Характер провідності газів
Електрична провідність газів — це здатність газів пропускати електричний струм. На відміну від металів та інших твердих провідників, гази за звичайних умов є добрими ізоляторами. Однак при певних умовах, таких як підвищення температури або прикладання сильного електричного поля, гази можуть стати провідниками.
Електрична провідність ідеального газу
В ідеальному газі, який складається з невзаємодіючих молекул, відсутні вільні носії заряду, тому такий газ не може проводити електричний струм. Однак у реальних газах завжди присутні домішки, що складаються з іонів, електронів або інших заряджених частинок. Ці домішки можуть бути викликані різними факторами, такими як термоіонна емісія з електродів, що контактують з газом, або іонізація молекул газу за рахунок космічної радіації.
Іонізація газів
Іонізація газу — це процес, при якому електрони відриваються від атомів або молекул газу, створюючи вільні носії заряду — іони та електрони. Існує кілька способів іонізації газів, включаючи:
* Термоіонна емісія: при нагріванні катода до високої температури, електрони випаровуються з його поверхні.
* Фотоіонізація: іонізація відбувається при поглинанні фотонів молекулою газу, що призводить до вибивання електрона.
* Ударна іонізація: коли електрон стикається з атомом або молекулою газу, він може передати частину своєї енергії атому або молекулі, іонізуючи її.
Форми провідності газів
При подачі електричного поля на іонізований газ можуть виникнути різні форми провідності:
* Самовитримувана провідність: при слабких електричних полях, зіткнення між іонами та електронами не призводять до значної іонізації. Струм, що проходить через газ, обмежений числом заряджених частинок, що вже існують.
* Несамовитримувана провідність: при сильніших електричних полях, зіткнення між іонами та електронами призводять до подальшої іонізації газу. Струм, що проходить через газ, зростає лавиноподібно, що призводить до газового розряду.
* Дуговий розряд: при дуже сильних електричних полях, газ інтенсивно іонізується, і відбувається перехід до дугового розряду, який характеризується високою температурою та високим струмом.
Застосування провідності газів
Провідність газів використовується в різних пристроях, включаючи:
* Газорозрядні лампи (неонові, флуоресцентні, ртутні)
* Лазери
* Детектори іонізуючого випромінювання
* Трансформатори та котушки запалювання
* Електростатичні преципітатори
Висновок
Провідність газів відіграє важливу роль у багатьох технологічних пристроях та природних явищах. Розуміння характеру провідності газів є ключовим для проектування та використання цих пристроїв та для пояснення явищ, таких як газові розряди та плазма.
1. Чи мають гази електричну провідність?
Так, деякі гази, особливо в іонізованому стані, виявляють електричну провідність. До іонізованих газів належать плазма, яка утворюється при нагріванні газу до дуже високої температури або під впливом електричного поля, а також гази, які зазнали іонізації під дією радіації або рентгенівського випромінювання.
2. Який характер провідності мають іонізовані гази?
Іонізовані гази мають електричну провідність за рахунок наявності вільних носіїв заряду — іонів і електронів. Під дією електричного поля іони рухаються до протилежного полюса, а електрони — до протилежного, створюючи електричний струм.
3. Чи можуть неіонізовані гази проводити електрику?
У звичайних умовах неіонізовані гази є діелектриками і не проводять електрику. Однак за дуже високих електричних полів може відбуватися ударна іонізація, коли сильне електричне поле прискорює іони в газі до достатньої швидкості, щоб вони могли іонізувати інші атоми або молекули.
4. Від чого залежить електрична провідність газів?
Електрична провідність газів залежить від кількості іонів і електронів, а також від їх мобільності та середньої довжини вільного пробігу. Мобільність характеризує здатність носіїв заряду рухатися під дією електричного поля, а середня довжина вільного пробігу визначає відстань, яку носії заряду можуть пролетіти без зіткнень з іншими частинками газу.
5. У яких галузях використовуються гази з електричною провідністю?
Гази з електричною провідністю використовуються в різних галузях, зокрема:
- Електролюмінесцентні лампи та дисплеї
- Іонні двигуни в космічних апаратах
- Газорозрядні трубки для освітлення та реклами
- Лазери та медичні прилади для обробки тканин
- Перемикачі та плавкі запобіжники