Vypracovala: B. Horvathová
Elektrický prúd môžu viesť aj plyny za predpokladu že budú obsahovať voľné častice s nábojom.
Plyny za normálnych podmienok sú takmer nevodivé, sú zložené z elektricky neutrálnych atómov a molekúl. Proces pri ktorom sa plyny stávajú vodivými sa nazýva ionizácia.
Pri ionizácii sa vonkajším zásahom odtrhávajú z atómov elektróny. Vznikajú dvojice kladný ión a elektrón. Môžu sa vytvoriť aj záporné ióny pripojením uvoľnených elektrónov k iným neutrálnym atómom.
Prostriedky, ktorými sa vyvoláva ionizácia plynu voláme ionizátory. Je to v podstate každý zdroj energie, ktorý poskytuje elektrónom v atómoch energiu potrebnú na ich uvoľnenie. Ionizátorom je röntgenové alebo gama žiarenie, prúd častíc alfa. Plyny možno ionizovať aj zahriatím na vysokú teplotu, čím atómy získavajú dostatočnú kinetickú energiu potrebnú na ionizáciu pri vzájomných zrážkach.
Elektrický prúd v plynoch je spôsobený usporiadaným pohybom voľných elektrónov a iónov sa nazýva výboj. Ak sa elektrický prúd udržuje iba počas pôsobenia ionizátora hovoríme o nesamostatnom výboji. Elektrické pole môže vodivosť plynu ovplyvniť, tým že urýchľuje ióny a elektróny. Získavajú dostatočnú energiu na ionizáciu nárazom ďalších molekúl. Počet iónov sa lavínovito zväčšuje, ionizácia prevláda nad rekombináciou. Výboj pokračuje aj po odstránení ionizátora, hovoríme o samostatnom výboji. Elektrické napätie pri ktorom vzniká samostatný výboj, sa nazýva zápalné napätie. Pri skúmaní výboja používame ionizačnú komoru. Vidíme na obrázku. Je to platňový kondenzátor umiestnený v kovovej krabici s okienkom aby mohol pôsobiť ionizátor a je pripojený cez galvanometer a ochranný rezistor na zdroj napätia.
Zväčšujeme napätie a na platniach kondenzátora a zväčšuje sa prúd. Elektrické pole urýchli ióny a elektróny tak, že sa nestačia rekombinovať, ale zanikajú zachytením sa na platničkách . Prúd sa stáva nasýteným, keď všetky ióny vytvorené ionizátorom sú zachytené platňami. Ďalej pri pozvoľnom zvyšovaní napätia sa prúd nezväčšuje, ale až pri oveľa väčšom napätí sa prúd veľmi rýchlo zväčšuje. Toto napätie sa nazýva zápalné napätie. Pri týchto hodnotách napätia už prebieha samostatný výboj.
Samostatný výboj prebieha odlišne v závislosti od veľkosti prúdu. Pri malých hodnotách prúdu pozorujeme svetielkovanie plynu, to je tlejivý elektrický výboj. Tlejivý výboj prebieha vo výbojkách pri zníženom tlaku. Tlecí výboj v xenónových, v ortuťových výbojkách je úsporným zdrojom svetla. Jeho svetlo je pri rovnakom príkone asi päťkrát intenzívnejšie ako u klasických žiaroviek.
Samotný výboj vyžaruje neviditeľné ultrafialové žiarenie, ktorým je ožarovaná tenká vrstva vhodného luminoflóru, nanesená na vnútornej strane banky žiarivky. Žiarenie excituje molekuly luminoforu, ktoré následne pri návrate do pôvodného stavu emitujú fotóny viditeľného svetla.
Výhody žiariviek sú vo vysokej životnosti, vyššej účinnosti, nižšej produkcii svetla a priaznivým sfarbením svetla. Majú aj svoje nevýhody, napríklad: vyššia cena, pomalší nábeh žiarivky, skrátenie životnosti v chladnom prostredí, skrátenie životnosti pri krátkych intervaloch používania.
Pri väčších hodnotách prúdu vzniká oblúkový výboj. Teplota plynu sa zvyšuje až na 6000K. Využíva sa pri oblúkovom zváraní, oblúkových výbojkách.
Najintenzívnejšie sú výboje krátkodobé, ktoré voláme iskrový výboj.
Iskrovým výbojom je aj blesk, ktorým sa vyrovnáva veľmi vysoké napätie medzi dvoma mrakmi, alebo medzi mrakom a zemou. K iskrovému výboju dochádza aj medzi elektródami sviečky v zážihovom motore automobilu.
Formou samostatného výboja je aj koróna. Vzniká v blízkosti vodičov vo vzduchu, ktoré sú pod vysokým napätím, zakrivené miesta, hroty vodičov. Koróna spôsobuje energetické straty, rušenie rozhlasu, koróziu vodičov. V tme je viditeľná bežne okom. Koróna sa prejavuje hlasným praskaním, viditeľným výbojom modro-fialovej farby.
Úlohy:
1) Charakterizujte a popíšte ionizáciu plynu.
2) Aký je rozdiel medzi samostatným a nesamostatným elektrickým výbojom?
3) Stručne charakterizujte rôzne druhy samostatných výbojov.
Použitá literatúra:
Emanuel Svoboda a kol.- fyzika pre 2.ročník gymnázia