Gāzes vadītspēja

Gāzes parasti ir labi dielektriķi (piemēram, tīrs, nejonizēts gaiss). Taču, ja gāzes satur mitrumu, kas sajaukts ar organiskām un neorganiskām daļiņām un vienlaikus tiek jonizētas, tad tās vada elektrību.

Visās gāzēs, pat pirms tām tiek pielikts elektriskais spriegums, vienmēr ir noteikts daudzums elektriski lādētu daļiņu — elektronu un jonu —, kas atrodas nejaušā termiskā kustībā. Tās var būt lādētas gāzes daļiņas, kā arī uzlādētas cietvielu un šķidrumu daļiņas — piemaisījumi, kas atrodami, piemēram, gaisā.

Elektriski lādētu daļiņu veidošanos gāzveida dielektriķos izraisa gāzu jonizācija no ārējiem enerģijas avotiem (ārējiem jonizatoriem): kosmiskajiem un saules stariem, Zemes radioaktīvā starojuma u.c.

Gāzu elektrovadītspēja galvenokārt ir atkarīga no to jonizācijas pakāpes, ko var veikt dažādos veidos. Kopumā gāzu jonizācija notiek elektronu atbrīvošanas rezultātā no neitrālas gāzes molekulas.

No gāzes molekulas atbrīvotais elektrons sajaucas gāzes starpmolekulārajā telpā, un šeit atkarībā no gāzes veida tas var saglabāt salīdzinoši ilgu savas kustības "neatkarību" (piemēram, šādās gāzēs ūdeņraža trieciens H2 , slāpeklis n2) vai, gluži pretēji, ātri iekļūst neitrālā molekulā, pārvēršot to par negatīvu jonu (piemēram, skābekli).

Vislielāko gāzu jonizācijas efektu panāk, apstarojot tās ar rentgena stariem, katodstariem vai radioaktīvo vielu izstarotajiem stariem.

Atmosfēras gaiss vasarā ļoti intensīvi jonizējas saules gaismas ietekmē. Mitrums gaisā kondensējas uz tā joniem, veidojot mazākos ūdens pilienus, kas uzlādēti ar elektrību. Galu galā negaisa mākoņi, ko pavada zibens, veidojas no atsevišķiem elektriski uzlādētiem ūdens pilieniem, t.i. atmosfēras elektrības elektriskās izlādes.

Gāzes jonizācijas process ar ārējiem jonizatoriem ir tāds, ka tie daļu enerģijas nodod gāzes atomiem. Šajā gadījumā valences elektroni iegūst papildu enerģiju un tiek atdalīti no saviem atomiem, kas kļūst par pozitīvi lādētām daļiņām — pozitīvajiem joniem.

Izveidotie brīvie elektroni var ilgstoši saglabāt savu neatkarību no kustības gāzē (piemēram, ūdeņradi, slāpekli) vai pēc kāda laika pievienoties elektriski neitrāliem atomiem un gāzes molekulām, pārvēršot tos negatīvos jonos.

Elektriski lādētu daļiņu parādīšanos gāzē var izraisīt arī elektronu atbrīvošanās no metāla elektrodu virsmas, kad tie tiek uzkarsēti vai pakļauti starojuma enerģijai.Atrodoties traucētā termiskajā kustībā, dažas no pretēji lādētajām (elektroniem) un pozitīvi lādētajām (jonu) daļiņām savienojas viena ar otru un veido elektriski neitrālus atomus un gāzes molekulas. Šo procesu sauc par remontu vai rekombināciju.

Ja starp metāla elektrodiem (diskiem, bumbiņām) ir ietverts gāzes tilpums, tad, pieliekot elektrodiem elektrisko spriegumu, uz gāzē esošajām lādētajām daļiņām iedarbosies elektriskie spēki - elektriskā lauka stiprums.

Šo spēku iedarbībā elektroni un joni pārvietosies no viena elektroda uz otru, radot gāzē elektrisko strāvu.

Strāva gāzē būs lielāka, jo vairāk tajā laika vienībā veidojas lādētu daļiņu ar dažādu dielektriķi un jo lielāku ātrumu tās iegūst elektriskā lauka spēku ietekmē.

Ir skaidrs, ka, palielinoties spriegumam, kas tiek pielietots noteiktam gāzes tilpumam, palielinās elektriskie spēki, kas iedarbojas uz elektroniem un joniem. Šajā gadījumā palielinās uzlādēto daļiņu ātrums un līdz ar to arī strāva gāzē.

Strāvas lieluma izmaiņas atkarībā no gāzes tilpumam pievadītā sprieguma tiek izteiktas grafiski līknes veidā, ko sauc par volta-ampēru raksturlielumu.

Strāvas-sprieguma raksturlielums gāzveida dielektriķim

Strāvas-sprieguma raksturlielums parāda, ka vāju elektrisko lauku apvidū, kad elektriskie spēki, kas iedarbojas uz uzlādētajām daļiņām, ir salīdzinoši nelieli (diagrammā I apgabals), strāva gāzē palielinās proporcionāli pieliktā sprieguma vērtībai. . Šajā jomā strāva mainās saskaņā ar Oma likumu.

Spriegumam vēl vairāk palielinoties (II reģions), tiek izjaukta proporcionalitāte starp strāvu un spriegumu. Šajā reģionā vadīšanas strāva nav atkarīga no sprieguma. Šeit enerģija tiek uzkrāta no lādētām gāzes daļiņām - elektroniem un joniem.

Tālāk pieaugot spriegumam (III apgabals), uzlādēto daļiņu ātrums strauji palielinās, kā rezultātā tās bieži saduras ar neitrālas gāzes daļiņām. Šo elastīgo sadursmju laikā elektroni un joni daļu savas uzkrātās enerģijas nodod neitrālām gāzes daļiņām. Tā rezultātā elektroni tiek atdalīti no atomiem. Šajā gadījumā veidojas jaunas elektriski lādētas daļiņas: brīvie elektroni un joni.

Sakarā ar to, ka lidojošās lādētās daļiņas ļoti bieži saduras ar gāzes atomiem un molekulām, jaunu elektriski lādētu daļiņu veidošanās notiek ļoti intensīvi. Šo procesu sauc par trieciengāzes jonizāciju.

Trieciena jonizācijas apgabalā (attēlā III apgabals) strāva gāzē strauji palielinās ar mazāko sprieguma pieaugumu. Trieciena jonizācijas procesu gāzveida dielektriķos pavada straujš gāzes tilpuma pretestības samazinājums un dielektrisko zudumu tangenss.

Protams, gāzveida dielektriķus var izmantot pie sprieguma, kas ir zemāks par vērtībām, pie kurām notiek trieciena jonizācijas process. Šajā gadījumā gāzes ir ļoti labi dielektriķi, kur tilpuma īpatnējā pretestība ir ļoti liela (1020 omi)x cm) un dielektriskā zuduma leņķa tangensa ir ļoti maza (tgδ ≈ 10-6).Tāpēc gāzes, īpaši gaiss, tiek izmantotas kā dielektriķi, piemēram, kondensatoros, ar gāzi pildītos kabeļos un augstsprieguma automātiskie slēdži.

Gāzes kā dielektriķa loma elektroizolācijas konstrukcijās

Jebkurā izolācijas konstrukcijā gaiss vai cita gāze zināmā mērā atrodas kā izolācijas elements. Gaisvadu līniju (VL), kopņu, transformatoru spaiļu un dažādu augstsprieguma ierīču vadītāji ir atdalīti viens no otra ar spraugām, vienīgā izolācijas vide, kurā ir gaiss.

Šādu konstrukciju dielektriskās stiprības pārkāpums var notikt gan iznīcinot dielektriķi, no kura izgatavoti izolatori, gan izplūdes rezultātā gaisā vai uz dielektriķa virsmas.

Atšķirībā no izolatora sabrukšanas, kas noved pie tā pilnīgas atteices, virsmas izlāde parasti nav saistīta ar kļūmi. Tāpēc, ja izolācijas konstrukcija ir izgatavota tā, ka virsmas pārklāšanās spriegums vai pārrāvuma spriegums gaisā ir mazāks par izolatoru sabrukšanas spriegumu, tad šādu konstrukciju faktisko dielektrisko izturību noteiks gaisa dielektriskā izturība.

Iepriekšminētajos gadījumos gaiss ir aktuāls kā dabasgāzes vide, kurā atrodas izolācijas konstrukcijas. Turklāt gaiss vai cita gāze bieži tiek izmantota kā viens no galvenajiem izolācijas materiāliem kabeļu, kondensatoru, transformatoru un citu elektrisko ierīču izolācijai.

Lai nodrošinātu drošu un netraucētu izolācijas konstrukciju darbību, ir jāzina, kā dažādi faktori ietekmē gāzes dielektrisko izturību, piemēram, sprieguma forma un ilgums, gāzes temperatūra un spiediens, gāzes īpašības. elektriskais lauks utt.

Skatiet par šo tēmu: Elektriskās izlādes veidi gāzēs