ธรรมชาติไม่มีไดอิเล็กทริกแบบสัมบูรณ์ การเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาค - พาหะของประจุไฟฟ้า - นั่นคือกระแส สามารถเกิดขึ้นได้ในสื่อใด ๆ แต่ต้องมีเงื่อนไขพิเศษ เราจะพิจารณาที่นี่ว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าดำเนินไปอย่างไรในก๊าซ และวิธีที่ก๊าซสามารถเปลี่ยนจากไดอิเล็กตริกที่ดีมากไปเป็นตัวนำที่ดีมาก เราจะสนใจในสภาวะที่เกิดขึ้นตลอดจนลักษณะเฉพาะของกระแสไฟฟ้าในก๊าซ
คุณสมบัติทางไฟฟ้าของก๊าซ
ไดอิเล็กตริกคือสาร (ตัวกลาง) ซึ่งความเข้มข้นของอนุภาค - ประจุไฟฟ้าที่ปราศจากประจุไฟฟ้า - ไม่ถึงค่าที่มีนัยสำคัญใด ๆ อันเป็นผลมาจากการนำไฟฟ้านั้นเล็กน้อย ก๊าซทั้งหมดเป็นไดอิเล็กทริกที่ดี คุณสมบัติของฉนวนถูกนำมาใช้ทุกที่ ตัวอย่างเช่นในเบรกเกอร์วงจรใด ๆ การเปิดวงจรเกิดขึ้นเมื่อหน้าสัมผัสถูกนำเข้าสู่ตำแหน่งที่มีช่องว่างอากาศเกิดขึ้นระหว่างกัน สายไฟในสายไฟยังแยกจากกันด้วยชั้นอากาศ
หน่วยโครงสร้างของก๊าซใด ๆ เป็นโมเลกุล ประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอน กล่าวคือ เป็นการรวมตัวของประจุไฟฟ้าที่กระจายในอวกาศในทางใดทางหนึ่ง โมเลกุลของแก๊สสามารถเป็นไดโพลไฟฟ้าได้เนื่องจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้าง หรือสามารถโพลาไรซ์ได้ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก โมเลกุลส่วนใหญ่ที่ประกอบเป็นแก๊สจะมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าภายใต้สภาวะปกติ เนื่องจากประจุในโมเลกุลจะตัดกันออกจากกัน
ถ้าสนามไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับแก๊ส โมเลกุลจะถือว่ามีทิศทางไดโพล ครอบครองตำแหน่งเชิงพื้นที่ที่ชดเชยผลกระทบของสนาม อนุภาคที่มีประจุอยู่ในก๊าซภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์จะเริ่มเคลื่อนที่: ไอออนบวก - ไปในทิศทางของแคโทด ไอออนลบ และอิเล็กตรอน - ไปทางแอโนด อย่างไรก็ตาม หากสนามมีศักยภาพไม่เพียงพอ กระแสประจุโดยตรงจะไม่เกิดขึ้น และเราสามารถพูดถึงกระแสที่แยกจากกัน ซึ่งอ่อนแอมากจนไม่ควรละเลย แก๊สมีลักษณะเหมือนไดอิเล็กตริก
ดังนั้น สำหรับการเกิดกระแสไฟฟ้าในก๊าซ จำเป็นต้องมีตัวพาประจุไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูงและการมีอยู่ของสนาม
แตกตัวเป็นไอออน
กระบวนการของการเพิ่มจำนวนประจุฟรีในก๊าซเหมือนหิมะถล่มนั้นเรียกว่าไอออไนซ์ ดังนั้นก๊าซที่มีอนุภาคที่มีประจุเป็นจำนวนมากจึงเรียกว่าแตกตัวเป็นไอออน มันอยู่ในก๊าซที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
กระบวนการไอออไนเซชันเกี่ยวข้องกับการละเมิดความเป็นกลางของโมเลกุล อันเป็นผลมาจากการแยกตัวของอิเล็กตรอนไอออนบวกปรากฏขึ้นการเกาะติดกันของอิเล็กตรอนกับโมเลกุลนำไปสู่การก่อตัวของไอออนลบ นอกจากนี้ยังมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมากในก๊าซไอออไนซ์ ไอออนบวกและโดยเฉพาะอย่างยิ่งอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุหลักสำหรับกระแสไฟฟ้าในก๊าซ
การแตกตัวเป็นไอออนเกิดขึ้นเมื่อพลังงานจำนวนหนึ่งถูกส่งไปยังอนุภาค ดังนั้นอิเล็กตรอนภายนอกในองค์ประกอบของโมเลกุลเมื่อได้รับพลังงานนี้สามารถออกจากโมเลกุลได้ การชนกันของอนุภาคที่มีประจุกับอนุภาคที่เป็นกลางทำให้เกิดการกระแทกของอิเล็กตรอนใหม่และกระบวนการนี้มีลักษณะเหมือนหิมะถล่ม พลังงานจลน์ของอนุภาคยังเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออนอย่างมาก
พลังงานที่ใช้กระตุ้นกระแสไฟฟ้าในก๊าซมาจากไหน? การแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซมีแหล่งพลังงานหลายแหล่ง ตามธรรมเนียมการตั้งชื่อประเภทของก๊าซนั้น
- แตกตัวเป็นไอออนด้วยสนามไฟฟ้า ในกรณีนี้ พลังงานศักย์ของสนามจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอนุภาค
- เทอร์โมอิออนไนซ์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นยังนำไปสู่การก่อตัวของค่าใช้จ่ายฟรีจำนวนมาก
- การฉายแสง. สาระสำคัญของกระบวนการนี้คืออิเล็กตรอนจะได้รับพลังงานจากควอนตัมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า - โฟตอน หากมีความถี่สูงเพียงพอ (อัลตราไวโอเลต เอ็กซ์เรย์ แกมมาควอนตา)
- ผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออนเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานจลน์ของการชนกันของอนุภาคให้เป็นพลังงานของการแยกอิเล็กตรอน เช่นกันไอออนไนซ์ความร้อนทำหน้าที่เป็นปัจจัยกระตุ้นหลักในก๊าซของกระแสไฟฟ้า
ก๊าซแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะตามค่าขีดจำกัด - พลังงานไอออไนเซชันที่จำเป็นสำหรับอิเล็กตรอนเพื่อแยกตัวออกจากโมเลกุล เอาชนะอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น ค่าของอิเล็กตรอนตัวแรกนี้มีตั้งแต่หลายโวลต์ถึงสองสิบโวลต์ ต้องการพลังงานมากขึ้นเพื่อเอาอิเล็กตรอนตัวต่อไปออกจากโมเลกุล เป็นต้น
ควรคำนึงด้วยว่ากระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้นพร้อมกันกับไอออไนเซชันในก๊าซ - การรวมตัวกันใหม่ นั่นคือการฟื้นฟูโมเลกุลที่เป็นกลางภายใต้การกระทำของแรงดึงดูดของคูลอมบ์
การปล่อยก๊าซและประเภทของมัน
ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในก๊าซเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ในทางกลับกัน การมีอยู่ของประจุดังกล่าวก็เป็นไปได้เนื่องจากปัจจัยต่างๆ ที่ทำให้เกิดไอออนไนซ์
ดังนั้น การแตกตัวเป็นไอออนด้วยความร้อนต้องใช้อุณหภูมิที่สูง แต่เปลวไฟเนื่องจากกระบวนการทางเคมีบางอย่างมีส่วนทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน แม้จะอยู่ในอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำในที่ที่มีเปลวไฟ ลักษณะของกระแสไฟฟ้าในก๊าซก็จะถูกบันทึกไว้ และการทดสอบค่าการนำไฟฟ้าของแก๊สทำให้ง่ายต่อการตรวจสอบ จำเป็นต้องวางเปลวไฟของเตาหรือเทียนไว้ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุ วงจรเปิดก่อนหน้านี้เนื่องจากช่องว่างอากาศในตัวเก็บประจุจะปิดลง กัลวาโนมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะแสดงกระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าในก๊าซเรียกว่าการปล่อยก๊าซ พึงระลึกไว้เสมอว่าเพื่อรักษาเสถียรภาพของการปลดปล่อย การกระทำของไอออไนเซอร์จะต้องคงที่ เนื่องจากการรวมตัวกันใหม่อย่างต่อเนื่อง ก๊าซจึงสูญเสียคุณสมบัติการนำไฟฟ้า ตัวนำกระแสไฟฟ้าบางส่วนในก๊าซ - ไอออน - ถูกทำให้เป็นกลางบนอิเล็กโทรดส่วนอื่น ๆ - อิเล็กตรอน - ตกลงบนขั้วบวกจะถูกส่งไปยัง "บวก" ของแหล่งกำเนิดสนาม หากปัจจัยไอออไนซ์หยุดทำงาน แก๊สจะกลายเป็นไดอิเล็กตริกอีกครั้งในทันที และกระแสจะหยุด กระแสดังกล่าวซึ่งขึ้นอยู่กับการกระทำของไอออไนเซอร์ภายนอกนั้นเรียกว่าการปล่อยประจุที่ไม่ต่อเนื่องในตัวเอง
คุณลักษณะของกระแสไฟฟ้าผ่านก๊าซอธิบายโดยการพึ่งพาอาศัยกันเป็นพิเศษของความแรงของกระแสไฟฟ้าที่มีต่อแรงดันไฟฟ้า - ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟ
ลองพิจารณาพัฒนาการของการปล่อยก๊าซบนกราฟของการพึ่งพาแรงดันไฟในปัจจุบัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นค่า U1 กระแสจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน นั่นคือ เป็นไปตามกฎของโอห์ม พลังงานจลน์เพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้ความเร็วของประจุในก๊าซ และกระบวนการนี้จึงนำหน้าการรวมตัวกันใหม่ ที่ค่าแรงดันจาก U1 ถึง U2 อัตราส่วนนี้ถูกละเมิด เมื่อถึง U2 ผู้ให้บริการชาร์จทั้งหมดจะไปถึงอิเล็กโทรดโดยไม่ต้องมีเวลารวมใหม่ มีค่าใช้จ่ายฟรีทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง และแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอีกไม่ได้ทำให้กระแสไฟเพิ่มขึ้น ธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของประจุนี้เรียกว่ากระแสอิ่มตัว ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่ากระแสไฟฟ้าในก๊าซก็เนื่องมาจากลักษณะเฉพาะของพฤติกรรมของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนในสนามไฟฟ้าที่มีจุดแข็งต่างๆ
เมื่อความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดถึงค่า U3 แรงดันไฟจะเพียงพอสำหรับสนามไฟฟ้าที่จะทำให้เกิดไอออไนซ์ของก๊าซที่เหมือนหิมะถล่ม พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนอิสระก็เพียงพอแล้วสำหรับการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล ในเวลาเดียวกัน ความเร็วของพวกมันในก๊าซส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 2,000 กม./วินาที และสูงกว่า (คำนวณโดยสูตรโดยประมาณ v=600 Ui โดยที่ Ui คือศักยภาพของไอออไนเซชัน) ขณะนี้เกิดการสลายตัวของก๊าซและกระแสไฟเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากแหล่งไอออไนซ์ภายใน ดังนั้นการปล่อยดังกล่าวจึงเรียกว่าเป็นอิสระ
การมีเครื่องสร้างประจุไอออนภายนอกในกรณีนี้ไม่มีบทบาทในการรักษากระแสไฟฟ้าในก๊าซอีกต่อไป การคายประจุแบบคงตัวเองภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันและมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้าสามารถมีคุณสมบัติบางอย่างได้ มีการปลดปล่อยตัวเองเช่นเรืองแสงประกายไฟอาร์คและโคโรนา เราจะมาดูกันว่ากระแสไฟฟ้าทำงานอย่างไรในก๊าซ โดยสังเขปสำหรับแต่ละประเภทเหล่านี้
ปล่อยแสง
ในก๊าซที่ผ่านการกลั่น ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจาก 100 (และน้อยกว่านั้น) ถึง 1,000 โวลต์ก็เพียงพอที่จะเริ่มปล่อยประจุอิสระ ดังนั้นการคายประจุแบบเรืองแสงซึ่งมีลักษณะเป็นกระแสไฟต่ำ (จาก 10-5 A ถึง 1 A) เกิดขึ้นที่ความดันปรอทไม่เกินสองสามมิลลิเมตร
ในหลอดที่มีก๊าซแรร์ไฟด์และอิเล็กโทรดเย็น การปล่อยแสงที่เปล่งออกมาจะดูเหมือนสายไฟบางๆ ที่อยู่ระหว่างอิเล็กโทรด หากคุณสูบแก๊สออกจากท่อต่อไป คุณจะสังเกตได้การเบลอของสายไฟและเมื่อกดทับด้วยปรอทหนึ่งในสิบมิลลิเมตร แสงจะส่องเข้ามาเต็มหลอดเกือบหมด ไม่มีการเรืองแสงใกล้กับแคโทด - ในพื้นที่แคโทดที่เรียกว่ามืด ส่วนที่เหลือเรียกว่าคอลัมน์บวก ในกรณีนี้ กระบวนการหลักที่รับรองการมีอยู่ของการปลดปล่อยนั้นได้รับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นอย่างแม่นยำในพื้นที่แคโทดที่มืดและในบริเวณที่อยู่ติดกัน ที่นี่อนุภาคก๊าซที่มีประจุจะถูกเร่งโดยเคาะอิเล็กตรอนออกจากแคโทด
ในการปล่อยเรืองแสง สาเหตุของการแตกตัวเป็นไอออนคือการปล่อยอิเล็กตรอนจากแคโทด อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากแคโทดทำให้เกิดอิออไนเซชันของโมเลกุลก๊าซ ไอออนบวกที่เกิดขึ้นใหม่ทำให้เกิดการปลดปล่อยทุติยภูมิจากแคโทด และอื่นๆ การเรืองแสงของคอลัมน์บวกส่วนใหญ่เกิดจากการหดตัวของโฟตอนโดยโมเลกุลของก๊าซที่ถูกกระตุ้น และก๊าซต่างๆ จะมีลักษณะเป็นแสงสีหนึ่ง คอลัมน์บวกมีส่วนร่วมในการก่อตัวของการปล่อยเรืองแสงเฉพาะเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้า หากคุณนำอิเล็กโทรดเข้ามาใกล้กัน คุณสามารถทำให้คอลัมน์บวกหายไปได้ แต่การคายประจุจะไม่หยุด อย่างไรก็ตาม ด้วยระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดที่ลดลงอีก การปล่อยแสงจะไม่มีอยู่จริง
ควรสังเกตว่าสำหรับกระแสไฟฟ้าประเภทนี้ในก๊าซ ฟิสิกส์ของกระบวนการบางอย่างยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ธรรมชาติของแรงที่ก่อให้เกิดการขยายตัวบนพื้นผิวแคโทดของภูมิภาคที่มีส่วนร่วมในการปลดปล่อยยังคงไม่ชัดเจน
ประกายไฟ
สปาร์ครายละเอียดมีลักษณะหุนหันพลันแล่น เกิดขึ้นที่ความดันใกล้เคียงกับบรรยากาศปกติ ในกรณีที่กำลังของแหล่งสนามไฟฟ้าไม่เพียงพอต่อการคงการคายประจุแบบคงที่ ในกรณีนี้ ความแรงของสนามจะสูงและสามารถเข้าถึง 3 MV/m ปรากฏการณ์นี้มีลักษณะเฉพาะด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของกระแสไฟฟ้าในก๊าซที่ปล่อยออกมาในขณะเดียวกันแรงดันไฟฟ้าก็ลดลงอย่างรวดเร็วและการปลดปล่อยจะหยุดลง จากนั้นความต่างศักย์ก็จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง และกระบวนการทั้งหมดก็จะเกิดขึ้นซ้ำๆ
ด้วยการคายประจุประเภทนี้ ช่องประกายไฟในระยะสั้นจะก่อตัวขึ้น การเจริญเติบโตสามารถเริ่มจากจุดใดก็ได้ระหว่างขั้วไฟฟ้า เนื่องจากผลกระทบของไอออไนเซชันเกิดขึ้นแบบสุ่มในสถานที่ที่มีไอออนจำนวนมากที่สุดกระจุกตัวอยู่ในปัจจุบัน ใกล้กับช่องประกายไฟ ก๊าซจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและผ่านการขยายตัวทางความร้อน ซึ่งทำให้เกิดคลื่นเสียง ดังนั้นการปล่อยประกายไฟจะมาพร้อมกับเสียงแตกเช่นเดียวกับการปล่อยความร้อนและการเรืองแสงที่สดใส กระบวนการไอออไนเซชันของหิมะถล่มทำให้เกิดแรงกดดันและอุณหภูมิสูงถึง 10,000 องศาและอีกมากมายในช่องประกายไฟ
ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของการปล่อยประกายไฟตามธรรมชาติคือฟ้าผ่า เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องประกายไฟหลักสามารถอยู่ในช่วงไม่กี่เซนติเมตรถึง 4 ม. และความยาวของช่องสามารถเข้าถึงได้ 10 กม. ขนาดของกระแสน้ำสูงถึง 500,000 แอมแปร์ และความต่างศักย์ระหว่างเมฆฝนฟ้าคะนองกับพื้นผิวโลกสูงถึงหนึ่งพันล้านโวลต์
พบฟ้าผ่าที่ยาวที่สุด 321 กม. ในปี 2550 ที่รัฐโอคลาโฮมา สหรัฐอเมริกา เจ้าของสถิติในช่วงเวลานั้นเป็นฟ้าผ่า บันทึกไว้ในปี 2555 ในเทือกเขาแอลป์ฝรั่งเศส - กินเวลานานกว่า 7.7 วินาที เมื่อถูกฟ้าผ่า อากาศจะร้อนได้ถึง 30,000 องศา ซึ่งมากกว่าอุณหภูมิพื้นผิวที่มองเห็นของดวงอาทิตย์ถึง 6 เท่า
ในกรณีที่พลังของแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้ามีขนาดใหญ่เพียงพอ การปล่อยประกายไฟจะกลายเป็นอาร์ค
การปลดปล่อยอาร์ค
การคายประจุเองประเภทนี้มีลักษณะความหนาแน่นกระแสสูงและแรงดันไฟต่ำ (น้อยกว่าการปล่อยแสง) ระยะการแยกย่อยมีน้อยเนื่องจากความใกล้ชิดของอิเล็กโทรด การคายประจุเริ่มต้นโดยการปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวแคโทด (สำหรับอะตอมของโลหะ ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโมเลกุลของแก๊ส) ในระหว่างการสลายระหว่างอิเล็กโทรด สภาวะต่างๆ จะถูกสร้างขึ้นโดยที่แก๊สนำกระแสไฟฟ้า และเกิดประกายไฟขึ้นซึ่งจะปิดวงจร หากแหล่งจ่ายแรงดันไฟมีขนาดใหญ่เพียงพอ การปล่อยประกายไฟจะกลายเป็นอาร์คไฟฟ้าที่เสถียร
ไอออไนเซชันในระหว่างการปล่อยอาร์คถึงเกือบ 100% กระแสไฟจะสูงมากและอาจมีค่าตั้งแต่ 10 ถึง 100 แอมแปร์ ที่ความดันบรรยากาศส่วนโค้งสามารถให้ความร้อนสูงถึง 5–6,000 องศาและแคโทด - สูงถึง 3,000 องศาซึ่งนำไปสู่การปล่อยความร้อนที่รุนแรงจากพื้นผิว การทิ้งระเบิดของแอโนดด้วยอิเล็กตรอนนำไปสู่การทำลายล้างบางส่วน: มีช่องว่างเกิดขึ้น - ปล่องภูเขาไฟที่มีอุณหภูมิประมาณ 4000 °C ความดันที่เพิ่มขึ้นทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก
เมื่อทำการแผ่อิเล็กโทรด การคายประจุอาร์คจะคงที่จนถึงระยะหนึ่งซึ่งช่วยให้คุณจัดการกับอุปกรณ์ไฟฟ้าในพื้นที่ที่เป็นอันตรายเนื่องจากการกัดกร่อนและความเหนื่อยหน่ายของหน้าสัมผัสที่เกิดจากมัน อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่ สวิตช์ไฟฟ้าแรงสูงและอัตโนมัติ คอนแทคเตอร์ และอื่นๆ วิธีหนึ่งในการต่อสู้กับส่วนโค้งที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดหน้าสัมผัสคือการใช้รางโค้งตามหลักการของส่วนโค้ง นอกจากนี้ยังมีการใช้วิธีการอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การเชื่อมหน้าสัมผัส การใช้วัสดุที่มีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนสูง และอื่นๆ
ปล่อยโคโรนา
การพัฒนาของการปล่อยโคโรนาเกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศปกติในสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างรวดเร็วใกล้กับอิเล็กโทรดที่มีความโค้งขนาดใหญ่ของพื้นผิว สิ่งเหล่านี้อาจเป็นยอดแหลม เสากระโดง สายไฟ องค์ประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีรูปร่างซับซ้อน หรือแม้แต่เส้นผมของมนุษย์ อิเล็กโทรดดังกล่าวเรียกว่าอิเล็กโทรดโคโรนา กระบวนการไอออไนเซชันและด้วยเหตุนี้ การเรืองแสงของก๊าซจึงเกิดขึ้นใกล้กับมันเท่านั้น
โคโรนาสามารถก่อตัวได้ทั้งบนแคโทด (โคโรนาเชิงลบ) เมื่อถูกทิ้งระเบิดด้วยไอออน และบนแอโนด (บวก) อันเป็นผลมาจากการโฟโตอิออไนเซชัน โคโรนาเชิงลบซึ่งกระบวนการไอออไนเซชันถูกนำออกจากอิเล็กโทรดอันเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อนนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการเรืองแสงที่สม่ำเสมอ ในโคโรนาที่เป็นบวก สามารถสังเกตลำแสงได้ - เส้นเรืองแสงของการกำหนดค่าที่ขาดซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นช่องจุดประกายได้
ตัวอย่างการปล่อยโคโรนาในสภาพธรรมชาติคือไฟของเซนต์เอลโมที่เกิดขึ้นที่ปลายเสาสูง ยอดไม้ และอื่นๆ เกิดขึ้นจากไฟฟ้าแรงสูงทุ่งนาในบรรยากาศ บ่อยครั้งก่อนเกิดพายุฝนฟ้าคะนองหรือระหว่างพายุหิมะ นอกจากนี้ พวกมันยังถูกตรึงบนผิวหนังของเครื่องบินที่ตกลงไปในก้อนเมฆของเถ้าภูเขาไฟ
การปล่อยโคโรนาบนสายไฟทำให้เกิดการสูญเสียไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ที่ไฟฟ้าแรงสูง การปลดปล่อยโคโรนาสามารถกลายเป็นส่วนโค้งได้ มันถูกต่อสู้ในรูปแบบต่างๆ เช่น โดยการเพิ่มรัศมีความโค้งของตัวนำ
กระแสไฟฟ้าในแก๊สและพลาสม่า
ก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนทั้งหมดหรือบางส่วนเรียกว่าพลาสม่า และถือเป็นสถานะที่สี่ของสสาร โดยรวมแล้ว พลาสมาเป็นกลางทางไฟฟ้า เนื่องจากประจุทั้งหมดของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบเป็นศูนย์ สิ่งนี้ทำให้แตกต่างจากระบบอนุภาคที่มีประจุอื่นๆ เช่น ลำอิเล็กตรอน
ภายใต้สภาวะธรรมชาติ พลาสมาจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากการชนกันของอะตอมของแก๊สด้วยความเร็วสูง สสารแบริออนส่วนใหญ่ในจักรวาลอยู่ในสถานะของพลาสมา เหล่านี้คือดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสสารระหว่างดาว ก๊าซในอวกาศ ไอโอสเฟียร์ของโลกยังเป็นพลาสมาที่แตกตัวเป็นไอออนที่หายากด้วย
ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนเป็นลักษณะสำคัญของพลาสม่า - คุณสมบัติการนำไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับระดับนั้น ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของจำนวนอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนต่อจำนวนอะตอมทั้งหมดต่อหน่วยปริมาตร ยิ่งพลาสมาแตกตัวเป็นไอออนมากเท่าใด ค่าการนำไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้น นอกจากนี้ยังโดดเด่นด้วยความคล่องตัวสูง
เราจึงเห็นว่าก๊าซที่นำไฟฟ้าอยู่ภายในช่องทางจำหน่ายเป็นเพียงพลาสมา ดังนั้นการปล่อยแสงและโคโรนาจึงเป็นตัวอย่างของพลาสมาเย็น ช่องประกายไฟของสายฟ้าหรืออาร์คไฟฟ้าเป็นตัวอย่างของพลาสมาที่ร้อนและแตกตัวเป็นไอออนเกือบทั้งหมด
กระแสไฟฟ้าในโลหะ ของเหลว และก๊าซ - ความต่างและความเหมือน
ลองพิจารณาคุณสมบัติที่บ่งบอกลักษณะการปล่อยก๊าซโดยเปรียบเทียบกับคุณสมบัติของกระแสในสื่ออื่นๆ
ในโลหะ กระแสคือการเคลื่อนที่โดยตรงของอิเล็กตรอนอิสระที่ไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ตัวนำประเภทนี้เรียกว่าตัวนำชนิดแรก ซึ่งรวมถึงโลหะและโลหะผสม ถ่านหิน เกลือและออกไซด์บางชนิด มีความโดดเด่นด้วยการนำไฟฟ้า
ตัวนำชนิดที่สองคืออิเล็กโทรไลต์ นั่นคือ สารละลายที่เป็นของเหลวของด่าง กรด และเกลือ การไหลของกระแสสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในอิเล็กโทรไลต์ - อิเล็กโทรไลซิส ไอออนของสารที่ละลายในน้ำภายใต้การกระทำของความต่างศักย์เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม: ไอออนบวกบวก - ไปยังแคโทด, แอนไอออนลบ - ไปยังขั้วบวก กระบวนการนี้มาพร้อมกับวิวัฒนาการของก๊าซหรือการสะสมของชั้นโลหะบนแคโทด ตัวนำชนิดที่สองมีลักษณะการนำไฟฟ้าไอออนิก
สำหรับค่าการนำไฟฟ้าของก๊าซ ประการแรก ชั่วคราว และประการที่สอง มีความคล้ายคลึงและความแตกต่างของก๊าซแต่ละชนิด ดังนั้น กระแสไฟฟ้าทั้งในอิเล็กโทรไลต์และก๊าซจึงเป็นการดริฟท์ของอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามซึ่งมุ่งตรงไปยังอิเล็กโทรดที่อยู่ตรงข้ามกัน อย่างไรก็ตาม ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์มีลักษณะเฉพาะโดยการนำอิออนิกอย่างหมดจด ในการปล่อยก๊าซด้วยการรวมกันการนำไฟฟ้าประเภทอิเล็กทรอนิกส์และอิออนบทบาทนำเป็นของอิเล็กตรอน ความแตกต่างระหว่างกระแสไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซก็คือธรรมชาติของการแตกตัวเป็นไอออน ในอิเล็กโทรไลต์ โมเลกุลของสารประกอบที่ละลายในน้ำจะแยกตัวออกจากกัน แต่ในก๊าซ โมเลกุลจะไม่แตกตัว แต่สูญเสียอิเล็กตรอนเท่านั้น ดังนั้นการปล่อยก๊าซเช่นเดียวกับกระแสในโลหะจึงไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
ฟิสิกส์ของกระแสไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซก็ไม่เหมือนกัน ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดเป็นไปตามกฎของโอห์ม แต่ไม่พบในระหว่างการปล่อยก๊าซ ลักษณะเฉพาะของโวลต์-แอมแปร์ของก๊าซมีลักษณะที่ซับซ้อนกว่ามากซึ่งสัมพันธ์กับคุณสมบัติของพลาสมา
การกล่าวขวัญถึงคุณสมบัติทั่วไปและโดดเด่นของกระแสไฟฟ้าในก๊าซและในสุญญากาศ สูญญากาศเกือบจะเป็นอิเล็กทริกที่สมบูรณ์แบบ "เกือบ" - เพราะในสุญญากาศแม้จะไม่มีผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าฟรี (ที่แม่นยำกว่าคือความเข้มข้นต่ำมาก) กระแสไฟฟ้าก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่ตัวพาที่มีศักยภาพมีอยู่แล้วในก๊าซ พวกมันจำเป็นต้องแตกตัวเป็นไอออนเท่านั้น ตัวพาประจุถูกนำเข้าสู่สุญญากาศจากสสาร ตามกฎแล้ว สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในกระบวนการปล่อยอิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น เมื่อแคโทดถูกทำให้ร้อน (การปล่อยความร้อน) แต่อย่างที่เราได้เห็น การปล่อยก๊าซก็มีบทบาทสำคัญในการปล่อยก๊าซประเภทต่างๆ
การใช้การปล่อยก๊าซในเทคโนโลยี
ผลกระทบที่เป็นอันตรายของการปลดปล่อยบางอย่างได้รับการกล่าวถึงข้างต้นโดยสังเขปแล้ว ทีนี้มาดูประโยชน์ที่ได้รับจากอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวันกัน
การปล่อยแสงเรืองแสงถูกใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า(ความคงตัวของแรงดันไฟฟ้า) ในเทคโนโลยีการเคลือบ (วิธีแคโทดสปัตเตอร์ตามปรากฏการณ์การกัดกร่อนของแคโทด) ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จะใช้ในการผลิตไอออนและลำอิเล็กตรอน ขอบเขตการใช้งานที่รู้จักกันดีสำหรับการปล่อยแสงเรืองแสงคือหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เรียกว่าหลอดประหยัดและหลอดนีออนและอาร์กอนสำหรับตกแต่ง นอกจากนี้ การปล่อยเรืองแสงยังใช้ในเลเซอร์ก๊าซและในสเปกโทรสโกปี
จุดประกายไฟใช้ในฟิวส์ ด้วยวิธีอิเล็กโทรโรซีฟของกระบวนการแปรรูปโลหะที่มีความแม่นยำ (การตัดประกายไฟ การเจาะ และอื่นๆ) แต่เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการใช้งานในหัวเทียนของเครื่องยนต์สันดาปภายในและในเครื่องใช้ในครัวเรือน (เตาแก๊ส)
การปลดปล่อยอาร์ค ซึ่งถูกใช้ครั้งแรกในเทคโนโลยีการให้แสงสว่างในปี พ.ศ. 2419 (เทียนของยาโบลชคอฟ - "แสงรัสเซีย") ยังคงเป็นแหล่งกำเนิดแสง เช่น ในโปรเจ็กเตอร์และสปอตไลท์อันทรงพลัง ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า ส่วนโค้งถูกใช้ในวงจรเรียงกระแสแบบปรอท นอกจากนี้ยังใช้ในการเชื่อมไฟฟ้า การตัดโลหะ เตาไฟฟ้าอุตสาหกรรมสำหรับการถลุงเหล็กและโลหะผสม
การปลดปล่อยโคโรนาถูกใช้ในเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิตสำหรับการทำความสะอาดก๊าซไอออน เครื่องนับอนุภาคมูลฐาน สายล่อฟ้า ระบบปรับอากาศ การปล่อยโคโรนายังใช้งานได้ในเครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์เลเซอร์ โดยจะชาร์จและปล่อยดรัมไวแสงและถ่ายโอนผงจากดรัมไปยังกระดาษ
ดังนั้นการปล่อยก๊าซทุกประเภทจึงพบมากที่สุดโปรแกรมกว้าง กระแสไฟฟ้าในก๊าซถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จและมีประสิทธิภาพในหลาย ๆ ด้านของเทคโนโลยี
