Gas conductivity

Ang mga gas ay kadalasang magandang dielectrics (hal. malinis, non-ionized na hangin). Gayunpaman, kung ang mga gas ay naglalaman ng moisture na may halong organic at inorganic na mga particle at sabay na ionized, pagkatapos ay nagsasagawa sila ng kuryente.

Sa lahat ng mga gas, bago pa man mailapat ang isang boltahe ng kuryente sa kanila, palaging mayroong isang tiyak na dami ng mga particle na may kuryente—mga electron at ions—na nasa random na thermal motion. Ang mga ito ay maaaring singilin ng mga particle ng gas, pati na rin ang mga sisingilin na particle ng mga solido at likido — mga impurities na matatagpuan, halimbawa, sa hangin.

Ang pagbuo ng mga electrically charged na particle sa gaseous dielectrics ay sanhi ng gas ionization mula sa mga panlabas na mapagkukunan ng enerhiya (mga panlabas na ionizer): cosmic at solar ray, radioactive radiation ng Earth, atbp.

Ang electrical conductivity ng mga gas ay higit sa lahat ay nakasalalay sa antas ng kanilang ionization, na maaaring isagawa sa iba't ibang paraan. Sa pangkalahatan, ang ionization ng mga gas ay nangyayari bilang isang resulta ng paglabas ng mga electron mula sa isang neutral na molekula ng gas.

Ang isang electron na inilabas mula sa isang molekula ng gas ay humahalo sa intermolecular space ng gas, at dito, depende sa uri ng gas, maaari itong mapanatili ang medyo mahabang "independence" ng paggalaw nito (halimbawa, sa mga naturang gas, ang hydrogen shock H2 , nitrogen n2) o , sa kabaligtaran, mabilis na tumagos sa isang neutral na molekula, na ginagawa itong negatibong ion (halimbawa, oxygen).

Ang pinakamalaking epekto ng ionization ng mga gas ay nakakamit sa pamamagitan ng pag-iilaw sa kanila ng X-ray, cathode ray o ray na ibinubuga ng mga radioactive substance.

Ang hangin sa atmospera sa tag-araw ay napaka intensively ionized sa ilalim ng impluwensya ng sikat ng araw. Ang kahalumigmigan sa hangin ay namumuo sa mga ions nito, na bumubuo ng pinakamaliit na patak ng tubig na sinisingil ng kuryente. Sa kalaunan, ang mga thundercloud na sinamahan ng kidlat ay nabuo mula sa mga indibidwal na electrically charged water droplets, i.e. mga paglabas ng kuryente ng kuryente sa atmospera.

Ang proseso ng gas ionization ng mga panlabas na ionizer ay ang paglilipat ng bahagi ng enerhiya sa mga atomo ng gas. Sa kasong ito, ang mga electron ng valence ay nakakakuha ng karagdagang enerhiya at nahihiwalay sa kanilang mga atomo, na nagiging mga particle na may positibong charge - mga positibong ion.

Ang nabuong mga libreng electron ay maaaring mapanatili ang kanilang kalayaan mula sa paggalaw sa isang gas sa loob ng mahabang panahon (halimbawa, sa hydrogen, nitrogen) o pagkaraan ng ilang oras ay nakakabit sa mga electron neutral na atomo at mga molekula ng gas, na nagiging mga negatibong ion.

Ang paglitaw ng mga particle na may elektrikal na sisingilin sa isang gas ay maaari ding sanhi ng paglabas ng mga electron mula sa ibabaw ng mga metal electrodes kapag sila ay pinainit o nakalantad sa nagliliwanag na enerhiya.Habang nasa nababagabag na thermal motion, ang ilan sa magkasalungat na sisingilin (mga electron) at positibong sisingilin (mga ion) na mga particle ay nagkakaisa sa isa't isa at bumubuo ng mga de-koryenteng neutral na atom at mga molekula ng gas. Ang prosesong ito ay tinatawag na repair o recombination.

Kung ang isang dami ng gas ay nakapaloob sa pagitan ng mga metal na electrodes (mga disk, mga bola), pagkatapos kapag ang isang electric boltahe ay inilapat sa mga electrodes, ang mga puwersa ng kuryente ay kikilos sa mga sisingilin na particle sa gas - ang lakas ng electric field.

Sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersang ito, ang mga electron at ions ay lilipat mula sa isang electrode patungo sa isa pa, na lumilikha ng electric current sa isang gas.

Ang kasalukuyang sa gas ay magiging mas malaki, ang mas maraming sisingilin na mga particle na may iba't ibang dielectric ay nabuo sa loob nito bawat yunit ng oras at ang mas malaking bilis na nakuha nila sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng electric field.

Ito ay malinaw na habang ang boltahe na inilapat sa isang naibigay na dami ng gas ay tumataas, ang mga puwersang elektrikal na kumikilos sa mga electron at ions ay tumataas. Sa kasong ito, ang bilis ng mga sisingilin na mga particle at samakatuwid ang kasalukuyang sa gas ay tumataas.

Ang pagbabago sa magnitude ng kasalukuyang bilang isang function ng boltahe na inilapat sa dami ng gas ay ipinahayag sa graphically sa anyo ng isang curve na tinatawag na volt-ampere na katangian.

Katangian ng kasalukuyang boltahe para sa isang gaseous dielectric

Ang kasalukuyang-boltahe na katangian ay nagpapakita na sa rehiyon ng mahinang mga patlang ng kuryente, kapag ang mga puwersa ng kuryente na kumikilos sa mga sisingilin na mga particle ay medyo maliit (lugar I sa graph), ang kasalukuyang sa gas ay tumataas sa proporsyon sa halaga ng inilapat na boltahe. . Sa lugar na ito, nagbabago ang kasalukuyang ayon sa batas ng Ohm.

Habang tumataas pa ang boltahe (rehiyon II), nasira ang proporsyonalidad sa pagitan ng kasalukuyang at boltahe. Sa rehiyong ito, ang kasalukuyang pagpapadaloy ay hindi nakasalalay sa boltahe. Dito, ang enerhiya ay naipon mula sa sisingilin na mga particle ng gas - mga electron at ions.

Sa isang karagdagang pagtaas sa boltahe (rehiyon III), ang bilis ng mga sisingilin na mga particle ay tumataas nang husto, bilang isang resulta kung saan sila ay madalas na sumalungat sa mga neutral na mga particle ng gas. Sa panahon ng mga elastic na banggaan na ito, inililipat ng mga electron at ion ang ilan sa kanilang naipon na enerhiya sa mga neutral na particle ng gas. Bilang resulta, ang mga electron ay tinanggal mula sa kanilang mga atomo. Sa kasong ito, nabuo ang mga bagong particle na may kuryente: mga libreng electron at ion.

Dahil sa ang katunayan na ang lumilipad na sisingilin na mga particle ay madalas na nagbabanggaan sa mga atomo at molekula ng gas, ang pagbuo ng mga bagong electrically charged na particle ay nangyayari nang napakatindi. Ang prosesong ito ay tinatawag na shock gas ionization.

Sa rehiyon ng epekto ng ionization (rehiyon III sa figure), ang kasalukuyang sa gas ay mabilis na tumataas na may pinakamaliit na pagtaas sa boltahe. Ang epekto ng proseso ng ionization sa gaseous dielectrics ay sinamahan ng isang matalim na pagbaba sa dami ng resistensya ng gas at isang pagtaas sa dielectric loss padaplis.

Naturally, ang mga gaseous dielectrics ay maaaring gamitin sa mga boltahe na mas mababa kaysa sa mga halaga kung saan nangyayari ang proseso ng epekto ng ionization. Sa kasong ito, ang mga gas ay napakahusay na dielectrics, kung saan ang tiyak na volume na resistensya ay napakataas (1020 ohms)x cm) at ang tangent ng dielectric loss angle ay napakaliit (tgδ ≈ 10-6).Samakatuwid, ang mga gas, lalo na ang hangin, ay ginagamit bilang mga dielectric sa mga halimbawang capacitor, mga kable na puno ng gas, at mataas na boltahe circuit breaker.

Ang papel na ginagampanan ng gas bilang isang dielectric sa electrical insulating structures

Sa anumang istraktura ng insulating, ang hangin o iba pang gas ay naroroon sa ilang lawak bilang isang elemento ng pagkakabukod. Ang mga conductor ng overhead lines (VL), busbars, transpormer terminal at iba't ibang high-voltage device ay pinaghihiwalay sa isa't isa ng mga gaps, ang tanging insulating medium kung saan ay hangin.

Ang paglabag sa lakas ng dielectric ng naturang mga istraktura ay maaaring mangyari kapwa sa pamamagitan ng pagkasira ng dielectric kung saan ginawa ang mga insulator, at bilang isang resulta ng paglabas sa hangin o sa ibabaw ng dielectric.

Hindi tulad ng pagkasira ng insulator, na humahantong sa kumpletong pagkabigo, ang paglabas sa ibabaw ay karaniwang hindi sinamahan ng pagkabigo. Samakatuwid, kung ang istraktura ng insulating ay ginawa sa paraang ang overlap na boltahe o boltahe ng pagkasira sa hangin ay mas mababa kaysa sa boltahe ng pagkasira ng mga insulator, kung gayon ang aktwal na lakas ng dielectric ng naturang mga istruktura ay matutukoy ng lakas ng dielectric ng hangin.

Sa mga kaso sa itaas, ang hangin ay may kaugnayan bilang isang natural na daluyan ng gas kung saan matatagpuan ang mga insulating structure. Bilang karagdagan, ang hangin o iba pang gas ay madalas na ginagamit bilang isa sa mga pangunahing insulating materyales upang i-insulate ang mga cable, capacitor, transformer at iba pang mga de-koryenteng aparato.

Upang matiyak ang maaasahan at walang problema na operasyon ng mga istruktura ng insulating, kinakailangang malaman kung paano nakakaapekto ang iba't ibang mga kadahilanan sa lakas ng dielectric ng isang gas, tulad ng anyo at tagal ng boltahe, ang temperatura at presyon ng gas, ang likas na katangian ng electric field, atbp.

Tingnan ang paksang ito: Mga uri ng electric discharge sa mga gas