प्रकृति में कोई पूर्ण डाइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं। कणों की क्रमबद्ध गति - विद्युत आवेश के वाहक - अर्थात धारा, किसी भी माध्यम में हो सकती है, लेकिन इसके लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। हम यहां इस बात पर विचार करेंगे कि गैसों में विद्युत परिघटनाएं कैसे आगे बढ़ती हैं और कैसे एक गैस को एक बहुत अच्छे ढांकता हुआ से एक बहुत अच्छे कंडक्टर में बदला जा सकता है। हम उन परिस्थितियों में रुचि लेंगे जिनके तहत यह उत्पन्न होता है, साथ ही साथ गैसों में विद्युत प्रवाह की कौन सी विशेषताएँ होती हैं।
गैसों के विद्युत गुण
एक ढांकता हुआ एक पदार्थ (माध्यम) है जिसमें कणों की सांद्रता - एक विद्युत आवेश के मुक्त वाहक - किसी भी महत्वपूर्ण मूल्य तक नहीं पहुँचते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चालकता नगण्य होती है। सभी गैसें अच्छे डाइलेक्ट्रिक्स हैं। उनके इन्सुलेट गुणों का उपयोग हर जगह किया जाता है। उदाहरण के लिए, किसी भी सर्किट ब्रेकर में, सर्किट का उद्घाटन तब होता है जब संपर्कों को ऐसी स्थिति में लाया जाता है कि उनके बीच एक एयर गैप बन जाता है। बिजली लाइनों में तारवायु परत द्वारा एक दूसरे से पृथक भी होते हैं।
किसी भी गैस की संरचनात्मक इकाई एक अणु होती है। इसमें परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉन बादल होते हैं, यानी यह किसी तरह से अंतरिक्ष में वितरित विद्युत आवेशों का एक संग्रह है। एक गैस अणु इसकी संरचना की ख़ासियत के कारण एक विद्युत द्विध्रुव हो सकता है, या इसे बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत ध्रुवीकृत किया जा सकता है। गैस बनाने वाले अधिकांश अणु सामान्य परिस्थितियों में विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, क्योंकि उनमें आवेश एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।
यदि किसी गैस पर विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो अणु एक द्विध्रुवीय अभिविन्यास ग्रहण करेंगे, जो एक स्थानिक स्थिति पर कब्जा कर लेता है जो क्षेत्र के प्रभाव की भरपाई करता है। कूलम्ब बलों के प्रभाव में गैस में मौजूद आवेशित कण गति करना शुरू कर देंगे: सकारात्मक आयन - कैथोड की दिशा में, नकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन - एनोड की ओर। हालाँकि, यदि क्षेत्र में अपर्याप्त क्षमता है, तो आवेशों का एक निर्देशित प्रवाह उत्पन्न नहीं होता है, और कोई अलग-अलग धाराओं की बात कर सकता है, इतना कमजोर कि उन्हें उपेक्षित किया जाना चाहिए। गैस एक ढांकता हुआ की तरह व्यवहार करती है।
इस प्रकार, गैसों में विद्युत प्रवाह की घटना के लिए, मुक्त आवेश वाहकों की एक बड़ी सांद्रता और एक क्षेत्र की उपस्थिति की आवश्यकता होती है।
आयनीकरण
एक गैस में मुक्त आवेशों की संख्या में हिमस्खलन जैसी वृद्धि की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है। तदनुसार, जिस गैस में आवेशित कणों की एक महत्वपूर्ण मात्रा होती है उसे आयनित कहा जाता है। ऐसी गैसों में विद्युत धारा उत्पन्न होती है।
आयनीकरण प्रक्रिया अणुओं की तटस्थता के उल्लंघन से जुड़ी है। एक इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी के परिणामस्वरूप, सकारात्मक आयन दिखाई देते हैं, एक अणु के लिए एक इलेक्ट्रॉन के जुड़ाव से एक नकारात्मक आयन का निर्माण होता है। इसके अलावा, एक आयनित गैस में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। गैसों में विद्युत प्रवाह के लिए धनात्मक आयन और विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन मुख्य आवेश वाहक होते हैं।
आयनीकरण तब होता है जब किसी कण को एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्रदान की जाती है। इस प्रकार, एक अणु की संरचना में एक बाहरी इलेक्ट्रॉन, इस ऊर्जा को प्राप्त करने के बाद, अणु को छोड़ सकता है। तटस्थ कणों के साथ आवेशित कणों के परस्पर टकराव से नए इलेक्ट्रॉनों की दस्तक होती है, और इस प्रक्रिया में हिमस्खलन जैसा चरित्र होता है। कणों की गतिज ऊर्जा भी बढ़ जाती है, जो आयनीकरण को बहुत बढ़ावा देती है।
गैसों में विद्युत धारा को उत्तेजित करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा कहाँ से आती है? गैसों के आयनीकरण में ऊर्जा के कई स्रोत होते हैं, जिसके अनुसार इसके प्रकारों को नाम देने की प्रथा है।
- विद्युत क्षेत्र द्वारा आयनीकरण। इस स्थिति में, क्षेत्र की स्थितिज ऊर्जा कणों की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
- ऊष्मीकरण। तापमान में वृद्धि से बड़ी संख्या में मुक्त शुल्क भी बनते हैं।
- फोटोआयनीकरण। इस प्रक्रिया का सार यह है कि इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटा - फोटॉन द्वारा ऊर्जा की आपूर्ति की जाती है, यदि उनके पास पर्याप्त उच्च आवृत्ति (पराबैंगनी, एक्स-रे, गामा क्वांटा) है।
- प्रभाव आयनीकरण, टकराने वाले कणों की गतिज ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन पृथक्करण की ऊर्जा में बदलने का परिणाम है। साथ हीथर्मल आयनीकरण, यह विद्युत प्रवाह की गैसों में मुख्य उत्तेजना कारक के रूप में कार्य करता है।
प्रत्येक गैस को एक निश्चित थ्रेशोल्ड मान की विशेषता होती है - एक संभावित अवरोध पर काबू पाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को अणु से अलग होने के लिए आवश्यक आयनीकरण ऊर्जा। पहले इलेक्ट्रॉन के लिए यह मान कई वोल्ट से लेकर दो दसियों वोल्ट तक होता है; अणु से अगले इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, इत्यादि।
यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि गैस में आयनीकरण के साथ-साथ रिवर्स प्रक्रिया होती है - पुनर्संयोजन, यानी कूलम्ब आकर्षण बलों की कार्रवाई के तहत तटस्थ अणुओं की बहाली।
गैस डिस्चार्ज और उसके प्रकार
तो, गैसों में विद्युत धारा आवेशित कणों के उन पर लगाए गए विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत क्रमबद्ध गति के कारण होती है। ऐसे आवेशों की उपस्थिति, बदले में, विभिन्न आयनीकरण कारकों के कारण संभव है।
इसलिए, थर्मल आयनीकरण के लिए महत्वपूर्ण तापमान की आवश्यकता होती है, लेकिन कुछ रासायनिक प्रक्रियाओं के कारण एक खुली लौ आयनीकरण में योगदान करती है। लौ की उपस्थिति में अपेक्षाकृत कम तापमान पर भी, गैसों में विद्युत प्रवाह की उपस्थिति दर्ज की जाती है, और गैस चालकता के साथ प्रयोग से इसे सत्यापित करना आसान हो जाता है। एक आवेशित संधारित्र की प्लेटों के बीच एक बर्नर या मोमबत्ती की लौ को रखना आवश्यक है। कैपेसिटर में एयर गैप के कारण पहले खुला सर्किट बंद हो जाएगा। सर्किट से जुड़ा एक गैल्वेनोमीटर करंट की उपस्थिति दिखाएगा।
गैसों में विद्युत धारा गैस डिस्चार्ज कहलाती है। यह ध्यान में रखना चाहिए किडिस्चार्ज की स्थिरता बनाए रखने के लिए, आयनाइज़र की क्रिया स्थिर होनी चाहिए, क्योंकि निरंतर पुनर्संयोजन के कारण, गैस अपने विद्युत प्रवाहकीय गुणों को खो देती है। गैसों में विद्युत प्रवाह के कुछ वाहक - आयन - इलेक्ट्रोड पर बेअसर होते हैं, अन्य - इलेक्ट्रॉन - एनोड पर गिरते हैं, क्षेत्र स्रोत के "प्लस" के लिए निर्देशित होते हैं। यदि आयनकारी कारक काम करना बंद कर देता है, तो गैस तुरंत फिर से ढांकता हुआ हो जाएगी, और करंट बंद हो जाएगा। बाहरी आयोनाइजर की क्रिया पर निर्भर इस तरह की धारा को गैर-स्व-निरंतर निर्वहन कहा जाता है।
गैसों के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने की विशेषताएं वोल्टेज पर वर्तमान शक्ति की एक विशेष निर्भरता द्वारा वर्णित हैं - वर्तमान-वोल्टेज विशेषता।
आइए वर्तमान-वोल्टेज निर्भरता के ग्राफ पर गैस डिस्चार्ज के विकास पर विचार करें। जब वोल्टेज एक निश्चित मान U1 तक बढ़ जाता है, तो धारा उसके अनुपात में बढ़ जाती है, अर्थात ओम का नियम पूरा हो जाता है। गतिज ऊर्जा बढ़ती है, और इसलिए गैस में आवेशों का वेग, और यह प्रक्रिया पुनर्संयोजन से आगे है। U1 से U2 तक वोल्टेज मानों पर इस अनुपात का उल्लंघन होता है; जब U2 पहुंच जाता है, तो सभी आवेश वाहक पुनर्संयोजन के समय के बिना इलेक्ट्रोड तक पहुंच जाते हैं। सभी मुफ्त शुल्क शामिल हैं, और वोल्टेज में और वृद्धि से वर्तमान में वृद्धि नहीं होती है। आवेशों की गति की इस प्रकृति को संतृप्ति धारा कहा जाता है। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि गैसों में विद्युत प्रवाह विभिन्न शक्तियों के विद्युत क्षेत्रों में आयनित गैस के व्यवहार की ख़ासियत के कारण भी होता है।
जब इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर एक निश्चित मान U3 तक पहुंच जाता है, तो वोल्टेज विद्युत क्षेत्र के लिए हिमस्खलन जैसी गैस आयनीकरण का कारण बनने के लिए पर्याप्त हो जाता है। अणुओं के प्रभाव आयनीकरण के लिए मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा पहले से ही पर्याप्त है। साथ ही, अधिकांश गैसों में उनकी गति लगभग 2000 किमी/सेकेंड और अधिक होती है (इसकी गणना अनुमानित सूत्र v=600 Ui द्वारा की जाती है, जहां Ui आयनीकरण क्षमता है)। इस समय, एक गैस टूटना होता है और एक आंतरिक आयनीकरण स्रोत के कारण वर्तमान में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। इसलिए, इस तरह के निर्वहन को स्वतंत्र कहा जाता है।
इस मामले में बाहरी आयनकार की उपस्थिति अब गैसों में विद्युत प्रवाह को बनाए रखने में भूमिका नहीं निभाती है। विभिन्न परिस्थितियों में और विद्युत क्षेत्र स्रोत की विभिन्न विशेषताओं के साथ एक आत्मनिर्भर निर्वहन में कुछ विशेषताएं हो सकती हैं। स्व-निर्वहन इस प्रकार के होते हैं जैसे चमक, चिंगारी, चाप और कोरोना। हम देखेंगे कि इनमें से प्रत्येक प्रकार के लिए संक्षेप में गैसों में विद्युत धारा कैसे व्यवहार करती है।
ग्लो डिस्चार्ज
एक दुर्लभ गैस में, एक स्वतंत्र निर्वहन शुरू करने के लिए 100 (और उससे भी कम) से 1000 वोल्ट का संभावित अंतर पर्याप्त है। इसलिए, कम करंट स्ट्रेंथ (10-5 A से 1 A तक) की विशेषता वाला एक ग्लो डिस्चार्ज, पारा के कुछ मिलीमीटर से अधिक नहीं के दबाव पर होता है।
एक दुर्लभ गैस और ठंडे इलेक्ट्रोड के साथ एक ट्यूब में, उभरता हुआ चमक निर्वहन इलेक्ट्रोड के बीच एक पतली चमकदार कॉर्ड की तरह दिखता है। यदि आप ट्यूब से गैस पंप करना जारी रखते हैं, तो आप देखेंगेकॉर्ड का धुंधला होना, और पारा के दसवें मिलीमीटर के दबाव पर, चमक ट्यूब को लगभग पूरी तरह से भर देती है। कैथोड के पास चमक अनुपस्थित है - तथाकथित डार्क कैथोड स्पेस में। शेष को धनात्मक स्तंभ कहा जाता है। इस मामले में, निर्वहन के अस्तित्व को सुनिश्चित करने वाली मुख्य प्रक्रियाएं अंधेरे कैथोड स्थान और उसके आस-पास के क्षेत्र में सटीक रूप से स्थानीयकृत होती हैं। यहां, आवेशित गैस कणों को त्वरित किया जाता है, कैथोड से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालता है।
ग्लो डिस्चार्ज में आयनन का कारण कैथोड से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है। कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन गैस अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का उत्पादन करते हैं, उभरते हुए सकारात्मक आयन कैथोड से द्वितीयक उत्सर्जन का कारण बनते हैं, और इसी तरह। सकारात्मक स्तंभ की चमक मुख्य रूप से उत्तेजित गैस अणुओं द्वारा फोटॉन की पुनरावृत्ति के कारण होती है, और विभिन्न गैसों को एक निश्चित रंग की चमक की विशेषता होती है। सकारात्मक स्तंभ केवल विद्युत परिपथ के एक भाग के रूप में एक चमक निर्वहन के निर्माण में भाग लेता है। यदि आप इलेक्ट्रोड को एक साथ करीब लाते हैं, तो आप सकारात्मक स्तंभ के गायब होने को प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन निर्वहन बंद नहीं होगा। हालांकि, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी में और कमी के साथ, ग्लो डिस्चार्ज मौजूद नहीं हो पाएगा।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गैसों में इस प्रकार के विद्युत प्रवाह के लिए, कुछ प्रक्रियाओं की भौतिकी अभी तक पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हुई है। उदाहरण के लिए, डिस्चार्ज में भाग लेने वाले क्षेत्र की कैथोड सतह पर विस्तार करने वाले बलों की प्रकृति अस्पष्ट बनी हुई है।
स्पार्क डिस्चार्ज
चिंगारीटूटने का एक आवेगी चरित्र है। यह सामान्य वायुमंडलीय के करीब दबाव में होता है, ऐसे मामलों में जहां विद्युत क्षेत्र स्रोत की शक्ति स्थिर निर्वहन बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। इस मामले में, क्षेत्र की ताकत अधिक है और 3 एमवी / मी तक पहुंच सकती है। घटना को गैस में निर्वहन विद्युत प्रवाह में तेज वृद्धि की विशेषता है, साथ ही वोल्टेज बहुत तेज़ी से गिरता है, और निर्वहन बंद हो जाता है। फिर संभावित अंतर फिर से बढ़ जाता है, और पूरी प्रक्रिया दोहराई जाती है।
इस प्रकार के डिस्चार्ज से अल्पकालिक स्पार्क चैनल बनते हैं, जिसका विकास इलेक्ट्रोड के बीच किसी भी बिंदु से शुरू हो सकता है। यह इस तथ्य के कारण है कि प्रभाव आयनीकरण उन जगहों पर बेतरतीब ढंग से होता है जहां वर्तमान में आयनों की सबसे बड़ी संख्या केंद्रित है। स्पार्क चैनल के पास, गैस तेजी से गर्म होती है और थर्मल विस्तार से गुजरती है, जो ध्वनिक तरंगों का कारण बनती है। इसलिए, स्पार्क डिस्चार्ज क्रैकिंग के साथ-साथ गर्मी की रिहाई और एक उज्ज्वल चमक के साथ होता है। हिमस्खलन आयनीकरण प्रक्रियाएं स्पार्क चैनल में उच्च दबाव और तापमान 10 हजार डिग्री और अधिक तक उत्पन्न करती हैं।
एक प्राकृतिक स्पार्क डिस्चार्ज का सबसे स्पष्ट उदाहरण बिजली है। मुख्य बिजली की चिंगारी चैनल का व्यास कुछ सेंटीमीटर से लेकर 4 मीटर तक हो सकता है, और चैनल की लंबाई 10 किमी तक पहुंच सकती है। करंट का परिमाण 500 हजार एम्पीयर तक पहुँच जाता है, और एक गरज वाले बादल और पृथ्वी की सतह के बीच संभावित अंतर एक अरब वोल्ट तक पहुँच जाता है।
सबसे लंबी 321 किमी बिजली 2007 में अमेरिका के ओक्लाहोमा में देखी गई थी। अवधि के लिए रिकॉर्ड धारक बिजली था, दर्ज किया गया2012 में फ्रेंच आल्प्स में - यह 7.7 सेकंड से अधिक समय तक चला। बिजली गिरने पर हवा 30 हजार डिग्री तक गर्म हो सकती है, जो सूर्य की दृश्य सतह के तापमान का 6 गुना है।
ऐसे मामलों में जहां विद्युत क्षेत्र के स्रोत की शक्ति काफी बड़ी होती है, स्पार्क डिस्चार्ज एक चाप में विकसित हो जाता है।
चाप निर्वहन
इस प्रकार का स्व-निर्वहन उच्च धारा घनत्व और कम (ग्लो डिस्चार्ज से कम) वोल्टेज की विशेषता है। इलेक्ट्रोड की निकटता के कारण ब्रेकडाउन दूरी छोटी है। डिस्चार्ज कैथोड सतह से एक इलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन से शुरू होता है (धातु परमाणुओं के लिए, गैस अणुओं की तुलना में आयनीकरण क्षमता कम होती है)। इलेक्ट्रोड के बीच टूटने के दौरान, ऐसी स्थितियां बनती हैं जिसके तहत गैस विद्युत प्रवाह का संचालन करती है, और एक स्पार्क डिस्चार्ज होता है, जो सर्किट को बंद कर देता है। यदि वोल्टेज स्रोत की शक्ति काफी बड़ी है, तो स्पार्क डिस्चार्ज एक स्थिर विद्युत चाप में बदल जाता है।
आर्क डिस्चार्ज के दौरान आयनीकरण लगभग 100% तक पहुंच जाता है, वर्तमान ताकत बहुत अधिक है और 10 से 100 एम्पीयर तक हो सकती है। वायुमंडलीय दबाव में, चाप 5-6 हजार डिग्री तक गर्म हो सकता है, और कैथोड - 3 हजार डिग्री तक, जिससे इसकी सतह से तीव्र ऊष्मीय उत्सर्जन होता है। इलेक्ट्रॉनों के साथ एनोड की बमबारी से आंशिक विनाश होता है: इस पर एक अवकाश बनता है - लगभग 4000 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाला एक गड्ढा। दबाव में वृद्धि से तापमान में और भी अधिक वृद्धि होती है।
इलेक्ट्रोडों को फैलाते समय आर्क डिस्चार्ज एक निश्चित दूरी तक स्थिर रहता है,जो आपको बिजली के उपकरणों के उन क्षेत्रों में इससे निपटने की अनुमति देता है जहां यह जंग और इसके कारण होने वाले संपर्कों के जलने के कारण हानिकारक है। ये हाई-वोल्टेज और स्वचालित स्विच, संपर्ककर्ता और अन्य जैसे उपकरण हैं। संपर्क खोलते समय होने वाले चाप का मुकाबला करने के तरीकों में से एक चाप विस्तार के सिद्धांत के आधार पर चाप च्यूट का उपयोग है। कई अन्य तरीकों का भी उपयोग किया जाता है: संपर्कों को पाटना, उच्च आयनीकरण क्षमता वाली सामग्री का उपयोग करना, और इसी तरह।
कोरोना डिस्चार्ज
कोरोना डिस्चार्ज का विकास सतह के बड़े वक्रता वाले इलेक्ट्रोड के पास तीव्र अमानवीय क्षेत्रों में सामान्य वायुमंडलीय दबाव में होता है। ये स्पायर, मस्तूल, तार, बिजली के उपकरणों के विभिन्न तत्व हो सकते हैं जिनका एक जटिल आकार होता है, और यहां तक कि मानव बाल भी। ऐसे इलेक्ट्रोड को कोरोना इलेक्ट्रोड कहा जाता है। आयनीकरण प्रक्रिया और तदनुसार, गैस की चमक उसके पास ही होती है।
एक कोरोना कैथोड (नकारात्मक कोरोना) दोनों पर आयनों के साथ बमबारी करने पर, और एनोड (पॉजिटिव) पर फोटोयनाइजेशन के परिणामस्वरूप बन सकता है। नकारात्मक कोरोना, जिसमें थर्मल उत्सर्जन के परिणामस्वरूप आयनीकरण प्रक्रिया को इलेक्ट्रोड से दूर निर्देशित किया जाता है, एक समान चमक की विशेषता है। सकारात्मक कोरोना में, स्ट्रीमर देखे जा सकते हैं - टूटे हुए विन्यास की चमकदार रेखाएं जो स्पार्क चैनलों में बदल सकती हैं।
प्राकृतिक परिस्थितियों में कोरोना डिस्चार्ज का एक उदाहरण सेंट एल्मो की आग है जो ऊंचे मस्तूलों, ट्रीटॉप्स आदि की युक्तियों पर होती है। वे विद्युत के उच्च वोल्टेज पर बनते हैंअक्सर गरज के साथ या बर्फीले तूफान के दौरान वातावरण में खेतों। इसके अलावा, वे ज्वालामुखीय राख के बादल में गिरने वाले विमान की त्वचा पर लगाए गए थे।
बिजली लाइनों के तारों पर कोरोना डिस्चार्ज होने से बिजली का काफी नुकसान होता है। उच्च वोल्टेज पर, एक कोरोना डिस्चार्ज एक चाप में बदल सकता है। यह विभिन्न तरीकों से लड़ा जाता है, उदाहरण के लिए, कंडक्टरों की वक्रता त्रिज्या को बढ़ाकर।
गैसों और प्लाज्मा में विद्युत प्रवाह
पूरी तरह या आंशिक रूप से आयनित गैस को प्लाज्मा कहा जाता है और इसे पदार्थ की चौथी अवस्था माना जाता है। कुल मिलाकर, प्लाज्मा विद्युत रूप से उदासीन होता है, क्योंकि इसके अवयवी कणों का कुल आवेश शून्य होता है। यह इसे इलेक्ट्रॉन बीम जैसे आवेशित कणों की अन्य प्रणालियों से अलग करता है।
प्राकृतिक परिस्थितियों में, उच्च गति पर गैस परमाणुओं के टकराने के कारण उच्च तापमान पर, एक नियम के रूप में, प्लाज्मा बनता है। ब्रह्मांड में बेरियोनिक पदार्थ का विशाल बहुमत प्लाज्मा की अवस्था में है। ये तारे हैं, इंटरस्टेलर मैटर का हिस्सा, इंटरगैलेक्टिक गैस। पृथ्वी का आयनमंडल भी एक दुर्लभ, कमजोर आयनित प्लाज्मा है।
आयनीकरण की डिग्री प्लाज्मा की एक महत्वपूर्ण विशेषता है - इसके प्रवाहकीय गुण इस पर निर्भर करते हैं। आयनीकरण की डिग्री को आयनित परमाणुओं की संख्या और प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की कुल संख्या के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। प्लाज्मा जितना अधिक आयनित होता है, उसकी विद्युत चालकता उतनी ही अधिक होती है। इसके अलावा, यह उच्च गतिशीलता की विशेषता है।
इसलिए, हम देखते हैं कि बिजली का संचालन करने वाली गैसें भीतर हैंडिस्चार्ज चैनल और कुछ नहीं बल्कि प्लाज्मा हैं। इस प्रकार, चमक और कोरोना डिस्चार्ज ठंडे प्लाज्मा के उदाहरण हैं; बिजली की एक चिंगारी चैनल या एक विद्युत चाप गर्म, लगभग पूरी तरह से आयनित प्लाज्मा के उदाहरण हैं।
धातुओं, द्रवों और गैसों में विद्युत धारा - अंतर और समानताएं
आइए उन विशेषताओं पर विचार करें जो अन्य मीडिया में करंट के गुणों की तुलना में गैस डिस्चार्ज की विशेषता रखते हैं।
धातुओं में, करंट मुक्त इलेक्ट्रॉनों की एक निर्देशित गति है जिसमें रासायनिक परिवर्तन नहीं होते हैं। इस प्रकार के संवाहकों को प्रथम प्रकार का संवाहक कहा जाता है; इनमें धातुओं और मिश्र धातुओं के अलावा, कोयला, कुछ लवण और ऑक्साइड शामिल हैं। वे इलेक्ट्रॉनिक चालकता द्वारा प्रतिष्ठित हैं।
दूसरे प्रकार के सुचालक इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं, यानी क्षार, अम्ल और लवण के तरल जलीय घोल। करंट का मार्ग इलेक्ट्रोलाइट - इलेक्ट्रोलिसिस में एक रासायनिक परिवर्तन से जुड़ा है। पानी में घुले पदार्थ के आयन, संभावित अंतर की कार्रवाई के तहत, विपरीत दिशाओं में चलते हैं: सकारात्मक धनायन - कैथोड को, ऋणात्मक आयन - एनोड को। प्रक्रिया कैथोड पर गैस के विकास या धातु की परत के जमाव के साथ होती है। दूसरी तरह के कंडक्टरों को आयनिक चालकता की विशेषता होती है।
जहां तक गैसों की चालकता का सवाल है, यह, सबसे पहले, अस्थायी है, और दूसरी बात, इनमें से प्रत्येक के साथ समानता और अंतर के संकेत हैं। तो, इलेक्ट्रोलाइट्स और गैसों दोनों में विद्युत प्रवाह विपरीत इलेक्ट्रोड की ओर निर्देशित विपरीत आवेशित कणों का बहाव है। हालांकि, एक संयोजन के साथ गैस निर्वहन में इलेक्ट्रोलाइट्स को विशुद्ध रूप से आयनिक चालकता की विशेषता होती हैइलेक्ट्रॉनिक और आयनिक प्रकार की चालकता, प्रमुख भूमिका इलेक्ट्रॉनों की है। तरल पदार्थ और गैसों में विद्युत प्रवाह के बीच एक और अंतर आयनीकरण की प्रकृति है। एक इलेक्ट्रोलाइट में, एक भंग यौगिक के अणु पानी में अलग हो जाते हैं, लेकिन एक गैस में अणु टूटते नहीं हैं, लेकिन केवल इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं। इसलिए, धातुओं में करंट की तरह गैस डिस्चार्ज, रासायनिक परिवर्तनों से जुड़ा नहीं है।
तरल और गैसों में विद्युत धारा का भौतिकी भी समान नहीं है। इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता समग्र रूप से ओम के नियम का पालन करती है, लेकिन यह गैस के निर्वहन के दौरान नहीं देखी जाती है। गैसों की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता में प्लाज्मा के गुणों से जुड़ा एक अधिक जटिल चरित्र होता है।
यह गैसों और निर्वात में विद्युत प्रवाह की सामान्य और विशिष्ट विशेषताओं का उल्लेख करने योग्य है। वैक्यूम लगभग एक पूर्ण ढांकता हुआ है। "लगभग" - क्योंकि निर्वात में, मुक्त आवेश वाहकों की अनुपस्थिति (अधिक सटीक, एक अत्यंत कम सांद्रता) के बावजूद, एक धारा भी संभव है। लेकिन संभावित वाहक पहले से ही गैस में मौजूद हैं, उन्हें केवल आयनित करने की आवश्यकता है। आवेश वाहकों को द्रव्य से निर्वात में लाया जाता है। एक नियम के रूप में, यह इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की प्रक्रिया में होता है, उदाहरण के लिए, जब कैथोड को गर्म किया जाता है (थर्मिओनिक उत्सर्जन)। लेकिन, जैसा कि हमने देखा है, उत्सर्जन भी विभिन्न प्रकार के गैस डिस्चार्ज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
प्रौद्योगिकी में गैस डिस्चार्ज का उपयोग
कुछ डिस्चार्ज के हानिकारक प्रभावों के बारे में ऊपर संक्षेप में चर्चा की जा चुकी है। आइए अब उन लाभों पर ध्यान दें जो वे उद्योग और रोजमर्रा की जिंदगी में लाते हैं।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग किया जाता है(वोल्टेज स्टेबलाइजर्स), कोटिंग तकनीक में (कैथोड जंग की घटना के आधार पर कैथोड स्पटरिंग विधि)। इलेक्ट्रॉनिक्स में, इसका उपयोग आयन और इलेक्ट्रॉन बीम बनाने के लिए किया जाता है। ग्लो डिस्चार्ज के लिए आवेदन का एक प्रसिद्ध क्षेत्र फ्लोरोसेंट और तथाकथित किफायती लैंप और सजावटी नियॉन और आर्गन डिस्चार्ज ट्यूब हैं। इसके अलावा, गैस लेजर और स्पेक्ट्रोस्कोपी में ग्लो डिस्चार्ज का उपयोग किया जाता है।
स्पार्क डिस्चार्ज का उपयोग फ़्यूज़ में, सटीक धातु प्रसंस्करण (स्पार्क कटिंग, ड्रिलिंग, और इसी तरह) के इलेक्ट्रोरोसिव तरीकों में किया जाता है। लेकिन यह आंतरिक दहन इंजन के स्पार्क प्लग और घरेलू उपकरणों (गैस स्टोव) में इसके उपयोग के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है।
आर्क डिस्चार्ज, पहली बार 1876 में प्रकाश प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जा रहा था (याब्लोचकोव की मोमबत्ती - "रूसी प्रकाश"), अभी भी एक प्रकाश स्रोत के रूप में कार्य करता है - उदाहरण के लिए, प्रोजेक्टर और शक्तिशाली स्पॉटलाइट में। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, चाप का उपयोग पारा रेक्टिफायर में किया जाता है। इसके अलावा, इसका उपयोग इलेक्ट्रिक वेल्डिंग, मेटल कटिंग, स्टील और मिश्र धातु गलाने के लिए औद्योगिक इलेक्ट्रिक भट्टियों में किया जाता है।
कोरोना डिस्चार्ज का उपयोग इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स में आयन गैस की सफाई, प्राथमिक कण काउंटर, बिजली की छड़, एयर कंडीशनिंग सिस्टम के लिए किया जाता है। कोरोना डिस्चार्ज कॉपियर और लेजर प्रिंटर में भी काम करता है, जहां यह फोटोसेंसिटिव ड्रम को चार्ज और डिस्चार्ज करता है और पाउडर को ड्रम से पेपर में ट्रांसफर करता है।
इस प्रकार, सभी प्रकार के गैस डिस्चार्ज सबसे अधिक मिलते हैंविस्तृत आवेदन। प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में गैसों में विद्युत प्रवाह सफलतापूर्वक और प्रभावी ढंग से उपयोग किया जाता है।
