Quá trình tạo ra hạt tải điện đó gọi là quá trình dẫn điện tự lực. Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện trong chất khí: Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao. Làm phân tử khí bị ion hoá.
Lý thuyết dòng điện trong chất khí
I. Chất khí là môi trường cách điện
Bình thường chất khí không dẫn điện, nó là một chất điện môi.
II. Khi có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ tử ngoại không khí trở thành dẫn điện
Khi có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ tử ngoại không khí trở thành dẫn điện.
III. Bản chất dòng điện trong chất khí
1. Sự ion hoá chất 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 êlectron tự do. Êlectron 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 êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.
2. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện [phóng điện] không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.
- Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.
- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.
Nó có 3 đoạn rõ rệt:
+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.
+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.
+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.
IV. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực
- Quá trình dẫn điện của chất khí có thể duy trì, không cần ta liên tục đưa hạt tải điện vào, gọi là quá trình dẫn điện [phóng điện] tự lực.
- Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:
1. Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.
2. Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.
3. Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra êlectron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
4. Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào, làm bật êlectron ra khỏi catôt và trở thành hạt tải điện.
Tuỳ cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.
Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện
V. Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện
1. Định nghĩa
Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do.
2. Điều kiện tạo ra tia lửa điện
Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí khi điện trường đạt giá trị ngưỡng vào khoảng 3.106V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.
3. Ứng dụng
Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ nổ để đốt hỗn hợp trong xilanh. Bộ phận phát tia lửa điện là bugi.
VI. Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện
1. Định nghĩa
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
2. Ứng dụng
Hồ quang điện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu,....
Sơ đồ tư duy về dòng điện trong chất khí
Chất khí là môi trường cách điện
Chất khí là một chất không dẫn điện. Nó đóng vai trò là chất điện môi.
Chất khí trở thành chất dẫn điện
Khi có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ tử ngoại không khí trở thành dẫn điện.
Bản chất dòng điện trong chất khí
Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá
Ở nhiệt độ cao, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân sẽ xuất hiện các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, việc ion hoá chất khí sẽ xảy ra. Tiến hành 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.
Kết luận: 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.
Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
Quá trình dẫn điện của chất khí còn có tên gọi khác là quá trình dẫn điện không tự lực. Nso tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa 2 bản cực. Và sẽ nhanh chóng biến mất khi ngừng đưa hạt tải điện vào.
Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí. Sẽ đưa ra được kết luận: Quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.
Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí
Quá trình dẫn điện của chất khí hoàn toàn có thể duy trì được. Nên bạn không nhất thiết phải đưa liên tục hạt tải điện vào. Quá trình đó gọi là quá trình dẫn điện tự lực.
Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện trong chất khí:
- Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao. Làm phân tử khí bị ion hoá.
- Điện trường trong chất khí rất lớn. Từ đó phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ ở mức thấp.
- Catot bị dòng điện nung nóng đỏ có thể phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
- Catot không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào. Từ đó các electron bị bật ra khỏi catot và trở thành hạt tải điện.
Tuỳ vào cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau. Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là tia lửa điện và hồ quang điện
⚡️ Dòng điện trong chất khí & bản chất dòng điện trong chất khí
Dòng điện trong chất khí & bản chất dòng điện trong chất khí
Như chúng ta đã biết, chất khí trong điều kiện thường là một môi trường cách điện. Vậy tại sao lại có khái niệm dòng điện trong chất khí? Bản chất và ứng dụng của dòng điện này như thế nào? Cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về dòng điện này trong bài viết sau đây.
CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN TRONG KHÔNG KHÍ Ở ÁP SUẤT BÌNH THƯỜNG
1. Tia lửa điện
Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.
- Tia lửa điện có thể hình thành khi có điện trường rất mạnh [có cường độ khoảng 3.106 V/m]
- Tia lửa điện thường kèm theo tiếng nổ, trong không khí sinh ra ozon có mùi khét
- Ứng dụng:
+ Dùng để đốt hỗn hợp xăng không khí trong động cơ xăng.
+ Giải thích hiện tượng sét trong tự nhiên
2. Sét
Sét phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa một đám mây tích điện với mặt đất tạo thành tia lửa điện khổng lồ
- Sự phát tia lửa của sét làm áp suất không khí tăng đột ngột, gây ra tiếng nổ, gọi là tiếng sấm [nếu phóng điện giữa hai đám mây] hoặc tiếng sét [nếu phóng điện giữa đám mây và mặt đất]
3. Hồ quang điện
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
- Hồ quang điện có thể kèm theo toả nhiệt và toả sáng rất mạnh.
- Điều kiện tạo ra hồ quang điện: Dòng điện qua chất khí giữ được nhiệt độ cao của catôt để catôt phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron.
- Ứng dụng: Hồ quang diện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu, …