Die ouderdom waarin ons leef, kan die ouderdom van elektrisiteit genoem word. Die werking van rekenaars, televisies, motors, satelliete, kunsmatige beligtingstoestelle is maar 'n klein deel van die voorbeelde waar dit gebruik word. Een van die interessante en belangrike prosesse vir 'n persoon is 'n elektriese ontlading. Kom ons kyk van nader na wat dit is.
'n Kort geskiedenis van die studie van elektrisiteit
Wanneer het die mens met elektrisiteit kennis gemaak? Dit is moeilik om hierdie vraag te beantwoord, omdat dit op 'n verkeerde manier gestel is, want die opvallendste natuurverskynsel is weerlig, bekend van ouds af.
Die betekenisvolle studie van elektriese prosesse het eers aan die einde van die eerste helfte van die 18de eeu begin. Hier moet gelet word op 'n ernstige bydrae tot die idees van die mens oor elektrisiteit deur Charles Coulomb, wat die krag van interaksie van gelaaide deeltjies bestudeer het, George Ohm, wat die parameters van die stroom in 'n geslote stroombaan wiskundig beskryf het, en Benjamin Franklin, wat het baie eksperimente uitgevoer en die aard van die bogenoemde bestudeerweerlig. Benewens hulle het wetenskaplikes soos Luigi Galvani (die studie van senuwee-impulse, die uitvinding van die eerste "battery") en Michael Faraday (die studie van stroom in elektroliete) 'n groot rol gespeel in die ontwikkeling van die fisika van elektrisiteit.
Die prestasies van al hierdie wetenskaplikes het 'n stewige grondslag geskep vir die studie en begrip van komplekse elektriese prosesse, waarvan een 'n elektriese ontlading is.
Wat is 'n ontslag en watter voorwaardes is nodig vir die bestaan daarvan?
Ontlading van elektriese stroom is 'n fisiese proses wat gekenmerk word deur die teenwoordigheid van 'n vloei van gelaaide deeltjies tussen twee ruimtelike streke met verskillende potensiaal in 'n gasvormige medium. Kom ons breek hierdie definisie af.
Eerstens, wanneer mense oor ontslag praat, bedoel hulle altyd gas. Ontladings in vloeistowwe en vaste stowwe kan ook voorkom (afbreek van 'n vaste kapasitor), maar die proses om hierdie verskynsel te bestudeer is makliker om te oorweeg in 'n minder digte medium. Boonop is dit die ontladings in gasse wat dikwels waargeneem word en is van groot belang vir menselewe.
Tweedens, soos gestel in die definisie van 'n elektriese ontlading, vind dit slegs plaas wanneer aan twee belangrike voorwaardes voldoen word:
- wanneer daar 'n potensiaalverskil is (elektriese veldsterkte);
- teenwoordigheid van ladingdraers (vry ione en elektrone).
Die potensiaalverskil verseker die gerigte beweging van die lading. As dit 'n sekere drempelwaarde oorskry, verander die nie-selfonderhoudende ontlading inselfonderhoudend of selfonderhoudend.
Wat gratis koste-draers betref, hulle is altyd teenwoordig in enige gas. Hul konsentrasie hang natuurlik af van 'n aantal eksterne faktore en die eienskappe van die gas self, maar die feit van hul teenwoordigheid is onbetwisbaar. Dit is te wyte aan die bestaan van sulke bronne van ionisasie van neutrale atome en molekules soos ultravioletstrale van die Son, kosmiese straling en die natuurlike bestraling van ons planeet.
Die verwantskap tussen die potensiaalverskil en die draerkonsentrasie bepaal die aard van die ontlading.
tipes elektriese ontladings
Kom ons lys hierdie spesies, en dan sal ons elkeen van hulle in meer besonderhede karakteriseer. Dus, alle ontladings in gasvormige media word gewoonlik in die volgende verdeel:
- smeul;
- vonk;
- boog;
- kroon.
Fisies verskil hulle slegs van mekaar in krag (stroomdigtheid) en, as gevolg daarvan, in temperatuur, sowel as in die aard van hul manifestasie in tyd. In alle gevalle praat ons van die oordrag van 'n positiewe lading (katione) na die katode (lae potensiaal area) en 'n negatiewe lading (anione, elektrone) na die anode (hoë potensiaal sone).
Gloedontlading
Vir sy bestaan is dit nodig om lae gasdruk te skep (honderde en duisende kere minder as atmosferiese druk). 'n Gloei ontlading word waargeneem in katodebuise wat met 'n soort gas gevul is (byvoorbeeld Ne, Ar, Kr en ander). Die aanwending van spanning op die elektrodes van die buis lei tot die aktivering van die volgende proses: beskikbaar in die gaskatione begin vinnig beweeg, bereik die katode, hulle tref dit, dra momentum oor en slaan elektrone uit. Laasgenoemde, in die teenwoordigheid van voldoende kinetiese energie, kan lei tot die ionisasie van neutrale gasmolekules. Die beskryfde proses sal slegs selfonderhoudend wees in die geval van voldoende energie van die katione wat die katode bombardeer en 'n sekere hoeveelheid daarvan, wat afhang van die potensiaalverskil by die elektrodes en die gasdruk in die buis.
Gloedontlading gloei. Die uitstraling van elektromagnetiese golwe is te wyte aan twee parallelle prosesse:
- herkombinasie van elektron-katioonpare gepaard met energievrystelling;
- oorgang van neutrale gasmolekules (atome) vanaf die opgewekte toestand na die grondtoestand.
Tipiese kenmerke van hierdie tipe ontlading is klein strome ('n paar milliampere) en klein stilstaande spannings (100-400 V), maar die drumpelspanning is etlike duisende volt, afhangend van die druk van die gas.
Voorbeelde van gloei ontlading is fluoresserende en neon lampe. In die natuur kan hierdie tipe aan die noordelike ligte toegeskryf word (die beweging van ioon vloei in die Aarde se magneetveld).
vonkafvoer
Dit is 'n tipiese atmosferiese elektriese ontlading wat soos weerlig voorkom. Vir sy bestaan is nie net die teenwoordigheid van hoë gasdruk (1 atm of meer), maar ook groot spanning nodig. Lug is 'n redelik goeie diëlektrikum (isolator). Die deurlaatbaarheid daarvan wissel van 4 tot 30 kV/cm, afhangende vandie teenwoordigheid van vog en vaste deeltjies daarin. Hierdie syfers dui aan dat 'n minimum van 4 000 000 volt op elke meter lug toegepas moet word om 'n onklaarraking (vonk) te produseer!
In die natuur kom sulke toestande in cumuluswolke voor, wanneer, as gevolg van wrywing tussen lugmassas, lugkonveksie en kristallisasie (kondensasie), die ladings herverdeel word op so 'n wyse dat die onderste lae van die wolke negatief gelaai, en die boonste lae positief. Die potensiaalverskil akkumuleer geleidelik op, wanneer die waarde daarvan die isolasievermoë van lug begin oorskry ('n paar miljoen volts per meter), dan vind weerlig plaas - 'n elektriese ontlading wat 'n fraksie van 'n sekonde duur. Die stroomsterkte daarin bereik 10-40 duisend ampère, en die plasmatemperatuur in die kanaal styg tot 20 000 K.
Die minimum energie wat tydens die weerligproses vrygestel word, kan bereken word as ons die volgende data in ag neem: die proses ontwikkel gedurende t=110-6 s, I=10 000 A, U=109 B, dan kry ons:
E=IUt=10 miljoen J
Die resulterende syfer is gelykstaande aan die energie wat vrygestel word deur die ontploffing van 250 kg dinamiet.
Boogontlading
Sowel as vonk vind dit plaas wanneer daar genoeg druk in die gas is. Die eienskappe daarvan is amper heeltemal soortgelyk aan die vonk, maar daar is verskille:
- Eerstens bereik die strome tienduisend ampère, maar die spanning is terselfdertyd etlike honderde volts, wat geassosieer word methoogs geleidende medium;
- tweedens bestaan die boogontlading stabiel in tyd, anders as die vonk.
Die oorgang na hierdie tipe ontlading word uitgevoer deur 'n geleidelike toename in spanning. Die ontlading word gehandhaaf as gevolg van termioniese emissie vanaf die katode. 'n Treffende voorbeeld hiervan is die sweisboog.
Corona-ontlading
Hierdie tipe elektriese ontlading in gasse is dikwels waargeneem deur matrose wat na die Nuwe Wêreld gereis het wat deur Columbus ontdek is. Hulle het die blouerige gloed aan die punte van die maste "St. Elmo's lights" genoem.
'n Korona-ontlading vind plaas rondom voorwerpe wat 'n baie sterk elektriese veldsterkte het. Sulke toestande word geskep naby skerp voorwerpe (maste van skepe, geboue met geweldakke). Wanneer 'n liggaam 'n mate van statiese lading het, lei die veldsterkte aan sy punte tot ionisasie van die omliggende lug. Die resulterende ione begin hul dryf na die bron van die veld. Hierdie swak strome, wat soortgelyke prosesse veroorsaak as in die geval van 'n gloei ontlading, lei tot die voorkoms van 'n gloed.
Gevaar van afskeidings vir menslike gesondheid
Korona- en gloei-ontladings hou nie 'n besondere gevaar vir mense in nie, aangesien dit deur lae strome (milliampere) gekenmerk word. Die ander twee van die bogenoemde afskeidings is dodelik in geval van direkte kontak daarmee.
As 'n persoon die nadering van weerlig waarneem, dan moet hy alle elektriese toestelle (insluitend selfone) afskakel en homself ook posisioneer om nie uit die omliggende area uit te staan m.b.t.hoogte.
