Elektrický proud v plynech

Transkript

1 Elektrický proud v plynech

2 Vedení el. proudu v plynech Čisté suché plyny (např.vzduch) prakticky neobsahují volné částice s nábojem, a proto jsou dobrými izolanty. Ale tzv. ionizační činidla (ionizátory) jsou schopna štěpit neutrální molekuly vzduchu a vytvářet v něm kationty, anionty a volné elektrony.

3 Ionizátory Dodávají energii molekulám plynu, které se pak mohou rozdělit na nabité ionty. Působení ionizátoru tak zvyšuje vodivost plynu. Ionizační záření RTG UV Gama Teplo

4 Ionizační záření radioaktivní látky vyrobené člověkem radioaktivní americium

5 Ionizační záření Ionizujícího záření může přicházet z vesmíru jako tzv. kosmické záření nebo sluneční vítr

6 Ionizační záření Rentgenky UV zářivky

7 Ionizace teplem Ionizačním činidlem může být i těleso o vysoké teplotě.

8 El. proud v plynech Elektrickým proudem v plynech pak rozumíme uspořádaný pohyb kationtů, aniontů a volných elektronů. Pokud dojde ke světelným či zvukovým efektům, pak mluvíme o elektrickém výboji. Výboj může být: samostatný k vedení proudu není potřeba ionizátor nesamostatný po ukončení působení ionizátoru plyn nevede el. proud

9 za atmosférického tlaku obloukový výboj jiskrový výboj koróna za sníženého tlaku doutnavý výboj Výboje v plynech

10 Obloukový výboj Dvě uhlíkové elektrody připojíme ke zdroji nízkého napětí, který však musí být schopen dodávat vysoké proudy ( 10 A),a pak se jimi vzájemně dotkneme. Obvodem začne protékat zkratový proud, který místo kontaktu zahřeje na vysokou teplotu. Okolní vzduch se ionizuje a stává se vodivým. Když nyní obě elektrody trochu oddálíme, zapálíme obloukový výboj projevující se vysokou teplotou ( K) a oslnivě bílým světlem.

11 Obloukový výboj

12 Využití: svařování Obloukový výboj Osvětlování (dříve oblouková lampa, nyní vysokotlaká výbojka, např. xenonová, rtuťová, sodíková aj.) Oblouková pec

13 Vysokotlaká xenonová výbojka pro 3D projektory IMAX o výkonu 15 kw až 1800 o C

14 Bezpečnost Elektrický oblouk nás může zasáhnout, i když se pouze přiblížíme ke zdroji vysokého napětí.

15 Následky Účinky horkého plazmatu jsou pak tristní a pokud vůbec přežijeme,

16 Následky řeší lékaři naše zdravotní problémy obvykle amputacemi.

17 Jiskrový výboj Dochází k němu tehdy, když intenzita elektrického pole mezi elektrodami přesáhne jistou kritickou mez (3 MV/m) a když zdroj není schopen trvale dodávat elektrický proud (např. kondenzátor). Přeskok jiskry je doprovázen zvukovými efekty.

18 Jiskrový výboj Mohutným elektrickým výbojem je i blesk. U až 10 9 V I = 10 5 A t = 0,001 s T = K E = 100 kwh

19 Rozložení elektrického náboje na zemi a v mracích

20 Využití: Jiskrový výboj zapalovací svíčky zážehových spalovacích motorů

21 Franklinovy experimenty: Velký politik a neznámý mladík si právě zahrávají se životem Z historie Experimenty s bleskem (Franklin, Dalibard, De Lors) byly extrémně nebezpečné

22 Z historie Petrohradský profesor Richman ( ) zaplatil životem svoji snahu nabít si bleskem kondenzátor(!). Zpráva patologa: Má pouze malý otvor v čele, spálenou levou botu a modrou skvrnu na noze. Mozek je v pořádku stejně jako přední část plic, ale vzadu je hnědá a černá krev. Smrt způsobil elektrický výboj, který prošel Richmannovým tělem. Vědecká komunita byla šokována.

23 Prokop Diviš Divišův meteorologický stroj postavený v Příměticích u Znojma, který měl vysávat elektřinu z mraků.

24 Koróna Jedná se o výboj, který vzniká v nehomogenním elektrickém poli okolo drátů, hran a hrotů s vysokým potenciálem.

25 Doutnavý výboj Realizujeme jej ve výbojových trubicích se dvěma elektrodami, v nichž je tlak snížen na cca 100 Pa. Doutnavý výboj je charakteristický malými proudy (10-3 A) a relativně chladnými elektrodami.

26 Využití: Doutnavý výboj Doutnavky jsou krátké výbojky plněné neonem pro napětí V. Sloužily jako kontrolky. UV zářivka, černá zářivka Doutnavý výboj v parách rtuti (0,6 Pa) je zdrojem především ultrafialového záření: Pokud však pokryjeme stěny trubice zářivky luminoforem (soli stroncia, barya a vápníku), stává se zářivka i zdrojem viditelného světla.

27 Dotnavka a zářivky

28 Zářivka Zářivky potřebují tzv. startér obsahující bimetal a cívku, který po nažhavení elektrod zapálí výboj vysokonapěťovým pulsem.

29 Úsporné zářivky Tzv. kompaktní zářivky ( úsporné žárovky ) mají plně elektronický startér umístěný v patici shodné s paticí žárovky.

30 Polární záře Impozantním doutnavým výbojem je tzv. polární záře vznikající ve výškách nejčastěji 100 km interakcí nabitých částic ze Slunce (slunečního větru) s atmosférou.

31 Polární záře

32 Elektrický proud ve vakuu I vakuem může protékat elektrický proud, pokud do něho nějakým způsobem vstříkneme elektrony. Ve speciální tzv. katodové trubici je zdrojem elektronů katoda žhavená elektrickým proudem. Ty z ní pak vyletují do vakua (tzv. termoemise). anoda katoda

33 Katodové záření Jestliže připojíme trubici ke zdroji vysokého napětí, vytvoří se mezi jejími elektrodami silné elektrické pole, které uvádí elektrony do pohybu směrem k anodě. Tento proud elektronů mezi elektrodami pak nazýváme katodovým zářením.

34 Katodové záření katodové záření anoda katoda vakuum plyn by bránil elektronům v pohybu VN

35 Katodové záření Katodové záření má účinky: světelné (určité látky při dopadu elektronů světélkují) tepelné (elektrony zahřívají látku, na níž dopadají) mechanické (elektrony jako pohybující se hmotné částice roztočí mlýnek ) chemické (elektrony mohou např. exponovat fotografický materiál) dopadne li katodové záření na anodu z těžkého kovu, vyvolá rentgenové záření.

36 světélkování kalcitu

37 Teplné účinky

38 Pohybové účinky

39 Vznik RTG záření

40 Vliv mag. pole Pohyb elektronů ve vakuu lze ovlivnit magnetickým nebo elektrickým polem Využití: CRT televize při sváření elektronovým paprskem v elektronovém mikroskopu aj.