Kiến Thức Phổ Thông

Dòng điện trong chất khí là gì? Tại sao điện có thể truyền được trong không khí?

Tại sao dòng điện có thể truyền được trong khí quyển?

Điện khí quyển là nghiên cứu về điện tích trong bầu khí quyển của Trái đất (hoặc của hành tinh khác). Sự chuyển động của điện tích giữa bề mặt Trái đất, bầu khí quyển và tầng điện ly được gọi là mạch điện khí quyển toàn cầu. Điện khí quyển là một chủ đề liên ngành có lịch sử lâu đời, liên quan đến các khái niệm từ tĩnh điện, vật lý khí quyển, khí tượng học và khoa học Trái đất. 

Sấm sét hoạt động như một cục pin khổng lồ trong khí quyển, sạc điện cực lên khoảng 400.000 vôn đối với bề mặt. Điều này thiết lập một điện trường trong toàn bộ khí quyển, sẽ giảm khi tăng độ cao. Các ion khí quyển được tạo ra bởi các tia vũ trụ và phóng xạ tự nhiên di chuyển trong điện trường, do đó, một dòng điện rất nhỏ chảy qua bầu khí quyển, thậm chí tránh xa giông bão. Gần bề mặt trái đất, cường độ của trường trung bình khoảng 100 V / m.

Điện khí quyển liên quan đến cả giông bão, tạo ra các tia sét để phóng nhanh lượng điện tích khí quyển khổng lồ được lưu trữ trong các đám mây bão và điện khí hóa liên tục do ion hóa từ các tia vũ trụ và phóng xạ tự nhiên, đảm bảo rằng bầu khí quyển không bao giờ hoàn toàn trung tính.

3 cách dòng điện được truyền qua không khí

1. Phóng điện tối (Dark discharge)

Là dòng điện chạy trong không khí trước khi đến điểm phân hủy đầu tiên của không khí. Như tên gọi của nó, dòng phóng tối không phát ra ánh sáng và không nhìn thấy được bằng mắt người (ngoại trừ ở đầu các vật sắc nhọn, nơi phóng điện tối có thể tạo thành phóng điện corona). 

Trong phóng điện tối, điện áp không đủ cao để cho phép bất kỳ cơ chế nào tách electron khỏi các phân tử không khí. Kết quả là, sự phóng điện tối phụ thuộc vào bức xạ nền hoặc va chạm nhiệt bình thường để tách các electron tự do. Ở trạng thái tĩnh, các electron sẽ tăng tốc trong điện trường của điện áp ứng dụng và tạo thành dòng điện. 

Ở đầu điện áp thấp của đường cong phóng điện tối, tất cả những gì đang xảy ra là các electron được giải phóng bằng quá trình ion hóa nền đang di chuyển trong điện trường. Ở đầu điện áp cao của đường cong phóng điện tối, các electron được giải phóng gần đây tăng tốc đủ để va chạm vào các phân tử không khí khác và tách nhiều electron hơn trong quá trình này. 

Quá trình này lặp lại, dẫn đến sự ion hóa tuyết lở và sự gia tăng nhanh chóng của dòng điện ở những điện áp cao hơn này. Ngay cả với quá trình ion hóa tuyết lở, không có đủ năng lượng trong cài đặt phóng điện tối để giữ cho quá trình ion hóa hoàn toàn tự duy trì. Phóng tối điện áp thấp là loại dòng điện được tạo ra bởi các pin thông thường ngồi trong không khí không được gắn vào bất cứ thứ gì. 

2. Phóng điện phát sáng 

Là dòng điện chạy trong không khí sau khi đến điểm phân hủy đầu tiên của không khí. Phóng điện phát sáng là loại dòng điện làm cho đèn neon phát sáng và làm cho khí bên trong bóng đèn huỳnh quang phát ra tia UV (được chuyển đổi thành ánh sáng khả kiến ​​bằng lớp phủ huỳnh quang). Khi đạt đến điểm phá vỡ không khí đầu tiên, dòng điện trong không khí sẽ tự duy trì và không phụ thuộc vào quá trình ion hóa nền. 

Sự phóng điện phát sáng là tự duy trì vì các ion bị bỏ lại bởi các electron được giải phóng có đủ năng lượng khi chúng chạm vào cực âm (đầu âm của nguồn điện áp) để đánh bật các electron mới tự do, sau đó bắt đầu quá trình ion hóa tuyết lở một lần nữa.

3. Phóng điện hồ quang 

Là dòng điện chạy trong không khí sau khi đạt đến điểm phá vỡ thứ hai của không khí. Phóng điện hồ quang là loại dòng điện được tìm thấy trong các tia sét và thường to, sáng và nóng. Tại điểm phá vỡ thứ hai của không khí, cực âm trở nên đủ nóng để đẩy trực tiếp các electron vào không khí, sau đó tách ra nhiều electron hơn trong mô hình tuyết lở thông thường. 

Các ion bị bỏ lại được gia tốc bởi điện trường của điện áp ứng dụng cho đến khi chúng đập vào cực âm, làm nóng nó nhiều hơn và khiến nó phát ra nhiều electron hơn. Arcing là một quá trình chạy trốn trong đó dòng điện cao gây ra nhiệt độ cao, gây ra nhiều dòng điện hơn trong một vòng phản hồi. Quá trình chạy trốn tiếp tục và dòng điện trở nên mạnh hơn cho đến khi nguồn điện áp ứng dụng cạn kiệt điện tích của nó.

Tại sao khí là một chất cách điện tốt?

Chất khí không dẫn điện bởi các tử khí đều ở trạng thái trung hòa về điện, do đó trong chất khí không có hạt tải điện

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí?

Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ có tác nhân ion hoá gọi là quá trình dẫn điện không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện.Quá trình này không phụ thuộc vào định luật Ôm

Trình bày hiện tượng nhân số hạt tải điện trong quá trình phóng điện qua chất khí?

Tác nhân ion hóa (điện trường ngoài) tạo ra các ion dương và electron.

Electron có kích thước nhỏ nên đi được quãng đường dài hơn. Khi điện trường đủ lớn, động năng của electron cũng đủ lớn để khi va chạm với các phân tử khí trung hòa sẽ là ion hóa các phân tử này.

Quá trình này diễn ra theo kiểu thác lũ làm mật độ hạt tải điện tăng mạnh cho tới khi electron đến anot. 

Lúc này, chất khí trở nên dẫn điện tốt hơn và dòng điện chạy qua chất khí tăng nhưng vẫn phụ thuộc vào số hạt tải điện mà tác nhân ion hóa từ bên ngoài sinh ra trong chất khí.

Sự ion hoá chật khí và tác nhân ion hoá

Ngọn lửa ga (nhiệt độ rất cao), tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do. Electron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các Electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.

Hồ quang điện là gì ?

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế rất lớn. Trên thực tế nó là một dạng plasma tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục.Nó thường đi kèm theo tỏa sáng và tỏa nhiệt mạnh.

Tags
Back to top button