Биз жашап жаткан доорду электр энергиясынын доору десек болот. Компьютерлердин, телевизорлордун, автоунаалардын, спутниктердин, жасалма жарык берүүчү түзүлүштөрдүн иштеши ал колдонулган мисалдардын кичинекей бир бөлүгү гана. Адам үчүн кызыктуу жана маанилүү процесстердин бири – бул электрдик разряд. Келгиле, бул эмне экенин кененирээк карап чыгалы.
Электр энергиясын изилдөөнүн кыскача тарыхы
Адамзат электр энергиясы менен качан таанышкан? Бул суроого жооп берүү кыйын, анткени ал туура эмес коюлган, анткени эң таң калыштуу табият кубулушу – бул чагылган, ал эзелтеден бери белгилүү.
Электрдик процесстерди маңыздуу изилдөө 18-кылымдын биринчи жарымынын аягында гана башталган. Бул жерде заряддуу бөлүкчөлөрдүн өз ара аракеттенүү күчүн изилдеген Чарльз Кулондун, жабык чынжырдагы токтун параметрлерин математикалык түрдө сүрөттөгөн Джордж Омдун жана Бенджамин Франклиндин электр жөнүндө адамдын идеяларына кошкон олуттуу салымын белгилей кетүү керек. жогоруда айтылгандардын табиятын изилдеп, көптөгөн эксперименттерди жүргүзгөнчагылган. Алардан тышкары Луиджи Галвани (нерв импульстарын изилдөө, биринчи «батареяны» ойлоп табуу) жана Майкл Фарадей (электролиттердеги токту изилдөө) сыяктуу окумуштуулар электр энергиясынын физикасын өнүктүрүүдө чоң роль ойношкон.
Бул илимпоздордун бардыгынын жетишкендиктери татаал электрдик процесстерди изилдөө жана түшүнүү үчүн бекем негиз түздү, алардын бири электр разряды.
Разряд деген эмне жана анын болушу үчүн кандай шарттар керек?
Электр тогунун разряды – газ чөйрөсүндө потенциалы ар түрдүү болгон эки мейкиндик аймактын ортосунда заряддалган бөлүкчөлөрдүн агымынын болушу менен мүнөздөлүүчү физикалык процесс. Келгиле, бул аныктаманы бөлүп көрөлү.
Биринчиден, адамдар разряд жөнүндө айтканда, алар дайыма газды билдирет. Суюктуктардагы жана катуу заттардагы разряддар да болушу мүмкүн (катуу конденсатордун бузулушу), бирок бул кубулушту изилдөө процессин тыгыздыгы азыраак чөйрөдө кароо оңой. Анын үстүнө газдардагы разряддар көп кездешет жана адам өмүрү үчүн чоң мааниге ээ.
Экинчиден, электр разрядынын аныктамасында айтылгандай, ал эки маанилүү шарт аткарылганда гана пайда болот:
- потенциалдуу айырма болгондо (электр талаасынын күчү);
- зарядды алып жүрүүчүлөрдүн болушу (эркин иондор жана электрондор).
Потенциалдуу айырма заряддын багытталган кыймылын камсыздайт. Эгерде ал белгилүү бир чектик мааниден ашып кетсе, анда өзүн-өзү сактабаган разрядга айланатөзүн-өзү колдоо же өзүн-өзү колдоо.
Бекер заряд алып жүрүүчүлөргө келсек, алар ар кандай газда дайыма болот. Алардын концентрациясы, албетте, бир катар тышкы факторлорго жана газдын өзүнүн касиеттерине жараша болот, бирок алардын болушунун өзү талашсыз. Бул нейтралдуу атомдордун жана молекулалардын иондошуусунун Кунден келген ультра кызгылт-кызгылт нурлар, космостук нурлануу жана биздин планетанын табигый радиациясы сыяктуу булактарынын болушу менен шартталган.
Потенциалдуу айырма менен алып жүрүүчү концентрациясынын ортосундагы байланыш разряддын мүнөзүн аныктайт.
Электрдик разряддын түрлөрү
Келгиле, бул түрлөрдү санап көрөлү, анан биз алардын ар бирине кененирээк мүнөздөмө беребиз. Ошентип, газ чөйрөсүндөгү бардык разряддар адатта төмөнкүгө бөлүнөт:
- күйүп жаткан;
- spark;
- arc;
- корон.
Физикалык жактан алар бири-биринен кубаттуулугу (токтук тыгыздыгы) жана натыйжада температурасы, ошондой эле убакыт боюнча көрүнүшүнүн мүнөзү боюнча гана айырмаланат. Бардык учурларда сөз оң заряддын (катиондордун) катодго (төмөн потенциалдуу аймак) жана терс заряддын (аниондор, электрондор) анодго (жогорку потенциалдуу зонага) өтүшү жөнүндө болуп жатат.
Жаркырап разряд
Анын болушу үчүн газдын төмөнкү басымын (атмосфералык басымдан жүздөгөн жана миңдеген эсе аз) түзүү зарыл. Газдын кандайдыр бир түрү менен толтурулган катоддук түтүктөрдө жаркыраган разряд байкалат (мисалы, Ne, Ar, Kr жана башкалар). Түтүктүн электроддоруна чыңалууну колдонуу төмөнкү процесстин активдешине алып келет: газда баркатиондор катодго жетип, ылдам кыймылдай башташат, алар ага тийип, импульсту өткөрүп, электрондорду кулатышат. Акыркысы, жетиштүү кинетикалык энергия болгондо, нейтралдуу газ молекулаларынын иондоштуруусуна алып келиши мүмкүн. Сүрөттөлгөн процесс катодду бомбалаган катиондордун жетиштүү энергиясы жана электроддордогу потенциалдар айырмасына жана түтүктөгү газдын басымына көз каранды болгон алардын белгилүү бир бөлүгү болгон учурда гана өзүн-өзү камсыздайт.
Жаркылдаган разряд жаркырап турат. Электромагниттик толкундардын эмиссиясы эки параллелдүү процесске байланыштуу:
- энергия бөлүнүп чыгуусу менен коштолгон электрон-катиондук жуптардын рекомбинациясы;
- нейтралдуу газ молекулаларынын (атомдорунун) дүүлүккөн абалдан негизги абалга өтүшү.
Бул түрдөгү разряддын типтүү мүнөздөмөлөрү аз ток (бир нече миллиампер) жана кичине стационардык чыңалуу (100-400 В), бирок босого чыңалуу газдын басымына жараша бир нече миң вольтту түзөт.
Жаркыраган разряддын мисалдары флуоресценттик жана неондук лампалар. Жаратылышта бул түргө түндүк жарыктар (Жердин магнит талаасындагы ион агымынын кыймылы) таандык кылынышы мүмкүн.
Учкун разряды
Бул чагылган сыяктуу көрүнгөн кадимки атмосфералык электр разряды. Анын болушу үчүн жогорку газ басымынын (1 атм же андан көп) болушу гана эмес, ошондой эле чоң стресстер да зарыл. Аба бир кыйла жакшы диэлектрик (изолятор). Анын өткөргүчтүгү жараша 4 30 кВ/см чейинанда ным жана катуу бөлүкчөлөрдүн болушу. Бул цифралар бузулуу (учкун) пайда болушу үчүн абанын ар бир метрине эң аз дегенде 4 000 000 вольт берилиши керек экенин көрсөтүп турат!
Жаратылышта мындай шарттар аба массаларынын ортосундагы сүрүлүүнүн, абанын конвекциясынын жана кристаллдашуусунун (конденсациясынын) натыйжасында булуттардын төмөнкү катмарлары кайрадан бөлүштүрүлгөндө пайда болот. терс заряддуу, ал эми үстүнкү катмарлары оң. Потенциалдуу айырма акырындык менен чогулат, анын мааниси абанын изоляциялык мүмкүнчүлүктөрүнөн ашып баштаганда (метрге бир нече миллион вольт), андан кийин чагылган пайда болот - секунданын бир бөлүгүнө созулган электр разряды. Андагы токтун күчү 10-40 миң амперге жетип, каналдагы плазманын температурасы 20 000 Кге чейин көтөрүлөт.
Чагылган процессинде бөлүнүп чыга турган минималдуу энергияны, эгерде төмөнкү маалыматтарды эске алсак, эсептөөгө болот: процесс t=110-6 с ичинде өнүгүп, I=10 000 A, U=109 B, анда биз алабыз:
E=IUt=10 миллион J
Натыйжадагы көрсөткүч 250 кг динамиттин жарылуусунан бөлүнүп чыккан энергияга барабар.
Арк разряды
Учкун сыяктуу эле газда жетиштүү басым болгондо пайда болот. Анын мүнөздөмөлөрү учкунга дээрлик окшош, бирок айырмачылыктар бар:
- Биринчиден, токтар он миң амперге жетет, бирок ошол эле учурда чыңалуу бир нече жүз вольтту түзөт, булжогорку өткөргүч чөйрө;
- экинчиден, учкундан айырмаланып, жаа разряды туруктуу убакытта болот.
Разряддын бул түрүнө өтүү чыңалууну акырындык менен жогорулатуу аркылуу ишке ашырылат. Разряд катоддон термиондук эмиссиянын эсебинен сакталат. Мунун жаркыраган мисалы ширетүүчү дога болуп саналат.
Корона разряды
Газдардагы электрдик разряддын бул түрүн Колумб ачкан Жаңы Дүйнөгө саякатка чыккан моряктар көп байкашкан. Алар мачталардын учтарындагы көгүш жарыкты "Сент-Эльмонун чырактары" деп аташкан.
Корона разряды өтө күчтүү электр талаасынын күчү бар объектилердин айланасында пайда болот. Мындай шарттар курч объекттердин жанында (кемелердин мачталары, чатыры төшөлгөн имараттар) түзүлөт. Дененин кандайдыр бир статикалык заряды болгондо, анын учтарындагы талаанын күчү курчап турган абанын иондоштуруусуна алып келет. Пайда болгон иондор талаанын булагына карай жыла баштайт. Жаркыраган разряддагыдай процесстерди жаратуучу бул алсыз агымдар жаркыроонун пайда болушуна алып келет.
Адамдын ден соолугуна разряд коркунучу
Корона жана жаркыраган разряддар адамдар үчүн өзгөчө коркунуч туудурбайт, анткени алар аз агымдар (миллиампер) менен мүнөздөлөт. Жогорудагы разряддын калган экөөсү алар менен түздөн-түз байланышта болгондо өлүмгө алып келет.
Эгер адам чагылгандын жакындап калганын байкаса, анда ал бардык электр шаймандарын (анын ичинде уюлдук телефондорду) өчүрүп, ошондой эле курчап турган чөйрөдөн айырмаланып калбоо үчүн өзүн жайгаштырышы керек.бийиктик.
