ արտանետումներից մյուս երկուսը մահացու են նրանց հետ անմիջական շփման դեպքում։
Եթե մարդը նկատում է կայծակի մոտենալը, ապա նա պետք է անջատի բոլոր էլեկտրական սարքերը (այդ թվում՝ բջջային հեռախոսները), ինչպես նաև դիրքավորվի այնպես, որ չառանձնանա շրջակա տարածքից։բարձրություն.
