Zaman yang kita hidup ini boleh dipanggil zaman elektrik. Pengendalian komputer, televisyen, kereta, satelit, peranti pencahayaan buatan hanyalah sebahagian kecil daripada contoh di mana ia digunakan. Salah satu proses yang menarik dan penting bagi seseorang ialah nyahcas elektrik. Mari lihat lebih dekat apa itu.
Sejarah Ringkas Kajian Elektrik
Bilakah manusia mula berkenalan dengan elektrik? Sukar untuk menjawab soalan ini, kerana ia diletakkan dengan cara yang salah, kerana fenomena semula jadi yang paling menarik ialah kilat, yang diketahui sejak dahulu lagi.
Kajian bermakna proses elektrik bermula hanya pada penghujung separuh pertama abad ke-18. Di sini perlu diperhatikan sumbangan serius kepada idea manusia tentang elektrik oleh Charles Coulomb, yang mengkaji daya interaksi zarah bercas, George Ohm, yang secara matematik menggambarkan parameter arus dalam litar tertutup, dan Benjamin Franklin, yang menjalankan banyak eksperimen, mengkaji sifat yang disebutkan di ataskilat. Sebagai tambahan kepada mereka, saintis seperti Luigi Galvani (kajian impuls saraf, ciptaan "bateri") pertama dan Michael Faraday (kajian arus dalam elektrolit) memainkan peranan yang besar dalam pembangunan fizik elektrik.
Pencapaian semua saintis ini telah mencipta asas yang kukuh untuk kajian dan pemahaman proses elektrik yang kompleks, salah satunya ialah nyahcas elektrik.
Apakah itu pelepasan dan apakah syarat yang diperlukan untuk kewujudannya?
Nyahcas arus elektrik ialah proses fizikal, yang dicirikan oleh kehadiran aliran zarah bercas antara dua kawasan ruang yang mempunyai potensi berbeza dalam medium gas. Mari kita pecahkan definisi ini.
Pertama, apabila orang bercakap tentang pelepasan, mereka selalu bermaksud gas. Pelepasan dalam cecair dan pepejal juga boleh berlaku (pecahan kapasitor pepejal), tetapi proses mengkaji fenomena ini lebih mudah untuk dipertimbangkan dalam medium yang kurang tumpat. Lebih-lebih lagi, pelepasan dalam gas yang sering diperhatikan dan sangat penting untuk kehidupan manusia.
Kedua, seperti yang dinyatakan dalam takrifan nyahcas elektrik, ia berlaku hanya apabila dua syarat penting dipenuhi:
- apabila terdapat beza keupayaan (kekuatan medan elektrik);
- kehadiran pembawa cas (ion dan elektron bebas).
Beza keupayaan memastikan pergerakan cas yang terarah. Jika ia melebihi nilai ambang tertentu, maka pelepasan yang tidak mampan sendiri bertukar menjadisara diri atau sara diri.
Bagi pembawa caj percuma, ia sentiasa ada dalam mana-mana gas. Kepekatan mereka, tentu saja, bergantung pada beberapa faktor luaran dan sifat-sifat gas itu sendiri, tetapi hakikat kehadirannya tidak dapat dipertikaikan. Ini disebabkan oleh kewujudan sumber pengionan atom dan molekul neutral seperti sinaran ultraungu daripada Matahari, sinaran kosmik dan sinaran semula jadi planet kita.
Hubungan antara beza potensi dan kepekatan pembawa menentukan sifat pelepasan.
Jenis nyahcas elektrik
Mari kita senaraikan spesies ini, dan kemudian kita akan mencirikan setiap spesies dengan lebih terperinci. Jadi, semua pelepasan dalam media gas biasanya dibahagikan kepada yang berikut:
- menyapu;
- spark;
- arka;
- mahkota.
Secara fizikal, mereka berbeza antara satu sama lain hanya dalam kuasa (ketumpatan semasa) dan, sebagai hasilnya, dalam suhu, serta dalam sifat manifestasi mereka dalam masa. Dalam semua kes, kita bercakap tentang pemindahan cas positif (kation) ke katod (kawasan berpotensi rendah) dan cas negatif (anion, elektron) ke anod (zon berpotensi tinggi).
Cairan Bercahaya
Untuk kewujudannya, adalah perlu untuk mencipta tekanan gas rendah (beratus dan beribu kali kurang daripada tekanan atmosfera). Nyahcas cahaya diperhatikan dalam tiub katod yang diisi dengan beberapa jenis gas (contohnya, Ne, Ar, Kr, dan lain-lain). Penggunaan voltan pada elektrod tiub membawa kepada pengaktifan proses berikut: terdapat dalam gaskation mula bergerak dengan pantas, mencapai katod, mereka memukulnya, memindahkan momentum dan mengetuk elektron. Yang terakhir, dengan kehadiran tenaga kinetik yang mencukupi, boleh membawa kepada pengionan molekul gas neutral. Proses yang diterangkan akan mampan sendiri hanya dalam kes tenaga kation yang mencukupi mengebom katod dan jumlah tertentu daripadanya, yang bergantung pada beza potensi pada elektrod dan tekanan gas dalam tiub.
Lelehan bercahaya bersinar. Pembebasan gelombang elektromagnet adalah disebabkan oleh dua proses selari:
- gabungan semula pasangan kation elektron disertai pembebasan tenaga;
- peralihan molekul gas neutral (atom) daripada keadaan teruja ke keadaan dasar.
Ciri-ciri tipikal bagi jenis nyahcas ini ialah arus kecil (beberapa miliamp) dan voltan pegun kecil (100-400 V), tetapi voltan ambang adalah beberapa ribu volt, bergantung pada tekanan gas.
Contoh nyahcas cahaya ialah lampu pendarfluor dan neon. Secara semula jadi, jenis ini boleh dikaitkan dengan cahaya utara (pergerakan ion mengalir dalam medan magnet Bumi).
Lehihan percikan
Ini ialah nyahcas elektrik atmosfera biasa yang kelihatan seperti kilat. Untuk kewujudannya, bukan sahaja kehadiran tekanan gas tinggi (1 atm atau lebih), tetapi juga tekanan besar diperlukan. Udara adalah dielektrik (penebat) yang cukup baik. Kebolehtelapannya berjulat dari 4 hingga 30 kV/cm, bergantung padakehadiran lembapan dan zarah pepejal di dalamnya. Angka ini menunjukkan bahawa sekurang-kurangnya 4,000,000 volt mesti digunakan pada setiap meter udara untuk menghasilkan kerosakan (percikan)!
Secara semula jadi, keadaan sedemikian berlaku dalam awan kumulus, apabila, akibat geseran antara jisim udara, perolakan udara dan penghabluran (kondensasi), cas diagihkan semula sedemikian rupa sehingga lapisan bawah awan menjadi dicas negatif, dan lapisan atas positif. Perbezaan potensi secara beransur-ansur terkumpul, apabila nilainya mula melebihi keupayaan penebat udara (beberapa juta volt per meter), maka kilat berlaku - pelepasan elektrik yang berlangsung selama pecahan sesaat. Kekuatan semasa di dalamnya mencapai 10-40 ribu ampere, dan suhu plasma dalam saluran meningkat kepada 20,000 K.
Tenaga minimum yang dibebaskan semasa proses kilat boleh dikira jika kita mengambil kira data berikut: proses berkembang semasa t=110-6 s, I=10 000 A, U=109 B, maka kita dapat:
E=IUt=10 juta J
Angka yang terhasil adalah bersamaan dengan tenaga yang dikeluarkan oleh letupan 250 kg dinamit.
Nyahcas Arka
Serta percikan api, ia berlaku apabila terdapat tekanan yang mencukupi dalam gas. Ciri-cirinya hampir sama sepenuhnya dengan percikan api, tetapi terdapat perbezaan:
- Pertama, arus mencapai sepuluh ribu amper, tetapi voltan pada masa yang sama ialah beberapa ratus volt, yang dikaitkan denganmedium sangat konduktif;
- kedua, nyahcas arka wujud secara stabil dalam masa, tidak seperti percikan api.
Peralihan kepada nyahcas jenis ini dilakukan dengan peningkatan voltan secara beransur-ansur. Nyahcas dikekalkan kerana pelepasan termionik dari katod. Contoh yang menarik ialah arka kimpalan.
Pelepasan korona
Jenis nyahcas elektrik dalam gas ini sering diperhatikan oleh pelayar yang mengembara ke Dunia Baharu yang ditemui oleh Columbus. Mereka memanggil cahaya kebiruan di hujung tiang "Lampu St. Elmo."
Nyahcas korona berlaku di sekeliling objek yang mempunyai kekuatan medan elektrik yang sangat kuat. Keadaan sedemikian dibuat berhampiran objek tajam (tiang kapal, bangunan dengan bumbung berbumbung). Apabila jasad mempunyai beberapa cas statik, maka kekuatan medan di hujungnya membawa kepada pengionan udara sekeliling. Ion yang terhasil mula hanyut ke arah sumber medan. Arus yang lemah ini, yang menyebabkan proses yang serupa seperti dalam kes nyahcas cahaya, membawa kepada kemunculan cahaya.
Bahaya pelepasan kepada kesihatan manusia
Korona dan pelepasan cahaya tidak menimbulkan bahaya tertentu kepada manusia, kerana ia dicirikan oleh arus rendah (miliamp). Dua lagi pelepasan di atas boleh membawa maut sekiranya bersentuhan langsung dengannya.
Sekiranya seseorang memerhati pendekatan kilat, maka dia mesti mematikan semua peralatan elektrik (termasuk telefon bimbit), dan juga meletakkan dirinya supaya tidak menonjol dari kawasan sekeliling dari segiketinggian.
