Kekonduksian gas

Gas biasanya dielektrik yang baik (cth. udara bersih, tidak terion). Walau bagaimanapun, jika gas mengandungi lembapan bercampur dengan zarah organik dan bukan organik dan terion pada masa yang sama, maka ia mengalirkan elektrik.

Dalam semua gas, walaupun sebelum voltan elektrik dikenakan padanya, sentiasa terdapat sejumlah zarah bercas elektrik—elektron dan ion—yang berada dalam gerakan terma rawak. Ini boleh dikenakan zarah gas, serta zarah bercas pepejal dan cecair — kekotoran ditemui, contohnya, di udara.

Pembentukan zarah bercas elektrik dalam dielektrik gas disebabkan oleh pengionan gas daripada sumber tenaga luaran (pengion luar): sinaran kosmik dan suria, sinaran radioaktif Bumi, dsb.

Kekonduksian elektrik gas bergantung terutamanya pada tahap pengionan mereka, yang boleh dijalankan dengan cara yang berbeza. Secara amnya, pengionan gas berlaku akibat pembebasan elektron daripada molekul gas neutral.

Elektron yang dibebaskan daripada molekul gas bercampur dalam ruang antara molekul gas, dan di sini, bergantung kepada jenis gas, ia boleh mengekalkan "kebebasan" pergerakannya yang agak lama (contohnya, dalam gas tersebut, kejutan hidrogen H2 , nitrogen n2) atau , sebaliknya, dengan cepat menembusi molekul neutral, mengubahnya menjadi ion negatif (contohnya, oksigen).

Kesan terbesar pengionan gas dicapai dengan menyinarinya dengan sinar-X, sinar katod atau sinar yang dipancarkan oleh bahan radioaktif.

Udara atmosfera pada musim panas sangat intensif terion di bawah pengaruh cahaya matahari. Kelembapan di udara terpeluwap pada ionnya, membentuk titisan air terkecil yang dicas dengan elektrik. Akhirnya, awan petir yang disertai kilat terbentuk daripada titisan air bercas elektrik individu, i.e. nyahcas elektrik tenaga elektrik atmosfera.

Proses pengionan gas oleh pengion luar ialah mereka memindahkan sebahagian daripada tenaga kepada atom gas. Dalam kes ini, elektron valens mendapat tenaga tambahan dan dipisahkan daripada atomnya, yang menjadi zarah bercas positif - ion positif.

Elektron bebas yang terbentuk boleh mengekalkan kebebasannya daripada pergerakan dalam gas untuk masa yang lama (contohnya, dalam hidrogen, nitrogen) atau selepas beberapa lama melekat pada atom dan molekul gas neutral elektrik, mengubahnya menjadi ion negatif.

Penampilan zarah bercas elektrik dalam gas juga boleh disebabkan oleh pelepasan elektron dari permukaan elektrod logam apabila ia dipanaskan atau terdedah kepada tenaga sinaran.Semasa dalam pergerakan terma yang terganggu, beberapa zarah bercas bertentangan (elektron) dan bercas positif (ion) bersatu antara satu sama lain dan membentuk atom neutral elektrik dan molekul gas. Proses ini dipanggil pembaikan atau penggabungan semula.

Jika isipadu gas tertutup di antara elektrod logam (cakera, bola), maka apabila voltan elektrik dikenakan pada elektrod, daya elektrik akan bertindak ke atas zarah bercas dalam gas - kekuatan medan elektrik.

Di bawah tindakan daya ini, elektron dan ion akan bergerak dari satu elektrod ke elektrod yang lain, menghasilkan arus elektrik dalam gas.

Arus dalam gas akan menjadi lebih besar, lebih banyak zarah bercas dengan dielektrik yang berbeza terbentuk di dalamnya setiap unit masa dan kelajuan yang lebih besar yang diperolehi di bawah tindakan daya medan elektrik.

Adalah jelas bahawa apabila voltan yang digunakan pada isipadu gas tertentu meningkat, daya elektrik yang bertindak ke atas elektron dan ion meningkat. Dalam kes ini, halaju zarah bercas dan oleh itu arus dalam gas meningkat.

Perubahan dalam magnitud arus sebagai fungsi voltan yang digunakan pada isipadu gas dinyatakan secara grafik dalam bentuk lengkung yang dipanggil ciri volt-ampere.

Ciri voltan semasa untuk dielektrik gas

Ciri voltan semasa menunjukkan bahawa di kawasan medan elektrik yang lemah, apabila daya elektrik yang bertindak ke atas zarah bercas agak kecil (kawasan I dalam graf), arus dalam gas meningkat berkadaran dengan nilai voltan yang dikenakan. . Di kawasan ini, arus berubah mengikut hukum Ohm.

Apabila voltan meningkat lagi (rantau II), perkadaran antara arus dan voltan rosak. Di rantau ini, arus pengaliran tidak bergantung kepada voltan. Di sini, tenaga terkumpul daripada zarah gas bercas - elektron dan ion.

Dengan peningkatan selanjutnya dalam voltan (wilayah III), kelajuan zarah bercas meningkat dengan mendadak, akibatnya ia sering berlanggar dengan zarah gas neutral. Semasa perlanggaran anjal ini, elektron dan ion memindahkan sebahagian daripada tenaga terkumpulnya kepada zarah gas neutral. Akibatnya, elektron dilucutkan daripada atomnya. Dalam kes ini, zarah bercas elektrik baru terbentuk: elektron dan ion bebas.

Disebabkan fakta bahawa zarah bercas terbang sangat kerap berlanggar dengan atom dan molekul gas, pembentukan zarah bercas elektrik baru berlaku dengan sangat intensif. Proses ini dipanggil pengionan gas kejutan.

Di kawasan pengionan kesan (rantau III dalam rajah), arus dalam gas meningkat dengan cepat dengan peningkatan voltan yang paling kecil. Proses pengionan hentaman dalam dielektrik gas disertai dengan penurunan mendadak dalam rintangan isipadu gas dan peningkatan dalam tangen kehilangan dielektrik.

Sememangnya, dielektrik gas boleh digunakan pada voltan yang lebih rendah daripada nilai di mana proses pengionan kesan berlaku. Dalam kes ini, gas adalah dielektrik yang sangat baik, di mana rintangan spesifik isipadu adalah sangat tinggi (1020 ohm)x cm) dan tangen sudut kehilangan dielektrik adalah sangat kecil (tgδ ≈ 10-6).Oleh itu, gas, terutamanya udara, digunakan sebagai dielektrik dalam contoh kapasitor, kabel berisi gas, dan pemutus litar voltan tinggi.

Peranan gas sebagai dielektrik dalam struktur penebat elektrik

Dalam mana-mana struktur penebat, udara atau gas lain hadir sedikit sebanyak sebagai unsur penebat. Konduktor talian atas (VL), bar bas, terminal pengubah dan pelbagai peranti voltan tinggi dipisahkan antara satu sama lain oleh jurang, satu-satunya medium penebat yang mengandungi udara.

Pelanggaran kekuatan dielektrik struktur sedemikian boleh berlaku melalui pemusnahan dielektrik dari mana penebat dibuat, dan akibat pelepasan di udara atau di permukaan dielektrik.

Tidak seperti kerosakan penebat, yang membawa kepada kegagalan sepenuhnya, pelepasan permukaan biasanya tidak disertai dengan kegagalan. Oleh itu, jika struktur penebat dibuat sedemikian rupa sehingga voltan bertindih permukaan atau voltan pecahan dalam udara adalah kurang daripada voltan pecahan penebat, maka kekuatan dielektrik sebenar struktur tersebut akan ditentukan oleh kekuatan dielektrik udara.

Dalam kes di atas, udara adalah relevan sebagai medium gas asli di mana struktur penebat terletak. Di samping itu, udara atau gas lain sering digunakan sebagai salah satu bahan penebat utama untuk menebat kabel, kapasitor, transformer dan peranti elektrik lain.

Untuk memastikan operasi struktur penebat yang boleh dipercayai dan bebas masalah, adalah perlu untuk mengetahui bagaimana pelbagai faktor mempengaruhi kekuatan dielektrik gas, seperti bentuk dan tempoh voltan, suhu dan tekanan gas, sifat medan elektrik, dsb.

Lihat pada topik ini: Jenis nyahcas elektrik dalam gas