gaz iletkenliği

Gazlar genellikle iyi yalıtkanlardır (örneğin temiz, iyonize olmayan hava). Ancak gazlar, organik ve inorganik parçacıklarla karışık nem içeriyorsa ve aynı zamanda iyonize oluyorsa, o zaman elektriği iletirler.

Tüm gazlarda, onlara bir elektrik voltajı uygulanmadan önce bile, rastgele termal hareket halinde olan belirli miktarda elektrik yüklü parçacıklar (elektronlar ve iyonlar) her zaman bulunur. Bunlar, yüklü gaz parçacıkları ve ayrıca yüklü katı ve sıvı parçacıkları - örneğin havada bulunan safsızlıklar olabilir.

Gaz halindeki dielektriklerde elektrik yüklü parçacıkların oluşumu, harici enerji kaynaklarından (dış iyonlaştırıcılar) gaz iyonlaşmasından kaynaklanır: kozmik ve güneş ışınları, Dünya'nın radyoaktif radyasyonu, vb.

Gazların elektriksel iletkenliği, esas olarak farklı şekillerde gerçekleştirilebilen iyonlaşma derecelerine bağlıdır. Genel olarak, gazların iyonlaşması, nötr bir gaz molekülünden elektronların salınmasının bir sonucu olarak gerçekleşir.

Bir gaz molekülünden salınan bir elektron, gazın moleküller arası boşluğunda karışır ve burada, gazın türüne bağlı olarak, hareketinin nispeten uzun bir "bağımsızlığını" koruyabilir (örneğin, bu tür gazlarda, hidrojen şoku H2 , nitrojen n2) veya aksine, nötr bir moleküle hızla nüfuz ederek onu negatif bir iyona (örneğin oksijen) dönüştürür.

Gazların iyonlaşmasının en büyük etkisi, gazların X-ışınları, katot ışınları veya radyoaktif maddeler tarafından yayılan ışınlarla ışınlanmasıyla elde edilir.

Yaz aylarında atmosferik hava, güneş ışığının etkisi altında çok yoğun bir şekilde iyonlaşır. Havadaki nem, iyonları üzerinde yoğunlaşarak elektrik yüklü en küçük su damlacıklarını oluşturur. Sonunda, yıldırımın eşlik ettiği gök gürültüsü bulutları, elektrik yüklü su damlacıklarından oluşur, yani. atmosferik elektriğin elektriksel deşarjları.

Harici iyonlaştırıcılar tarafından gaz iyonlaştırma işlemi, enerjinin bir kısmını gaz atomlarına aktarmalarıdır. Bu durumda, değerlik elektronları ek enerji kazanır ve pozitif yüklü parçacıklar - pozitif iyonlar haline gelen atomlarından ayrılır.

Oluşan serbest elektronlar, bir gazda (örneğin hidrojen, nitrojende) uzun süre hareketten bağımsızlıklarını koruyabilir veya bir süre sonra elektriksel olarak nötr atomlara ve gaz moleküllerine bağlanarak onları negatif iyonlara dönüştürebilir.

Bir gazda elektrik yüklü parçacıkların görünümü, ısıtıldıklarında veya radyan enerjiye maruz kaldıklarında metal elektrotların yüzeyinden elektronların salınmasından da kaynaklanabilir.Bozulmuş termal hareket halindeyken, bazı zıt yüklü (elektronlar) ve pozitif yüklü (iyonlar) parçacıklar birbirleriyle birleşerek elektriksel olarak nötr atomlar ve gaz molekülleri oluştururlar. Bu işleme onarım veya rekombinasyon denir.

Metal elektrotlar (diskler, toplar) arasına bir miktar gaz kapatılırsa, elektrotlara bir elektrik voltajı uygulandığında, gazdaki yüklü parçacıklar üzerinde elektrik kuvvetleri etki eder - elektrik alan kuvveti.

Bu kuvvetlerin etkisi altında, elektronlar ve iyonlar bir elektrottan diğerine geçerek gazda bir elektrik akımı oluşturur.

Gazdaki akım daha büyük olacaktır, birim zamanda içinde farklı dielektriklere sahip daha fazla yüklü parçacık oluşur ve elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altında daha yüksek hız kazanırlar.

Belirli bir gaz hacmine uygulanan voltaj arttıkça, elektronlara ve iyonlara etki eden elektriksel kuvvetlerin arttığı açıktır. Bu durumda yüklü parçacıkların hızı ve dolayısıyla gazdaki akım artar.

Gaz hacmine uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak akımın büyüklüğündeki değişiklik, volt-amper karakteristiği adı verilen bir eğri şeklinde grafiksel olarak ifade edilir.

Gaz halindeki bir dielektrik için akım-voltaj karakteristiği

Akım-gerilim karakteristiği, zayıf elektrik alanları bölgesinde, yüklü parçacıklara etki eden elektrik kuvvetleri nispeten küçük olduğunda (grafikte alan I), gazdaki akımın uygulanan voltajın değeriyle orantılı olarak arttığını gösterir. . Bu bölgede akım Ohm kanununa göre değişir.

Gerilim daha da arttıkça (bölge II), akım ve gerilim arasındaki orantı bozulur. Bu bölgede iletim akımı gerilime bağlı değildir. Burada enerji, yüklü gaz parçacıklarından - elektronlar ve iyonlardan - toplanır.

Voltajın daha da artmasıyla (bölge III), yüklü parçacıkların hızı keskin bir şekilde artar ve bunun sonucunda genellikle nötr gaz parçacıklarıyla çarpışırlar. Bu elastik çarpışmalar sırasında, elektronlar ve iyonlar birikmiş enerjilerinin bir kısmını nötr gaz parçacıklarına aktarırlar. Sonuç olarak, elektronlar atomlarından sıyrılır. Bu durumda, yeni elektrik yüklü parçacıklar oluşur: serbest elektronlar ve iyonlar.

Uçan yüklü parçacıkların gazın atomları ve molekülleri ile çok sık çarpışması nedeniyle, yeni elektrik yüklü parçacıkların oluşumu çok yoğun bir şekilde gerçekleşir. Bu işleme şok gaz iyonizasyonu denir.

Çarpma iyonlaşma bölgesinde (şekildeki bölge III), voltajdaki en küçük artışla gazdaki akım hızla artar. Gaz halindeki dielektriklerdeki darbeli iyonlaşma sürecine, gazın hacim direncinde keskin bir düşüş ve bir artış eşlik eder. dielektrik kayıp teğet.

Doğal olarak, gaz halindeki dielektrikler, darbeli iyonizasyon işleminin gerçekleştiği değerlerden daha düşük voltajlarda kullanılabilir. Bu durumda, hacme özgü direncin çok yüksek (1020 ohm)x cm) ve dielektrik kayıp açısının tanjantının çok küçük (tgδ ≈ 10-6) olduğu gazlar çok iyi dielektriklerdir.Bu nedenle, gazlar, özellikle hava, örneğin kondansatörlerde, gazla doldurulmuş kablolarda yalıtkan olarak kullanılır ve yüksek gerilim devre kesiciler.

Elektrik yalıtım yapılarında dielektrik olarak gazın rolü

Yalıtkan herhangi bir yapıda, hava veya diğer gazlar bir dereceye kadar yalıtım unsuru olarak bulunur. Havai hatların (VL), baraların, trafo terminallerinin ve çeşitli yüksek gerilim cihazlarının iletkenleri, tek yalıtkan ortamın hava olduğu boşluklarla birbirinden ayrılır.

Bu tür yapıların dielektrik dayanımının ihlali, hem yalıtkanların yapıldığı dielektrikin tahrip olması yoluyla hem de dielektrikin havada veya yüzeyinde boşalması sonucu meydana gelebilir.

Yalıtkanın tamamen bozulmasına yol açan bozulmanın aksine, yüzey boşalmasına genellikle arıza eşlik etmez. Bu nedenle, yalıtkan yapı, havadaki yüzey örtüşme gerilimi veya delinme gerilimi, yalıtkanların delinme geriliminden daha düşük olacak şekilde yapılırsa, bu tür yapıların gerçek dielektrik dayanımı, havanın dielektrik dayanımı tarafından belirlenecektir.

Yukarıdaki durumlarda, hava, yalıtım yapılarının yerleştirildiği bir doğal gaz ortamı olarak ilgilidir. Ek olarak, kabloları, kondansatörleri, transformatörleri ve diğer elektrikli cihazları yalıtmak için ana yalıtım malzemelerinden biri olarak genellikle hava veya diğer gazlar kullanılır.

Yalıtım yapılarının güvenilir ve sorunsuz çalışmasını sağlamak için, voltajın şekli ve süresi, gazın sıcaklığı ve basıncı, gazın doğası gibi çeşitli faktörlerin bir gazın dielektrik dayanımını nasıl etkilediğini bilmek gerekir. elektrik alan vb.

Bu konuya bakın: Gazlarda elektrik boşalması türleri