Elektros srovė dujose Klaipėdos ,,Aukuro“ gimnazija, Martynas Kairys IVD klasė , mokytoja Ramutė Savickienė 2017m.

Turinys 1.Elektros išlydžis………………..3 2. Nesavaiminis išlydis…………..5 3. Savaiminis išlydis……………...6 Tamsusis išlydis………………….7 Žėrintis išlydis…………………..8 Kibirkštinis išlydis………………10 Lankinis išlydis…………………11 4.Plazma…………………………...12 5.Testas……………………………13

Elektros išlydžis Elektros išlydžiu vadinama elektros srovės tekėjimas dujose. Normaliomis sąlygomis dujos yra dielektrikas, nes jose laisvųjų elektronų ir jonų yra labai mažai. Kai dujas veikia rentgeno, radioaktyvus, kosminiai ir kiti jonizuojanty spinduliai, elektrinis laukas, aukšta temperatūra ir kiti veiksniai, vyksta dujų jonizacija. Jeigu prie dviejų elektrodų prijungiama įtampa, jonai ir elektronai pradeda judėti ir dujomis pradeda tekėti elektros srovė.

Nesavaiminis išlydis Tai toks dujų laidumas, kurį sukuria pašalinis jonizatorius ir kurį galima pastebėti tik tol, kol veikia jonizatorius. Kai yra nuolatinis jonizatorius, didinant įtampą tarp elektrodų, iš pradžių kartu proporcingai didėja srovė, paskui srovė stiprėja lėčiau ir galiausiai visai nebestiprėja. Ši nusistovėjusi srove vadinama soties srove. Soties srovė sunaudoja visus išorinės jonizacijos sukurtus jonus ir elektronus.

Savaiminis išlydis Didinant elektros įtampą ant elektrodų sukuriamas stiprus elektrinis laukas. Kai elektronų kinetinės energijos pakaks neutraliems atomams jonizuoti (smūginė jonizacija) prasideda griūtinė reakcija- naujai išmušti elektronai jonizuoja naujus atomus. Srovė per dujas stipriai padidėja, o įtampa sumažėja. Išlydžio metu erdvę tarp elektrodų užpildo jonizuotos dujos, kuriose yra maždaug po vienodai elektronų ir teigiamų jonų. Šį erdvė vadinama elektronine jonine plazma. Plazmos elektrinis laidumas yra labai didelis, artimas metalų elektriniam laidumui. Dalies elektronų kinetinė energija būna nepakankama dujų atomams jonizuoti. Šiuo atveju energija, kurią įgyją atomas smūgio metu, tik sužadiną atomą. Sužadintas atomas tuoj pat atiduodą energiją išspinduliuodamas elektromagnetinius spindulius, į kuriuos žmogaus akis dažniausiai reaguoja kaip į šviesą. Savaiminis išlydis skirstomas į pakopas:

Tamsusis išlydis Tamsusis išlydis (vainikinis) būna tada, kai kurioje nors lauko vietoje jo stiprumas pasiekia duotoms dujoms kritinę reikšmę, pavyzdžiui, smailumose arba ties mažo skersmens laido paviršiumi. Kartais šį išlydį lydi vainikinis (koronos) švytėjimas ir būdingas šnypštimas.

Žėrintis išlydis Žėrintis išlydis (rusenantysis), tai pereinamasis išlydis iš tamsiojo. Jis būna elektros prietaisuose kuriuose yra žemo slėgio dujos. Šiam išlydžiui būdingas švytintis dujų sluoksnis, esantis prie anodo (anodinis švytėjimas, "teigiamas stulpas"). Ilguose stikliniuose vamzdžiuose anodinis švytėjimas apima didžiąją dalį vamzdelio ir būna įvairių spalvų. Vamzdeliai kartais padengiami liuminiforu kad išgauti daugiau spalvų ar platesnio spektro šviesą. Maitinant vamzdelį kintamąją srove, anodinis švytėjimas užsidega abiejuose vamzdelio galuose ir vamzdelis šviečia tolygiau. Tokie vamzdeliai arba lempos naudojamos reklamoje ar skystųjų kristalų monitoriuose kaip pašvietimo lempos.

Kibirkštinis išlydis Kibirkštinis išlydis išsivysto iš tamsiojo išlydžio padidėjus įtampai, o kartu padidėjus lauko stiprumui ir išplitus jonizacijai išilgai viso tarpo tarp elektrodų. Kibirkštinis išlydis vyksta atskirais kanalais- mažiausios varžos keliais. Griūtiškai judant elektronams, kibirkštiniam kanale, labai padidėja temperatūra ir slėgimas, todėl kibirkštinį išlydį lydi būdingas traškėjimas. Žaibas yra ne kas kita, kaip milžiniškas kibirkštinis išlydis. Kibirkštinis išlydis sukelia elektroeroziją t. y. anodo medžiagos dalelių išmušimą. Šis reiškinys naudojamas metalų apdirbimui.

Lankinis išlydis Lankinis išlydis tai aukštos temperatūros plazminis išlydis, kai plazmoje beveik nelieka neutralių atomų. Plazmos temperatūra labai didelė todėl net tie atomai kurie liko nesuskaldyti į jonus skyla ir prisideda prie laidumo. Lankinis išlydis plačiai naudojamas pramonėje suvirininant metalus, aukšto slėgio dujų išlydžio lempose ir t. t.

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 , kuris naudojamas metalams pjaustyti, suvirinti, gręžiniams gręžti kietose uolienose ir t.t.  Labiausiai viliojanti fizikus perspektyva – aukštosios temperatūros plazmos taikymas valdomoms termobranduolinėms reakcijoms sukelti.

Bandymas

Dujų jonizacija Demonstracinio eksperimento tikslas: išnagrinėti dujų laidumą. Demonstracinio eksperimento priemonės: a) elektrometras; b) plokščiasis demonstracinis kondensatorius; c) stiklinė lazdelė; d) šilko skiautelė; e) degtukai; f) jungiamieji laidai. Demonstracinio eksperimento eiga. Parengiami prietaisai eksperimentui demonstruoti; t. y. kondensatoriaus plokštelės jungiamaisiais laidais sujungiamos su elektrometru. Parodoma, kad normaliomis sąlygomis dujos nelaidžios: įelektrinamos kondensatoriaus plokštelės stikline lazdele, elektrometras krūvį išlaiko ilgai (1 pav.). 1 pav. Kondensatoriaus plokščių įelektrinimas

Tuomet tarp plokštelių įterpiamas degantis degtukas Tuomet tarp plokštelių įterpiamas degantis degtukas. Elektrometras greitai išsikrauna. Tarp plokštelių pasireiškia nesavaiminis elektros išlydis, t. y. elektros srovės tekėjimas dujomis (oru) (2 pav.). Demonstracinio eksperimento išvada. Kambario temperatūros oro elektrinis laidumas labai mažas, nes oras susideda iš elektriškai neutralių atomų. Įkaitinus orą tarp kondensatoriaus plokščių, dujų molekulėms suteikus pakankamą energijos kiekį, iš jų galima atplėšti vieną ar kelis elektronus. Susidaro laisvieji krūvininkai. Šis procesas vadinamas dujų jonizacija. Pradeda tekėti elektros srovė, kuri vadinama nesavaiminiu dujų išlydžiu. Nustojus veikti jonizatoriui, toks išlydis nutrūksta. 2 pav. Elektrometras išsielektrina. Dujų jonizacija

Uždaviniai

Kiek laiko prireiks tam, kad nikeliuojant 120 cm2 paviršiaus ploto gaminį, jis pasidengtų 30 μm nikelio sluoksniu? Įtampa tarp vonelės gnybtų – 1,8 V, tirpalo varža – 3,75 Ω. Kiek energijos šiam procesui bus sunaudojama?

Sprendimas Nikelio masė, išsiskyrusi ant elektrodo, jungtiniu Faradėjaus elektrolizės dėsniu , kur A = 59 g/mol - nikelio atominė masė, n = 2 - nikelio valentingumas, - srovės stipris elektrolite. Nurodyta nikelio masė nusėda paviršiaus plote S, sudarydama h storio sluoksnį: m = ρ ∙ V = ρ ∙ S ∙ h, kur ρ = 8900 kg/m3 - nikelio tankis. Įsistatykime į pastarąją formulę I ir m lygtis Iš čia išsireikškime laiką o energija, sunaudota per tą laiką - Apskaičiuojame laiką (apytiksliai 6 valandos) ir energoją

3 cm x 4 cm matmenų plonos stačiakampės plokštelės dvi kraštinės padengtos 10 μm storio aukso sluoksniu. Kiek laiko elektrolitu tekėjo 1,5 A srovės stipris?

Sprendimas Nusėdusio aukso masė , kur A = 197 g/mol - aukso atominė masė, n = 1 - jo valentingumas. Taip pat aukso masę galima išreikšti, žinant jo tankį ir tūrį: m = ρ ∙ V, kur ρ = 19310 kg/m3 - aukso tankis. Aukso tūris išreiškiamas kaip V = 2∙a∙b∙h, kur a = 0,03 m, b = 0,04 m, h = 1 ∙ 10-15: V = 2 ∙ 0,03 ∙ 0,04 ∙ 1 ∙ 10-15 = 24 ∙ 10-9 (m3). Masei m sudarome lygčių sistemą Sulyginame abiejų lygčių dešiniąsias puses: Iš čia išsireiškiame laiką Vadinasi, elektrolitu srovę praleido po 25 minučių.

Testas

1. Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje 1.Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje? A Žėrintis išlydis B Kibirkštinis išlydis C Lankinis išlydis 2. Kokiose dujose vyksta žėrintis išlydis ? A žemo slėgio dujose B aukšto slėgio dujose C aukšto ir žemo slėgio dujose 3. Kiek procentų visatos medžiagos yra plazmos pavidalo? A 100% B 99,9% C 36,0420%

1. Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje 1.Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje? A Žėrintis išlydis B Kibirkštinis išlydis C Lankinis išlydis 2. Kokiose dujose vyksta žėrintis išlydis ? A žemo slėgio dujose B aukšto slėgio dujose C aukšto ir žemo slėgio dujose 3. Kiek procentų visatos medžiagos yra plazmos pavidalo? A 100% B 99,9% C 36,0420%

4. Kokios temperatūros gali būti plazma? A Plazma gali būti tik žemos temperatūros B Plazma gali būti ir žemos, ir aukštos temperatūros C Plazma gali būti tik aukštos temperatūros 5. Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje? A Žėrintis išlydis B Tamsusis išlydis C Lankinis išlydis 6. Kokiame aukštyje yra jonosfera? A 500-600km B 50-100km C 100-300km

4. Kokios temperatūros gali būti plazma? A Plazma gali būti tik žemos temperatūros B Plazma gali būti ir žemos, ir aukštos temperatūros C Plazma gali būti tik aukštos temperatūros 5. Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje? A Žėrintis išlydis B Tamsusis išlydis C Lankinis išlydis 6. Kokiame aukštyje yra jonosfera? A 500-600km B 50-100km C 100-300km

7. Koks savaiminis išlydis yra vaizduojamas šiame paveikslėlyje? A Tamsusis išlydis B Lankinis išlydis C Kibirkštinis išlydis 8. Lankinis išlydis A Tai aukštos temperatūros plazminis išlydis B Išsivysto iš tamsiojo išlydžio padidėjus įtampai C Šiam išlydžiui būdingas švytintis dujų sluoksnis 9. Elektros išlydžiu A vadinama elektros srovės tekėjimas dujose B vadinama elektros srovės tekėjimas metaluose C vadinama elektros srovės tekėjimas skysčiuose 10. Žėrintis išlydis A Tai pereinamasis išlydis iš tamsiojo B Tai aukštos temperatūros plazminis išlydis C Būna tada, kai kurioje nors lauko vietoje jo stiprumas pasiekia duotoms dujoms kritinę reikšmę