हम जिस युग में रहते हैं उसे बिजली का युग कहा जा सकता है। कंप्यूटर, टेलीविजन, ऑटोमोबाइल, उपग्रह, कृत्रिम प्रकाश उपकरणों का संचालन उन उदाहरणों का एक छोटा सा हिस्सा है जहां इसका उपयोग किया जाता है। किसी व्यक्ति के लिए दिलचस्प और महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक विद्युत निर्वहन है। आइए विस्तार से देखें कि यह क्या है।
बिजली के अध्ययन का एक संक्षिप्त इतिहास
मनुष्य को बिजली से कब परिचय हुआ? इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है, क्योंकि इसे गलत तरीके से रखा गया था, क्योंकि सबसे आश्चर्यजनक प्राकृतिक घटना बिजली है, जिसे अनादि काल से जाना जाता है।
विद्युत प्रक्रियाओं का सार्थक अध्ययन केवल 18वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध के अंत में शुरू हुआ। यहां चार्ल्स कूलम्ब द्वारा बिजली के बारे में मनुष्य के विचारों में एक गंभीर योगदान पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जिन्होंने आवेशित कणों की परस्पर क्रिया के बल का अध्ययन किया, जॉर्ज ओम, जिन्होंने गणितीय रूप से एक बंद सर्किट में वर्तमान के मापदंडों का वर्णन किया, और बेंजामिन फ्रैंकलिन, जिन्होंने उपर्युक्त की प्रकृति का अध्ययन करते हुए कई प्रयोग किएआकाशीय बिजली। उनके अलावा, लुइगी गलवानी (तंत्रिका आवेगों का अध्ययन, पहली "बैटरी" का आविष्कार) और माइकल फैराडे (इलेक्ट्रोलाइट्स में करंट का अध्ययन) जैसे वैज्ञानिकों ने बिजली के भौतिकी के विकास में बड़ी भूमिका निभाई।
इन सभी वैज्ञानिकों की उपलब्धियों ने जटिल विद्युत प्रक्रियाओं के अध्ययन और समझ के लिए एक ठोस आधार तैयार किया है, जिनमें से एक विद्युत निर्वहन है।
एक डिस्चार्ज क्या है और इसके अस्तित्व के लिए कौन सी शर्तें आवश्यक हैं?
विद्युत धारा का निर्वहन एक भौतिक प्रक्रिया है, जो एक गैसीय माध्यम में अलग-अलग क्षमता वाले दो स्थानिक क्षेत्रों के बीच आवेशित कणों के प्रवाह की उपस्थिति की विशेषता है। आइए इस परिभाषा को तोड़ते हैं।
सबसे पहले जब लोग डिस्चार्ज की बात करते हैं तो उनका मतलब हमेशा गैस से होता है। तरल और ठोस पदार्थों में भी निर्वहन हो सकता है (एक ठोस संधारित्र का टूटना), लेकिन कम घने माध्यम में इस घटना के अध्ययन की प्रक्रिया पर विचार करना आसान है। इसके अलावा, यह गैसों में निर्वहन है जो अक्सर देखा जाता है और मानव जीवन के लिए बहुत महत्व रखता है।
दूसरा, जैसा कि इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज की परिभाषा में कहा गया है, यह तभी होता है जब दो महत्वपूर्ण शर्तें पूरी होती हैं:
- जब कोई संभावित अंतर हो (विद्युत क्षेत्र की ताकत);
- आवेश वाहकों की उपस्थिति (मुक्त आयन और इलेक्ट्रॉन)।
संभावित अंतर आवेश के निर्देशित संचलन को सुनिश्चित करता है। यदि यह एक निश्चित सीमा मान से अधिक हो जाता है, तो गैर-स्व-निरंतर निर्वहन में बदल जाता हैस्वावलंबी या स्वावलंबी।
जहां तक फ्री चार्ज कैरियर्स की बात है तो वे किसी भी गैस में हमेशा मौजूद रहते हैं। उनकी एकाग्रता, निश्चित रूप से, कई बाहरी कारकों और गैस के गुणों पर निर्भर करती है, लेकिन उनकी उपस्थिति का तथ्य निर्विवाद है। यह सूर्य से पराबैंगनी किरणों, ब्रह्मांडीय विकिरण और हमारे ग्रह के प्राकृतिक विकिरण के रूप में तटस्थ परमाणुओं और अणुओं के आयनीकरण के ऐसे स्रोतों के अस्तित्व के कारण है।
संभावित अंतर और वाहक एकाग्रता के बीच संबंध निर्वहन की प्रकृति को निर्धारित करता है।
विद्युत डिस्चार्ज के प्रकार
आइए इन प्रजातियों की सूची बनाते हैं, और फिर हम उनमें से प्रत्येक की अधिक विस्तार से विशेषता बताएंगे। तो, गैसीय मीडिया में सभी निर्वहन आमतौर पर निम्नलिखित में विभाजित होते हैं:
- सुलगना;
- चिंगारी;
- चाप;
- मुकुट।
शारीरिक रूप से, वे केवल शक्ति (वर्तमान घनत्व) में एक दूसरे से भिन्न होते हैं, और परिणामस्वरूप, तापमान में, साथ ही समय में उनके प्रकट होने की प्रकृति में। सभी मामलों में, हम कैथोड (कम संभावित क्षेत्र) के लिए एक सकारात्मक चार्ज (धनायनों) और एनोड (उच्च संभावित क्षेत्र) के लिए एक नकारात्मक चार्ज (आयनों, इलेक्ट्रॉनों) के हस्तांतरण के बारे में बात कर रहे हैं।
ग्लो डिस्चार्ज
इसके अस्तित्व के लिए निम्न गैस दाब (वायुमंडलीय दबाव से सैकड़ों हजार गुना कम) बनाना आवश्यक है। कैथोड ट्यूबों में एक चमक निर्वहन देखा जाता है जो किसी प्रकार की गैस से भरे होते हैं (उदाहरण के लिए, Ne, Ar, Kr, और अन्य)। ट्यूब के इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज के आवेदन से निम्नलिखित प्रक्रिया का सक्रियण होता है: गैस में उपलब्धधनायन तेजी से आगे बढ़ना शुरू करते हैं, कैथोड तक पहुंचते हैं, वे इसे हिट करते हैं, गति को स्थानांतरित करते हैं और इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं। उत्तरार्द्ध, पर्याप्त गतिज ऊर्जा की उपस्थिति में, तटस्थ गैस अणुओं के आयनीकरण को जन्म दे सकता है। वर्णित प्रक्रिया केवल कैथोड पर बमबारी करने वाले धनायनों की पर्याप्त ऊर्जा और उनमें से एक निश्चित मात्रा के मामले में आत्मनिर्भर होगी, जो इलेक्ट्रोड पर संभावित अंतर और ट्यूब में गैस के दबाव पर निर्भर करती है।
चमकदार निर्वहन चमकता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन दो समानांतर प्रक्रियाओं के कारण होता है:
- ऊर्जा रिलीज के साथ इलेक्ट्रॉन-केशन जोड़े का पुनर्संयोजन;
- उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में तटस्थ गैस अणुओं (परमाणुओं) का संक्रमण।
इस प्रकार के निर्वहन की विशिष्ट विशेषताएं छोटी धाराएं (कुछ मिलीमीटर) और छोटे स्थिर वोल्टेज (100-400 वी) हैं, लेकिन थ्रेसहोल्ड वोल्टेज गैस के दबाव के आधार पर कई हजार वोल्ट है।
ग्लो डिस्चार्ज के उदाहरण हैं फ्लोरोसेंट और नियॉन लैंप। प्रकृति में, इस प्रकार को उत्तरी रोशनी (पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में आयन प्रवाह की गति) के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
स्पार्क डिस्चार्ज
यह एक विशिष्ट वायुमंडलीय विद्युत निर्वहन है जो बिजली के रूप में प्रकट होता है। इसके अस्तित्व के लिए, न केवल उच्च गैस दबाव (1 एटीएम या अधिक) की उपस्थिति, बल्कि भारी तनाव भी आवश्यक हैं। वायु एक काफी अच्छा डाइइलेक्ट्रिक (इन्सुलेटर) है। इसकी पारगम्यता 4 से 30 kV/cm के बीच होती है, जो कि. पर निर्भर करती हैइसमें नमी और ठोस कणों की उपस्थिति। इन आंकड़ों से संकेत मिलता है कि ब्रेकडाउन (स्पार्क) उत्पन्न करने के लिए प्रत्येक मीटर हवा में कम से कम 4,00,000 वोल्ट का उपयोग किया जाना चाहिए!
प्रकृति में, क्यूम्यलस बादलों में ऐसी स्थितियां होती हैं, जब वायु द्रव्यमान, वायु संवहन और क्रिस्टलीकरण (संघनन) के बीच घर्षण के परिणामस्वरूप, आवेशों को इस तरह से पुनर्वितरित किया जाता है कि बादलों की निचली परतें नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया, और ऊपरी परतों को सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया। संभावित अंतर धीरे-धीरे जमा होता है, जब इसका मूल्य हवा की इन्सुलेट क्षमताओं (कई मिलियन वोल्ट प्रति मीटर) से अधिक होने लगता है, तो बिजली आती है - एक विद्युत निर्वहन जो एक सेकंड के एक अंश तक रहता है। इसमें वर्तमान ताकत 10-40 हजार एम्पीयर तक पहुंच जाती है, और चैनल में प्लाज्मा का तापमान 20,000 K तक बढ़ जाता है।
बिजली की प्रक्रिया के दौरान निकलने वाली न्यूनतम ऊर्जा की गणना की जा सकती है यदि हम निम्नलिखित डेटा को ध्यान में रखते हैं: प्रक्रिया t=110-6 s के दौरान विकसित होती है, मैं=10 000 ए, यू=109 बी, तो हमें मिलता है:
ई=आईयूटी=10 मिलियन जे
परिणामी आंकड़ा 250 किलो डायनामाइट के विस्फोट से निकलने वाली ऊर्जा के बराबर है।
चाप निर्वहन
चिंगारी के साथ-साथ गैस में पर्याप्त दबाव होने पर यह होता है। इसकी विशेषताएं लगभग पूरी तरह से चिंगारी के समान हैं, लेकिन अंतर हैं:
- सबसे पहले, धाराएं दस हजार एम्पीयर तक पहुंचती हैं, लेकिन एक ही समय में वोल्टेज कई सौ वोल्ट होता है, जो किससे जुड़ा होता हैअत्यधिक प्रवाहकीय माध्यम;
- दूसरी बात, चिंगारी के विपरीत, चाप का निर्वहन समय पर स्थिर रूप से मौजूद होता है।
इस प्रकार के डिस्चार्ज में संक्रमण धीरे-धीरे वोल्टेज में वृद्धि से होता है। कैथोड से ऊष्मीय उत्सर्जन के कारण डिस्चार्ज बना रहता है। इसका एक ज्वलंत उदाहरण वेल्डिंग आर्क है।
कोरोना डिस्चार्ज
गैसों में इस प्रकार का विद्युत निर्वहन अक्सर नाविकों द्वारा देखा जाता था जो कोलंबस द्वारा खोजी गई नई दुनिया की यात्रा करते थे। उन्होंने मस्तूलों के सिरों पर नीले रंग की चमक को "सेंट एल्मो की रोशनी" कहा।
एक कोरोना डिस्चार्ज उन वस्तुओं के आसपास होता है जिनमें बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र की ताकत होती है। ऐसी स्थितियां नुकीली वस्तुओं (जहाजों के मस्तूल, छतों वाली इमारतों) के पास बनाई जाती हैं। जब किसी पिंड में कुछ स्थिर आवेश होता है, तो उसके सिरों पर क्षेत्र की ताकत आसपास की हवा के आयनीकरण की ओर ले जाती है। परिणामी आयन क्षेत्र के स्रोत की ओर अपना बहाव शुरू करते हैं। ये कमजोर धाराएं, जो चमक के निर्वहन के मामले में समान प्रक्रियाओं का कारण बनती हैं, एक चमक की उपस्थिति की ओर ले जाती हैं।
डिस्चार्ज से मानव स्वास्थ्य को खतरा
कोरोना और ग्लो डिस्चार्ज मनुष्यों के लिए कोई विशेष खतरा पैदा नहीं करते हैं, क्योंकि वे कम धाराओं (मिलियम्प्स) की विशेषता रखते हैं। उपरोक्त में से अन्य दो डिस्चार्ज उनके साथ सीधे संपर्क के मामले में घातक हैं।
यदि कोई व्यक्ति बिजली के आगमन को देखता है, तो उसे सभी बिजली के उपकरणों (मोबाइल फोन सहित) को बंद कर देना चाहिए, और खुद को भी इस स्थिति में रखना चाहिए कि वह आसपास के क्षेत्र से अलग न दिखे।ऊंचाई।
