Gaasi juhtivus

Gaasid on tavaliselt head dielektrikud (nt puhas, ioniseerimata õhk). Kui aga gaasid sisaldavad niiskust, mis on segatud orgaaniliste ja anorgaaniliste osakestega ning on samal ajal ioniseeritud, siis juhivad nad elektrit.

Kõigis gaasides on isegi enne elektripinge rakendamist alati teatud kogus elektriliselt laetud osakesi – elektrone ja ioone –, mis on juhuslikus soojusliikumises. Need võivad olla nii laetud gaasiosakesed kui ka tahkete ja vedelike laetud osakesed — näiteks õhus leiduvad lisandid.

Elektriliselt laetud osakeste teket gaasilistes dielektrikutes põhjustab gaasi ionisatsioon välistest energiaallikatest (välistest ionisaatoritest): kosmilistest ja päikesekiirtest, Maa radioaktiivsest kiirgusest jne.

Gaaside elektrijuhtivus sõltub peamiselt nende ionisatsiooniastmest, mida saab läbi viia erineval viisil. Üldjuhul toimub gaaside ionisatsioon neutraalsest gaasimolekulist elektronide vabanemise tulemusena.

Gaasi molekulist vabanev elektron seguneb gaasi molekulidevahelises ruumis ja siin võib ta sõltuvalt gaasi tüübist säilitada suhteliselt pika "sõltumatuse" oma liikumisest (näiteks sellistes gaasides tekib vesinikšokk H2 , lämmastik n2) või, vastupidi, tungivad kiiresti neutraalsesse molekuli, muutes selle negatiivseks iooniks (näiteks hapnikuks).

Gaaside ioniseerimise suurim efekt saavutatakse nende kiiritamisel röntgeni-, katoodkiirte või radioaktiivsete ainete kiirgava kiirgamisega.

Suvel olev atmosfääriõhk ioniseerub päikesevalguse mõjul väga intensiivselt. Õhus olev niiskus kondenseerub selle ioonidele, moodustades väikseimad elektriga laetud veepiisad. Lõpuks tekivad üksikutest elektriliselt laetud veepiiskadest äikesepilved, millega kaasnevad välgud, s.t. atmosfäärielektri elektrilahendused.

Gaasi ioniseerimise protsess väliste ionisaatorite abil seisneb selles, et nad kannavad osa energiast gaasiaatomitele. Sel juhul saavad valentselektronid lisaenergiat ja eralduvad oma aatomitest, millest saavad positiivselt laetud osakesed — positiivsed ioonid.

Moodustunud vabad elektronid võivad pikka aega säilitada sõltumatust liikumisest gaasis (näiteks vesinikus, lämmastikus) või mõne aja pärast kinnituda elektriliselt neutraalsete aatomite ja gaasimolekulidega, muutes need negatiivseteks ioonideks.

Elektriliselt laetud osakeste ilmumist gaasi võib põhjustada ka elektronide vabanemine metallelektroodide pinnalt nende kuumutamisel või kiirgusenergiaga kokkupuutel.Häiritud soojusliikumise ajal ühinevad mõned vastaslaenguga (elektronid) ja positiivselt laetud (ioonid) osakesed üksteisega ning moodustavad elektriliselt neutraalseid aatomeid ja gaasimolekule. Seda protsessi nimetatakse parandamiseks või rekombinatsiooniks.

Kui metallelektroodide (kettad, kuulid) vahele on suletud gaasimaht, siis elektroodidele elektripinge rakendamisel mõjuvad gaasi laetud osakestele elektrijõud - elektrivälja tugevus.

Nende jõudude toimel liiguvad elektronid ja ioonid ühelt elektroodilt teisele, tekitades gaasis elektrivoolu.

Gaasi vool on seda suurem, mida rohkem moodustub selles ajaühikus erineva dielektrikuga laetud osakesi ja seda suurema kiiruse nad elektrivälja jõudude mõjul omandavad.

On selge, et antud gaasimahule rakendatava pinge kasvades elektronidele ja ioonidele mõjuvad elektrijõud suurenevad. Sel juhul suureneb laetud osakeste kiirus ja seega ka vool gaasis.

Voolutugevuse muutumine gaasimahule rakendatava pinge funktsioonina väljendatakse graafiliselt kõvera kujul, mida nimetatakse volt-ampri karakteristikuks.

Gaasilise dielektriku voolu-pinge karakteristikud

Voolu-pinge karakteristik näitab, et nõrkade elektriväljade piirkonnas, kui laetud osakestele mõjuvad elektrijõud on suhteliselt väikesed (graafikul I ala), suureneb vool gaasis võrdeliselt rakendatud pinge väärtusega. . Selles valdkonnas muutub vool vastavalt Ohmi seadusele.

Pinge edasisel suurenemisel (II piirkond) katkeb voolu ja pinge proportsionaalsus. Selles piirkonnas juhtivusvool pingest ei sõltu. Siin koguneb energia laetud gaasiosakestest — elektronidest ja ioonidest.

Pinge edasise tõusuga (III piirkond) suureneb järsult laetud osakeste kiirus, mille tulemusena põrkuvad nad sageli neutraalsete gaasiosakestega. Nende elastsete kokkupõrgete ajal kannavad elektronid ja ioonid osa oma kogunenud energiast üle neutraalsetele gaasiosakestele. Selle tulemusena eemaldatakse elektronid nende aatomitelt. Sel juhul tekivad uued elektriliselt laetud osakesed: vabad elektronid ja ioonid.

Tänu sellele, et lendavad laetud osakesed põrkuvad väga sageli gaasi aatomite ja molekulidega, toimub uute elektriliselt laetud osakeste teke väga intensiivselt. Seda protsessi nimetatakse šokkgaasi ioniseerimiseks.

Löökionisatsiooni piirkonnas (joonisel III piirkond) suureneb vool gaasis kiiresti väikseima pinge tõusuga. Löökionisatsiooni protsessiga gaasilistes dielektrikutes kaasneb gaasi mahutakistuse järsk vähenemine ja gaasi mahu suurenemine. dielektrilise kadu puutuja.

Loomulikult saab gaasilisi dielektrikuid kasutada pingetel, mis on madalamad kui need väärtused, mille juures toimub löökionisatsiooniprotsess. Sellisel juhul on gaasid väga head dielektrikud, mille ruumala eritakistus on väga suur (1020 oomi)x cm) ja dielektrilise kadunurga puutuja on väga väike (tgδ ≈ 10-6).Seetõttu kasutatakse gaase, eriti õhku, dielektrikutena näiteks kondensaatorites, gaasiga täidetud kaablites ja kõrgepinge kaitselülitid.

Gaasi roll dielektrikuna elektriisolatsioonikonstruktsioonides

Igas isoleerivas konstruktsioonis esineb isolatsioonielemendina teatud määral õhku või muud gaasi. Õhuliinide (VL), siinide, trafoklemmide ja erinevate kõrgepingeseadmete juhid on üksteisest eraldatud vahedega, mille ainsaks isolatsioonikeskkonnaks on õhk.

Selliste konstruktsioonide dielektrilise tugevuse rikkumine võib toimuda nii dielektriku hävimise tõttu, millest isolaatorid on valmistatud, kui ka õhus või dielektriku pinnal oleva tühjenemise tagajärjel.

Erinevalt isolaatori purunemisest, mis viib selle täieliku rikkeni, ei kaasne pinna tühjenemisega tavaliselt rikkeid. Seega, kui isolatsioonikonstruktsioon on valmistatud nii, et pinnakatte pinge või läbilöögipinge õhus on väiksem kui isolaatorite läbilöögipinge, siis selliste konstruktsioonide tegelik dielektriline tugevus määratakse õhu dielektrilise tugevuse järgi.

Ülaltoodud juhtudel on õhk oluline maagaasi keskkond, milles isoleerkonstruktsioonid asuvad. Lisaks kasutatakse sageli õhku või muud gaasi ühe peamise isolatsioonimaterjalina kaablite, kondensaatorite, trafode ja muude elektriseadmete isoleerimiseks.

Isolatsioonikonstruktsioonide töökindla ja tõrgeteta töö tagamiseks on vaja teada, kuidas erinevad tegurid mõjutavad gaasi dielektrilist tugevust, nagu pinge vorm ja kestus, gaasi temperatuur ja rõhk, gaasi olemus. elektriväli jne.

Vaata sellel teemal: Elektrilahenduse tüübid gaasides