Yaşadığımız çağa elektrik çağı denilebilir. Bilgisayarların, televizyonların, otomobillerin, uyduların, yapay aydınlatma cihazlarının çalışması, kullanıldığı örneklerin sadece küçük bir kısmıdır. Bir kişi için ilginç ve önemli süreçlerden biri elektrik boşalmasıdır. Ne olduğuna daha yakından bakalım.
Elektrik Çalışmasının Kısa Tarihi
İnsan elektrikle ne zaman tanıştı? Bu soruyu cevaplamak zor çünkü yanlış bir şekilde konulmuştu, çünkü en çarpıcı doğa olayı çok eski zamanlardan beri bilinen şimşektir.
Elektriksel süreçlerin anlamlı çalışması ancak 18. yüzyılın ilk yarısının sonunda başladı. Burada, yüklü parçacıkların etkileşim kuvvetini inceleyen Charles Coulomb, kapalı bir devrede akımın parametrelerini matematiksel olarak tanımlayan George Ohm ve Benjamin Franklin'in elektrikle ilgili insan fikirlerine ciddi bir katkısı olduğu belirtilmelidir. yukarıda belirtilenlerin doğasını inceleyen birçok deney yaptıyıldırım. Bunlara ek olarak, Luigi Galvani (sinir uyarılarının incelenmesi, ilk "pilin" icadı) ve Michael Faraday (elektrolitlerdeki akımın incelenmesi) gibi bilim adamları, elektrik fiziğinin gelişmesinde büyük rol oynadı.
Bütün bu bilim adamlarının başarıları, biri elektrik boşalması olan karmaşık elektriksel süreçlerin incelenmesi ve anlaşılması için sağlam bir temel oluşturdu.
Deşarj nedir ve varlığı için hangi koşullar gereklidir?
Elektrik akımının deşarjı, gazlı bir ortamda farklı potansiyellere sahip iki uzaysal bölge arasında yüklü parçacıkların akışının varlığı ile karakterize edilen fiziksel bir süreçtir. Bu tanımı parçalayalım.
Birincisi, insanlar deşarj hakkında konuştuklarında, her zaman gazdan bahsediyorlar. Sıvılarda ve katılarda deşarjlar da meydana gelebilir (katı bir kapasitörün bozulması), ancak bu fenomeni inceleme sürecini daha az yoğun bir ortamda düşünmek daha kolaydır. Ayrıca sıklıkla gözlemlenen ve insan yaşamı için büyük önem taşıyan gazlardaki deşarjlardır.
İkinci olarak, elektrik boşalmasının tanımında belirtildiği gibi, yalnızca iki önemli koşul karşılandığında meydana gelir:
- potansiyel fark olduğunda (elektrik alan şiddeti);
- Yük taşıyıcıların varlığı (serbest iyonlar ve elektronlar).
Potansiyel fark, yükün yönlendirilmiş hareketini sağlar. Belirli bir eşik değerini aşarsa, kendi kendine devam etmeyen deşarj olur.kendi kendine yeten veya kendi kendine yeten.
Ücretsiz yük taşıyıcılarına gelince, bunlar her zaman herhangi bir gazda bulunurlar. Konsantrasyonları elbette bir dizi dış faktöre ve gazın özelliklerine bağlıdır, ancak varlıklarının gerçeği tartışılmaz. Bunun nedeni, Güneş'ten gelen ultraviyole ışınları, kozmik radyasyon ve gezegenimizin doğal radyasyonu gibi nötr atomların ve moleküllerin iyonlaşma kaynaklarının varlığıdır.
Potansiyel fark ile taşıyıcı konsantrasyonu arasındaki ilişki, deşarjın doğasını belirler.
Elektrik boşalması türleri
Bu türleri listeleyelim, ardından her birini daha ayrıntılı olarak karakterize edeceğiz. Bu nedenle, gazlı ortamdaki tüm deşarjlar genellikle aşağıdakilere ayrılır:
- için için yanan;
- kıvılcım;
- ark;
- taç.
Fiziksel olarak, birbirlerinden yalnızca güç (akım yoğunluğu) ve sonuç olarak sıcaklık ve zaman içindeki tezahürlerinin doğası bakımından farklıdırlar. Her durumda, pozitif bir yükün (katyonlar) katoda (düşük potansiyel alan) ve bir negatif yükün (anyonlar, elektronlar) anoda (yüksek potansiyel bölge) transferinden bahsediyoruz.
Glow Deşarjı
Varlığı için düşük gaz basınçları (atmosfer basıncından yüzlerce ve binlerce kat daha az) oluşturmak gerekir. Bir tür gazla (örneğin Ne, Ar, Kr ve diğerleri) doldurulmuş katot tüplerinde bir kızdırma deşarjı gözlenir. Tüpün elektrotlarına voltaj uygulanması, aşağıdaki işlemin aktivasyonuna yol açar: gazda bulunurkatyonlar hızla hareket etmeye başlar, katoda ulaşır, ona çarpar, momentum aktarır ve elektronları nakavt eder. İkincisi, yeterli kinetik enerjinin varlığında, nötr gaz moleküllerinin iyonlaşmasına yol açabilir. Tarif edilen süreç, yalnızca katodu bombalayan katyonların yeterli enerjisi ve elektrotlardaki potansiyel farka ve tüpteki gaz basıncına bağlı olarak belirli bir miktarı olması durumunda kendi kendine devam edecektir.
Glow deşarjı parlıyor. Elektromanyetik dalgaların emisyonu iki paralel süreçten kaynaklanmaktadır:
- enerji salınımının eşlik ettiği elektron-katyon çiftlerinin rekombinasyonu;
- nötr gaz moleküllerinin (atomlar) uyarılmış halden temel duruma geçişi.
Bu tip deşarjın tipik özellikleri, küçük akımlar (birkaç miliamper) ve küçük sabit voltajlardır (100-400 V), ancak eşik voltajı gazın basıncına bağlı olarak birkaç bin volttur.
Işıma deşarjı örnekleri, floresan ve neon lambalardır. Doğada, bu tür kuzey ışıklarına atfedilebilir (Dünya'nın manyetik alanındaki iyon akışlarının hareketi).
Kıvılcım deşarjı
Bu, yıldırım gibi görünen tipik bir atmosferik elektrik boşalmasıdır. Varlığı için sadece yüksek gaz basınçlarının (1 atm veya daha fazla) varlığı değil, aynı zamanda büyük stresler de gereklidir. Hava oldukça iyi bir dielektriktir (yalıtkandır). Geçirgenliği, bağlı olarak 4 ila 30 kV/cm arasında değişmektedir.içinde nem ve katı parçacıkların varlığı. Bu rakamlar, bir arıza (kıvılcım) oluşturmak için her bir metre havaya minimum 4.000.000 volt uygulanması gerektiğini göstermektedir!
Doğada, bu tür koşullar kümülüs bulutlarında meydana gelir; hava kütleleri arasındaki sürtünme, hava taşınımı ve kristalleşme (yoğunlaşma) sonucunda yükler, bulutların alt katmanları olacak şekilde yeniden dağıtılır. negatif ve üst katmanlar pozitif olarak yüklenir. Potansiyel fark, değeri havanın yalıtım özelliklerini (metre başına birkaç milyon volt) aşmaya başladığında yavaş yavaş birikir, daha sonra yıldırım meydana gelir - bir saniyenin kesri kadar süren bir elektrik boşalması. İçindeki mevcut güç 10-40 bin ampere ulaşır ve kanaldaki plazma sıcaklığı 20.000 K'ye yükselir.
Yıldırım süreci sırasında açığa çıkan minimum enerji, aşağıdaki verileri dikkate alırsak hesaplanabilir: süreç t=110-6 s sırasında gelişir, I=10 000 A, U=109 B, sonra şunu elde ederiz:
E=IUt=10 milyon J
Ortaya çıkan rakam 250 kg dinamitin patlamasıyla açığa çıkan enerjiye eşittir.
Ark Deşarjı
Kıvılcımın yanı sıra gazda yeterli basınç olduğunda oluşur. Özellikleri kıvılcımla neredeyse tamamen benzer, ancak farklılıklar var:
- İlk olarak, akımlar on bin ampere ulaşır, ancak aynı zamanda voltaj birkaç yüz volttur, bu da bununla ilişkilidir.son derece iletken ortam;
- ikinci olarak, ark deşarjı kıvılcımın aksine zaman içinde kararlı bir şekilde var olur.
Bu tip deşarja geçiş, voltajda kademeli bir artışla gerçekleştirilir. Katottan termiyonik emisyon nedeniyle deşarj korunur. Bunun çarpıcı bir örneği kaynak arkıdır.
Korona deşarjı
Gazlardaki bu tür elektrik boşalması, Columbus tarafından keşfedilen Yeni Dünya'ya seyahat eden denizciler tarafından sıklıkla gözlemlendi. Direklerin ucundaki mavimsi parıltıya "Aziz Elmo'nun ışıkları" dediler.
Çok güçlü bir elektrik alan kuvvetine sahip nesnelerin etrafında bir korona deşarjı meydana gelir. Bu tür koşullar keskin nesnelerin (gemi direkleri, üçgen çatılı binalar) yakınında yaratılır. Bir cismin bir miktar statik yükü olduğunda, uçlarındaki alan gücü çevredeki havanın iyonlaşmasına yol açar. Ortaya çıkan iyonlar, alanın kaynağına doğru sürüklenmeye başlar. Bir ışıma deşarjı durumunda olduğu gibi benzer süreçlere neden olan bu zayıf akımlar, bir ışıma görünümüne yol açar.
İnsan sağlığına deşarj tehlikesi
Korona ve kızdırma deşarjları, düşük akımlarla (miliamper) karakterize edildiğinden insanlar için özel bir tehlike oluşturmaz. Yukarıdaki deşarjlardan diğer ikisi, onlarla doğrudan temas halinde ölümcüldür.
Bir kişi yıldırımın yaklaştığını gözlemlerse, tüm elektrikli aletleri (cep telefonları dahil) kapatmalı ve ayrıca kendisini çevredeki ışık açısından öne çıkmayacak şekilde konumlandırmalıdır.yükseklik.
