что такое ионизирующий газ

Масса электрона в тысячи раз меньше массы аэроиона, поэтому скорости движения электронов значительно выше.

При небольших скоростях движения соударение ионов и электронов с неионизированными частицами газа вызывает только изменение направления движения частиц (упругое рассеяние).

Вследствие значительного расстояния между молекулами в газе и при достаточно высокой напряженности поля электроны могут разгоняться до скоростей, при которых их кинетическая энергия может оказаться достаточной, чтобы вызвать неупругое соударение, в результате которого происходит ионизация частицы газа. Это явление называется вторичной ионизацией или ионизацией путем соударения.

Разность потенциалов, при которой должен быть ускорен электрон для осуществления ионизации путем соударения, называется ионизационным потенциалом е — заряд электрона) должна быть равна работе Л_и, которую надо совершить, чтобы оторвать электрон от атома данного газа:

где А_и выражена в электрон-вольтах. Итак, ионизационный потенциал численно равен отношению работы по ионизации атома данного газа к заряду электрона.

Наименьший ионизационный потенциал соответствует отрыву внешних электронов.

Ионизационный потенциал внутренних электронов в несколько раз выше. Во многих случаях учитывается некоторый средний потенциал. Например, средний ионизационный потенциал воздуха принимается равным 34 в (это означает, что для образования одной пары ионов в воздухе в среднем необходимо затратить энергию 34 эв).

Во вторичной ионизации принимают участие также и ионы обоих знаков, но в связи с малой подвижностью значение их в этом процессе незначительно.

При определенной величине напряженности поля в газе начинается вторичная ионизация путем соударения. Количество ионов, образующихся в единицу времени, быстро нарастает. Соответственно возрастает и сила тока, что отражается на графике значительным и неравномерным подъемом кривой (участок ВС).

Электрический ток в газе

Электрический ток в газе, особенно значительный по величине, сопровождается свечением газа, звуковыми явлениями (шипением, треском), образованием в воздухе озона и окислов азота и т. п. Совокупность этих явлений, включая и само образование тока, называется электрическим разрядом в газе. Свечение связано с возбуждением атомов и молекул газа, происходящим при соударении их с электронами (или ионами) с высокой кинетической энергией, но недостаточной для ионизации. Звуковые явления связаны с местным нагреванием газа, происходящим при столкновении частиц. В связи с этим частицы газа приходят в движение, которое при определенных условиях является источником звука.

Разряд обусловленный первичной ионизацией, происходящей под действием внешних воздействий, называется несамостоятельным разрядом, так как с прекращением первичной ионизации газа он также прекращается. Разряд, происходящий под действием вторичной ионизации (ионизации путем соударения) называется самостоятельным разрядом в газе, так как он может продолжаться за счет вторично образующихся ионов, т. е. независимо от первичной ионизации.

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Особенности процесса ионизации газа при сварочных работах

Технология высоких напряжений и ионизация газа — взаимосвязанные процессы. Если рассматривать процесс с точки зрения природного явления, он происходит при разрядах молнии и ультрафиолетовом излучении, а в искусственном исполнении — при работе электродов (будь то сварка или электродуговой переплав металла) около высоковольтной ЛЭП. Чаще всего с этим явлением сталкиваются при сварных работах как обычной электросваркой, так и аргонодуговой.

Процесс ионизации газов, в зависимости от интенсивности, оказывает влияние на диэлектрические свойства защитной атмосферы и нередко ухудшает качество сварного соединения, поэтому стоит обратить на него особое внимание. Он аналогичен диссоциации электролита, реагирующего с растворителем, в результате чего освобождаются ионы. При ионизации этот же процесс активизируется либо при попадании в электрическое поле, либо при нагревании — это то, чем ионизация газов отличается от диссоциации электролитов.

Оба явления достаточно изучены, чтобы использовать их в бытовых целях, а также минимизировать оказываемое ими негативное влияние. В научной практике для контроля над атомными процессами используется ионизация газа, прибор же, основанный на этом принципе, называется детектором ионизации.

Особенности процесса

Важно! Если количество свободных электронов и катионов незначительно, а потенциал тока невысок, ионизация молекул газа не возникнет, и газ останется диэлектриком

Разберем подробнее, как происходит ионизация газа. По сути, каждый газ является диэлектриком (при нормальном давлении и температуре), поскольку заряд его молекулы нейтральный. Частицы находятся в постоянном хаотичном движении: ударяются друг о друга, отталкиваются, продолжая столкновение дальше. Чем больше концентрация молекул, тем чаще происходят столкновения (выше давление), но хаотичность от этого не меняется. И только при появлении электрического поля (направленное движение электронов) в перемещении заряженных частиц появляется направление. Каким образом?

Освежим курс химии и вспомним, какие частицы вызывают ионизацию газа. Молекула этого вещества рассматривается как электрический диполь. При попадании под «бомбардировку» электронами отдельные диполи распадаются, образуя положительно заряженные частицы — ионы (катионы, у которых недостает одного электрона) и свободный электрон. Первые движутся к катоду, вторые — к аноду, образуя электрический поток. При повышении напряженности количество «разорванных» молекул (диполей) будет увеличиваться в геометрической прогрессии, пока процесс станет не лавинообразным. И как результат — диэлектрик проводит электрический ток в газах — ионизация газов достигает своей апогейной фазы.

Виды ионизации в газах

При постоянной подаче газа и тока, первый можно перевести в новое агрегатное состояние — плазму. Момент, когда происходит проход тока через газ, называется разрядом, по определению он может делиться на 4 типа:

Поскольку этот процесс зависит от различных параметров, то он подразделяется на 2 вида ионизации в газах:

Процесс изменения состояния газа инертен, он происходит в течение времени, на него влияют такие параметры, как напряжение, тип газа. Для расчета приращения тока за счет ионизации, а также последующего определения соотношения интенсивности и давления, используется такое понятие как коэффициент ионизации газов. Переход в состояние плазмы возможен, только если степень ионизации газа достигнет нужного предела (т. е. количество заряженных частиц будет превышать число общих).

Ионизация газа возникает под действием сторонних сил и зависит от объема газа и силы тока. Процесс отрыва электрона и его возврат называется ионизация и рекомбинация газов. Поскольку движение +/- ионов противоположно, наряду с разрушением, происходят восстановление диполей и возврат нейтрально заряженных частиц.

Применение в сварочных работах

Важно! При работе с аргонодуговой сваркой при подключении обратной полярности нельзя сильно нагревать аргон, поскольку осуществляется переход в состояние плазмы

Чтобы исключить появление нежелательной фазы, нужно знать, при каком условии происходит ионизация газа во время сварочных работ. Появляется она независимо от режимов, в которых проводятся работы, но большую опасность представляет для обратной полярности. Здесь мы имеем дело с ионизацией газа пламенем. Разогретый свыше 2400 °С газ начинает превращаться в плазму. Это агрегатное состояние меняет свои характеристики, превращая газ из защитной атмосферы в активную струю, используемую для резки металла. Энергия ионизации газов изменяется при регулировании температуры разогрева газа (как правило, используется аргон).

Заключение

Широкое применение получила ионизация газа: прибор для измерения, основанный на этом принципе, используется в современных телескопах, лазерных установках, приборах для подсчета атомных частиц — все это позволяет проводить сложнейшие опыты, изготавливать медицинское и другое оборудование. Потенциал ионизации газов еще полностью не раскрыт и проходит свою стадию изучения.

Источник

Что такое ионизирующий газ

В нормальном состоянии газы состоят из электрически нейтральных молекул и атомов, и, следовательно, не могут проводить электрический ток. Поэтому газы являются хорошими электрическими изоляторами. Напомню, что окружающий нас воздух является хорошим и самым дешёвым диэлектриком, и его изолирующие свойства широко используются в различных устройствах высокого напряжения (ЛЭП, подстанциях, электростатических генераторах и др.).

Проделаем опыт: разорвём цепь источника тока, т.е. создадим в ней воздушный промежуток. Если включить в такую разорванную цепь гальванометр, то он покажет отсутствие электрического тока.

Поднесём к воздушному промежутку пламя газовой горелки. В пламени происходят интенсивные химические процессы, за счёт энергии которых отдельные атомы могут возбуждаться и ионизироваться. Образующиеся в пламени горелки ионы и электроны переходят в возбужденный промежуток, и под действием приложенной к нему разности потенциалов начинают двигаться к электродам; в цепи появляется ток.

Процесс ионизации заключается в том, что под действием высокой температуры или некоторых лучей молекулы газа теряют электроны, и тем самым превращаются в положительные ионы.

Таким образом, в результате происходит освобождение электронов из атомов и молекул, которые могут присоединиться к нейтральным молекулам или атомам, превращая их в отрицательные ионы. Ионы и свободные электроны делают газ проводником электричества.

Ионизация газа может происходить под действием коротковолнового излучения – ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, а также альфа-, бета- и космических лучей.

Установлено, что в нормальных условиях газы, например воздух, обладают электрической проводимостью, но очень ничтожной. Эта проводимость вызвана излучением радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности земли, а также космическими лучами, приходящими из мировых глубин. Однако равновесная концентрация ионов в воздухе не превышает нескольких десятков пар ионов в кубическом сантиметре. Для того, чтобы воздух стал заметно проводить электрический ток, его надо подвергнуть воздействию интенсивных ионизаторов.

Электрический ток, возникающий в процессе ионизации газа – ток в газах – это встречный поток ионов и свободных электронов.

Наряду с термином «ионизация» часто употребляют термин «генерация», характеризующий тот же самый процесс образования носителей зарядов в газе.

Одновременно с процессом ионизации идёт обратный процесс рекомбинации (иначе – молизации).

Рекомбинация – это нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона и электрона в нейтральную молекулу (атом).

Факторы, под действием которых возникает ионизация в газе, называют внешними ионизаторами, а возникающая при этом проводимость называется несамостоятельной проводимостью.

При данной мощности внешнего ионизатора в объёме газа устанавливается равновесное состояние, при котором число пар ионов, возникающих под действием ионизатора за одну секунду в единице объёма, равно числу пар рекомбинировавших ионов. При этом скорость ионизации равна скорости рекомбинации:

Таким образом, ионизованный газ способен проводить ток. Явление прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Газовые разряды можно разделить на два вида: несамостоятельный и самостоятельный.

Источник

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Ионизация газов

Газы являются диэлектриками, если они находятся в обыденных физических критериях. В данном случае газы состоят в главном из нейтральных атомов и молекул, а, заряженные частички (электроны, ионы), имеющиеся в неком объеме газа только в малозначительном количестве, не могут образовать приметного тока. Но из нейтральных молекул и атомов могут образоваться заряженные частички — ионы, если от каких-то обстоятельств число электронов в их поменяется: этот процесс носит заглавие ионизации. Ионизованный газ является проводником.

Ионизация происходит под действием галлактических лучей, рентгеновского и уф-излучения, высочайшей температуры, электронного поля.

Опыт указывает, что перечисленные ионизующие причины сами по для себя не могут вызывать значимого роста числа заряженных частиц в единице объема, тем паче, что вместе с ионизацией идет оборотный процесс образования нейтральных молекул и атомов, именуемый рекомбинацией.

Электропроводность газа, появившаяся в итоге наружного ионизующего воздействия, именуется несамостоятельной. Если наружный ионизующий фактор перестает действовать, то в силу рекомбинации электропроводность газа исчезает. Наибольшее значение имеет ионизация атомов и молекул газа, вызываемая столкновением их с быстродвижущимися электронами. При таком столкновении энергия передвигающегося электрона отчасти либо стопроцентно передается нейтральному атому либо молекуле.

При достаточной энергии удара от нейтрального атома либо молекулы отрывается один либо несколько электронов, заместо нейтрального атома либо молекулы возникают положительные ионы. Может быть также сцепление электрона с нейтральным атомом либо молекулой, что приводит к образованию отрицательного иона. Процесс образования ионов при столкновении нейтральных атомов и молекул с быстродвижущимися электронами именуется ударной ионизацией.

В итоге ионизации количество электронов возрастает, это приводит к росту числа столкновений и, как следует, к еще большему повышению числа заряженных частиц.

В ионизованном состоянии газ является проводником. Электропроводность газа, поддерживаемая благодаря ударной ионизации действием наружного электронного поля, именуется самостоятельным разрядом.

Различают некоторое количество видов самостоятельного разряда в газе: тихий, тлеющий, искровой, дуговой.

Тихий разряд появляется при относительно огромных давлениях газа (к примеру, атмосферном), когда поле в разрядном промежутке меж электродами очень неравномерно из-за малого радиуса кривизны электродов.

Тихий разряд обычно наблюдается около электродов в тех местах, где напряженность электронного поля добивается некого значения, именуемого критичным для данного газа, и сопровождается свечением — короной.

При передаче электронной энергии на высочайшем напряжении вокруг проводов полосы часто можно следить (в особенности в сырую погоду) тихий (коронный) разряд, который приносит вред, вызывая, а именно, дополнительные энергопотери.

Тлеющий разряд.При низких давлениях (около 1 мм рт. ст.) в длинноватой стеклянной трубке можно получить тлеющий разряд, если меж электродами, расположенными у ее концов, приложить напряжение в несколько сот вольт. Различные газы при тлеющем разряде дают свечение различного цвета. Благодаря этому лампы тлеющего разряда используются в декоративных целях

Рис. 1 Вольт-амперная черта лампы тлеющего разряда.

Зависимость тока в лампе тлеющего разряда от напряжения меж электродами (вольт-амперная черта) нелинейная, при этом в неком интервале конфигурации тока напряжение остается неизменным (участок БВ на рис. 1). На этом рисунке точка А свойства соответствует зажиганию прибора, точка В — началу, дугового разряда. Газоразрядные приборы тлеющего разряда употребляются для стабилизации напряжения.

Искровой разряд появляется меж прохладными электродами при большенном внутреннем сопротивлении источника питания. Ионизация газа, начавшаяся под действием электронного поля, приобретает лавинообразный нрав, в итоге чего газовый просвет становится проводящим и меж электродами проскакивает искра. При всем этом резко миниатюризируется сопротивление газового промежутка.

По расстоянию меж электродами, при котором появляется пробой воздуха, можно судить, о величине напряжения меж электродами. На этой базе для измерения очень больших напряжений используются шаровые разрядники.

Дуговой разряд. При большой мощности источника питания искровой разряд может перейти в дуговой, более устойчивый самостоятельный разряд в газе при атмосферном либо завышенном давлении.

Такового рода разряд носит заглавие электронной дуги либо дуги Петрова, потому что в первый раз наблюдался в 1803 г. доктором В. В. Петровым. Соответствующей особенностью дугового разряда будет то, что он сопровождается ослепительным свечением и сильным нагреванием электродов (до 3000° С и поболее).

Световое действие электронной дуги употребляется для специального освещения (прожекторы, проекционные аппараты), а термическое действие — для сварки и плавления металлов.

Электронная дуга, возникающая при выключении электронных установок, — явление ненужное, потому что ее термическое действие разрушает контакты отключающих аппаратов (рубильников, контакторов, выключателей). Потому приходится принимать особые меры, в итоге чего выключающие аппараты существенно усложняются, растут их размеры.

Источник

• ← что такое раптор для авто кузова
• кюар код коронавирус что показывает →