N a m ų   p u s l a p i s E l e k t r o s   s r o v ė G e o m e t r i n ė   o p t i k a K v a n t i n ė   f i z i k a A t o m o   b r a n d u o l y s
Elektros srovė dujose
 
  T e o r i j a
       Elektros srovės stipris ir tankis
       Omo dėsnis grandinės daliai. Varža
       Laidininkų jungimo būdai
       Nuolatinės srovės darbas, galia
       Elektrovaros jėga
       Omo dėsnis uždarai grandinei
       Kirchofo taisyklės
       Srovės stiprio ir įtampos matavimas
       Elektros srovė metaluose
       Elektros srovė puslaidininkiuose
       Puslaidininkiniai prietaisai
       Elektros srovė skysčiuose
       Elektros srovė dujose
  U ž d a v i n i a i
  T e s t a i
  S ą v o k o s
  F o r m u l ė s
  L i t e r a t ū r a 

Elektros išlydis dujose

Dujos sudarytos iš elektriškai neutralių molekulių, ir normaliomis sąlygomis jos yra dielektrikai. Pakanka per milimetro dalį atitraukti vieną laidą nuo kito, kad liautųsi tekėjusi srovė. Sudarius grandinėje kelių centimetrų oro tarpą, elektros srovė netekės (1 pav.).

Kaitinant arba apšviečiant dujas, dalis atomų jonizuojasi – suskyla į teigiamuosius jonus ir elektronus. Oro tarpe atsiranda elektringų dalelių – krūvininkų (2 pav.).

Aukštoje temperatūroje dujų molekulės įgyja tokią didelę energiją, kad susidurdamos išmuša elektronus – jonizuoja viena kitą. Netekusios elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. Atsilikę elektronai skrieja vieni arba prisijungia prie neutralių molekulių ir sudaro neigiamus jonus (3 pav., a).

Taigi dujų elektrinį laidumą sąlygoja teigiamieji jonai ir elektronai.
Srovę dujose priimta vadinti išlydžiu. Pasiekę elektrodus, dujų jonai netenka savo krūvio – virsta neutraliomis molekulėmis. Elektronas ir teigiamas jonas susidūrę gali vėl susijungti ir sudaryti neutralų atomą arba molekulę (3 pav., b). Šis procesas vadinamas elektringujų dalelių rekombinacija. Nustojus veikti jonizatoriui, dujos greitai rekombinuojasi ir srovė nutrūksta. Toks išlydis, kuris vyksta tik veikiant pašaliniam jonizatoriui, vadinamas nesavaiminiu.
Didinant įtampą, krūvininkų greitis didėja, vis daugiau jų pasiekia elektrodus ir srovės stipris didėja proporcingai įtampai. Taigi iki įtampos UA srovė dujose paklūsta Omo dėsniui. Kai įtampa pasiekusi vertę UA, ir toliau didėja, srovės stipris lieka pastovus! Tai įvyksta todėl, kad jau visi jonizatoriaus sukurti krūvininkai pasiekia elektrodus ir paprasčiausiai nėra iš ko srovei didėti. Srovė, kurios stiprumas nepriklauso nuo įtampos, vadinama soties srove (4 pav., grafiko dalis AB, srovė IS).

Vadinasi, šalia jonų, susidariusių veikiant jonizatoriui, dujose atsiranda papildomi jonai. Srovės stipris gali padidėti šimtus ir tūkstančius kartų, o išlydžio metu susidaryti tiek daug jonų, kad išorinis jonizatorius jau nebereikalingas išlydžiui palaikyti. Jeigu išjungsime išorinį jonizatorių, išlydis nenutrūks. Tokiam išlydžiui palaikyti nereikia išorinio jonizatoriaus. Išlydis dujose, vykstantis be jonizatoriaus, vadinamas savaiminiu.
Atsižvelgiant į dujų savybes ir būseną, elektrodų pobūdį ir išsidėstymą bei įtampą tarp jų, skiriami įvairūs savaiminiai dujiniai išlydžiai.

Rusenantysis išlydis

Kai slėgis mažas, vamzdyje vyksta rusenantysis išlydis. Jam sukelti pakanka kelių šimtų voltų (o kartais ir mažesnės) įtampos tarp elektrodų. Rusenantysis išlydis taikomas reklamų vamzdeliuose. Raudonai ima švytėti neono pripildyti vamzdeliai.
Rusenantysis išlydis taikomas dienos lempose (5 pav.). Ją sudaro stiklinis vamzdelis, iš kurio išsiurbtas oras ir pripildytas gyvsidabrio garų. Vamzdelio vidus padengtas fluorescuojančia medžiaga – liuminoforu, kuri, veikiama ultravioletinių spindulių, skleidžia matomą šviesą. Šios šviesos atspalvis priklauso nuo liuminoforo sudėties.
Rusenantysis išlydis vyksta gyvsidabrio garuose, kurių sužadintos molekulės (atomai) švyti ultravioletine šviesa (nematoma). Jos poveikyje liuminoforas skleidžia matomą šviesą.

Elektros lankas

Labai svarbus praktikoje savaiminis išlydis yra elektros lankas. Elektros lankas užsidega veikiant neaukštai įtampai (40-50V), tačiau srovės stiprumas turi būti didelis – dešimtys ir šimtai amperų. Norint gauti elektros lanką, reikia įtampą prijungti prie dviejų anglinių elektrodų, jų galus akimirkai suglausti, o paskui atitraukti nedideliu atstumu vieną nuo kito. Elektrodai kontakto vietoje staiga įkaista, aukšta temperatūra jonizuoja orą, ir tarp jų galų sušvinta akinanti šviesa – elektros lankas (6 pav.). Elektros lanko temperatūra siekia 4000 oC. Elektros lankas naudojamas metalams lydyti, pjaustyti ir suvirinti. Tai galingiausias šviesos šaltinis prožektoriams ir kino aparatams.

Kibirkštis

Kai tarp elektrodų yra didelė įtampa, ore matomas kibirkštinis išlydis. Šios rūšies išlydis susidaro tada, kai elektros lankui arba rusenančiajam išlydžiui palaikyti. Kibirkštinį išlydį lydi būdingas traškesys. Milžiniško kibirkštinio išlydžio pavyzdys – žaibas. Žaibas susidaro tarp dviejų debesų arba tarp Žemės ir debesies. Žaibo srovės stiprumas pasiekia 500 000 A, o potencialų skirtumas tarp debesies ir Žemės – milijardą voltų. Elektros kibirkštimi pramušamos mikroskopinio dydžio skylutės stikle, plastmasėje ir kitose izoliacinėse medžiagose. Kibirkštis uždega benzino garus vidaus degimo variklyje.

Vainikinis išlydis

Esant atmosferos slėgiui, prie didelį elektros krūvį turinčio laidininko smaigalių vyksta dujinis išlydis, kurio švytinti dalis primena vainiką. Šį išlydį, vadinamą vainikiniu, sukelia labai stiprus prie įelektrinto smaigalio esantis elektrinis laukas. Vainikinio išlydžio pavojų gali sukelti kurių nors daiktų smaigaliai arba labai ploni laidai. Taip susidaro elektros energijos nuostoliai. Juo didesnė aukštosios įtampos linijos įtampa, juo storesni turi būti laidai. Veikiant atmosferos elektriniam laukui šviesus vainikas, liepsnelės matomos ant laivų stiebų, medžių viršūnių, bažnyčių bokštų kryžių.

Plazma

Nuolat susiduriame su trimis įprastomis medžiagos agregatinėmis būsenomis: kieta, skysta ir dujine. Tyrinėdami išlydį dujose (kibirkštinį, vainikinį, lankinį, rusenantįjį), susidūrėme su ketvirtąja medžiagos būsena – plazma. Plazma – iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, kurių teigiamųjų ir neigiamųjų krūvių tankis praktiškai vienodas. Vadinasi, plazma yra elektriškai neutrali sistema. 99,9% Visatos medžiagos yra plazmos pavidalo: Saulė, žvaigždės ir tarpžvaigždinės dujos sudarytos iš plazmos. Tik vieną dešimtąją dalį procento medžiagos Visatoje sudaro tokie kosminiai kūnai, kaip mūsų Žemė. Plazma gali būti ir žemos temperatūros, jeigu dujas jonizuoja ne karštis, o kokios nors rūšies spinduliavimas. Saulės radiacijos jonizuoti viršutiniai atmosferos sluoksniai – žemos temperatūros plazma – supa mūsų planetą 100-300 km aukštyje. Tai vadinamoji jonosfera.
Plazma susidaro vykstant visų rūšių išlydžiams dujose: rusenančiajam, lankiniam, kibirkštiniam ir t.t.
Įvairiom spalvom plazma švyti dienos šviesos lempose ir reklaminių iškabų vamzdeliuose.
Dienos šviesos lempose išlydis vyksta gyvsidabrio garuose. Stiklinis vamzdelis padengiamas specialia medžiaga – liuminoforu, kuris, plazmos spindulių veikiamas, ima pats švytėti. Parenkamas toks liuminoforas, kurio švytėjimas būtų artimas baltai šviesai.
Dujų plazma taikoma daugelyje prietaisų, pavyzdžiui, dujiniame lazeryje.
Perspektyvūs yra kosminiuose laivuose įrengiami nedidelės galios plazminiai varikliai.
Palyginti nesenai buvo sukurtas prietaisas – plazmotronas (7 pav), kuris naudojamas metalams pjaustyti, suvirinti, gręžiniams gręžti kietose uolienose ir t.t.
Labiausiai viliojanti fizikus perspektyva – aukštosios temperatūros plazmos taikymas valdomoms termobranduolinėms reakcijoms sukelti.

Į viršų...