Strom - dies ist der Prozess der Bewegung von Teilchen einer Substanz unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Und obwohl Strom in unserer Ansicht mehr mit Leitern und Halbleitern in Verbindung gebracht wird, kann er auch durch Gase fließen. Die Stromuntersuchung in Gasen ist einer der Schlüsselbereiche der Physik und Elektrotechnik, da die Anwendung von Gasentladungen in einer Vielzahl von technischen Geräten und Technologien weit verbreitet ist.
Der Strom in den Gasen wird durch die Bewegung geladener Teilchen - Ionen, Elektronen und anderer geladener Teilchen - verursacht. Im Gegensatz zu Festkörpern können sich Partikel in Gasen frei bewegen, was sich auf die Eigenschaften des Stroms in Gasen auswirkt. Eines der bemerkenswerten Merkmale des Gasstroms ist die Möglichkeit einer Gasentladung - der Prozess der Ionisierung des Gasmediums unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes.
Ionisierung stellt die Bildung eines Paares geladener Teilchen dar - positiver und negativer Ionen durch Abtrennen von Elektronen von Gasatomen. Dies führt zu einer Leitfähigkeit im Gasraum, wodurch eine Gasentladung entsteht - eine helle Lichtentladung oder eine elektrische Entladung in einem Gasmedium.
Physikalische Eigenschaften von Gasen
1. Gasdruck. In Gasen befinden sich die Moleküle in ständiger Bewegung und kollidieren miteinander sowie mit den Wänden des Gefäßes, in dem sich das Gas befindet. Diese Kollisionen erzeugen einen Druck, der gemessen werden kann. Hängt von der Geschwindigkeit und Masse der Gasmoleküle sowie von der Gesamtzahl der Moleküle in einer Volumeneinheit ab.
2. Tg. Die Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie von Gasmolekülen. Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle und desto höher ist ihre Energie. Die Temperatur des Gases wird in Grad Celsius, Kelvin oder Fahrenheit gemessen.
3. Gasvolumen. Das Gasvolumen ist ein Maß für den Platz, den es einnimmt. Das Gasvolumen kann sich durch Druck- und Temperaturänderungen ändern. Das Gasvolumen kann in Litern, Kubikmetern oder anderen Volumeneinheiten ausgedrückt werden.
4. Gasdichte. Die Dichte eines Gases wird durch seine Masse und sein Volumen bestimmt. Die Dichte von Gasen wird normalerweise in g / l oder kg / m3 gemessen und hängt von Druck und Temperatur ab.
5. Gas-Verdünnung. Wenn der Gasdruck abnimmt, werden intermolekulare Kollisionen seltener und das Gas wird spärlich. Die Verdünnung des Gases kann in Millibar oder anderen Druckeinheiten ausgedrückt werden.
| Eigenschaft | Die Beschreibung |
|---|---|
| Gasdruck | Es wird durch Kollisionen von Gasmolekülen zwischen sich und den umgebenden Oberflächen erzeugt. |
| Tg | Ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie von Gasmolekülen. |
| Gasvolumen | Ein Maß für den durch Gas belegten Raum. |
| Gasdichte | Hängt von der Masse und dem Volumen des Gases ab. |
| Gas-Verdünnung | Erhöhung des Gasvolumens bei Druckabfall. |
Das Konzept des elektrischen Stroms
Der Strom kann konstant oder variabel sein. Gleichstrom hat eine konstante Richtung und die Stromstärke ändert sich im Laufe der Zeit nicht. Wechselstrom ändert seine Richtung und Stärke in bestimmten Zeitintervallen.
Die Maßeinheit für den Strom ist Ampere (A). Der Strom wird als gleich einem Ampere betrachtet, wenn innerhalb einer Sekunde ein Ladungsanhänger durch den Leiterquerschnitt läuft.
Ohmsches Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Strom, Spannung und Widerstand in einem elektrischen Stromkreis. Nach dem ohmschen Gesetz ist der Strom in einem Stromkreis direkt proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand des Stromkreises. Mathematisch wird das ohmsche Gesetz als I = U / R geschrieben, wobei I der Strom in Ampere ist, U die Spannung in Volt ist und R der Widerstand der Schaltung in Ohm ist.
Elektrischer Strom ist die Grundlage für den Betrieb einer Vielzahl von Geräten und Technologien in der heutigen Welt, von Beleuchtung und Kommunikation bis hin zu Elektronik und elektrischer Energie.
Gasentladungen: Arten und Klassifizierung
Gasentladungen sind elektrische Phänomene, die auftreten, wenn elektrischer Strom durch ein Gasmedium übertragen wird. Sie werden häufig in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie wie Elektrizität, Elektronik, Beleuchtungstechnik und anderen verwendet.
Abhängig von den Bedingungen, unter denen Gasentladungen auftreten, können sie nach verschiedenen Merkmalen klassifiziert werden:
1. Durch Gasdruck:
- Niedriger Druck: Entladungen, die bei niedrigen Gasdruckwerten auftreten (normalerweise weniger als 1 Torr). Unter diesen Bedingungen treten solche Entladungen wie schwelende Entladung, Lichtbogenentladung, Koronaentladung usw. auf.
- Mittlerer Druck: Entladungen, die bei moderaten Gasdruckwerten auftreten (von einigen bis zu mehreren hundert Torr). Dazu gehören zum Beispiel Hochfrequenzentladungen.
- Hochdruck: Entladungen, die bei hohen Gasdruckwerten auftreten (von mehreren hundert Strömen bis zu mehreren Atmosphären). In dieser Kategorie befinden sich Entladungen wie Kugelentladungen und Gasentladungen in Gasentladungslampen.
2. Nach Medium und Gaszusammensetzung:
- Normale Gasentladungen: entstehen in gewöhnlichen Gasen wie Luft, Stickstoff, Sauerstoff.
- Ionisierte Gasentladungen: treten in Gasen auf, die Verunreinigungen enthalten, die einen wesentlichen Beitrag zur Ionisierung des Gases leisten.
- Plasmaentladungen: treten im Plasma auf, teilweise oder vollständig ionisiertes Gas. Plasmaentladungen umfassen Phänomene wie Brennen, LEDs Gorenje, Laser usw.
Darüber hinaus können Gasentladungen nach Lebensdauer, Energie und vielen anderen Parametern klassifiziert werden. Jede Art von Gasentladung hat ihre eigenen charakteristischen Merkmale und Anwendungsbereiche.
Mechanismen zur Bildung von Gasentladungen
Gasentladungen entstehen durch den Durchgang von elektrischem Strom durch das Gas. Diese Entladungen können unterschiedliche Natur haben und auf verschiedenen physikalischen Prinzipien basieren.
Es gibt zwei Hauptmechanismen für die Bildung von Gasentladungen: schwelende Entladung und Lichtbogenentladung.
Glimmentladung
Die schwelende Entladung ist durch eine niedrige Zündspannung und einen hohen Grad an Gasionisierung gekennzeichnet. Es tritt auf, wenn eine kritische Spannung erreicht wird, die von der Art des Gases und seinen Parametern abhängt.
Der Durchgang der schwelenden Entladung wird durch die Freisetzung von Licht, die Bildung von Ionen und Elektronen sowie durch Schall- und Wärmeeffekte begleitet.
Abhängig von den Entstehungsbedingungen kann die schwelende Entladung eine unterschiedliche Struktur und ein anderes Aussehen haben. Es kann gleichmäßig sein, mit vielen dünnen Kanälen oder das Aussehen von Flecken unterschiedlicher Helligkeit haben.
Die schwelende Entladung wird in einer Vielzahl von technologischen Prozessen weit verbreitet eingesetzt, einschließlich Beleuchtung, Gasentladungslampen, Plasmabildschirmen usw.
Bogenentladung
Die Lichtbogenentladung tritt auf, wenn die Zündspannung überschritten wird und durch hohe Ströme und Temperaturen gekennzeichnet ist. Es bildet sich zwischen zwei Elektroden und wird von der Bildung von Plasma begleitet.
In der Lichtbogenentladung erfolgt die Ionisierung des Gases, was zu einer erhöhten Leitfähigkeit und der Entstehung einer großen Anzahl freier Elektronen und Ionen führt. Dadurch kann der Strom mit geringerem Widerstand durch das Gas fließen.
Lichtbogenentladungen können in verschiedenen Formen und Längen auftreten. Sie können stationär oder beweglich sein, unterschiedliche Richtungen haben und unterschiedliche Strukturen bilden.
Lichtbogenentladungen werden in der Elektroindustrie, im Schweißen, in der Beleuchtung, in der Oberflächenbehandlung und in anderen technischen Prozessen weit verbreitet eingesetzt.
Elektromagnetische Eigenschaften von Gasen
Gase haben wie andere Substanzen bestimmte elektromagnetische Eigenschaften. Diese Eigenschaften beeinflussen ihr Verhalten im elektrischen Feld und im Magnetfeld.
Gase sind Dielektriken - das bedeutet, dass sie durch ein externes elektrisches Feld polarisiert werden können. Wenn dem Gas eine elektrische Ladung in einem elektrischen Feld gegeben wird, beginnen seine Moleküle, ihre Ladungsverteilung zu ändern, was zur Bildung eines elektrischen Dipols führt.
Eine gewisse Wirkung auf die elektromagnetischen Eigenschaften von Gasen hat auch die Ionisierung des Gases. Die Ionisierung tritt auf, wenn ein elektrischer Durchbruch in einem Gas auftritt oder wenn sie hohen Flammen oder Elektronenstrahlen ausgesetzt ist. Als Ergebnis der Ionisierung erhält das Gas Plasmaeigenschaften, was seine elektromagnetischen Eigenschaften verändert.
| Gas-Eigenschaft | Die Beschreibung |
|---|---|
| Dielektrizitätskonstante | maß für die Änderung des elektrischen Feldes in einem Gas |
| elektrische Leitfähigkeit | die Fähigkeit des Gases, elektrischen Strom zu leiten |
| magnetische Permeabilität | maß für die Änderung des Magnetfeldes in einem Gas |
| magnetische Suszeptibilität | die Fähigkeit des Gases, auf ein äußeres Magnetfeld zu reagieren |
Die elektromagnetischen Eigenschaften von Gasen spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie, wie Plasmochemie, Gasentladungen, Elektronik und anderen.
Einfluss physikalischer und chemischer Parameter auf die Leitfähigkeit des Gases
Ein wichtiger physikalischer Parameter, der die Leitfähigkeit eines Gases beeinflusst, ist die Temperatur. Wenn die Temperatur des Gases ansteigt, kann die Menge an freien Elektronen im Gas zunehmen, was zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit führt. Dies liegt daran, dass Elektronen bei erhöhter Temperatur mehr Energie haben, was zu ihrer aktiveren Bewegung und Stromleitfähigkeit beiträgt.
Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Leitfähigkeit eines Gases beeinflusst, ist der Druck. Wenn der Gasdruck steigt, werden seine Moleküle dichter, was zu einem aktiveren Zusammenstoß von Elektronen und Ionen im Gas beiträgt. Dies erhöht wiederum die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Ladung bewegt, und erhöht somit die Leitfähigkeit des Gases.
Außerdem kann die chemische Zusammensetzung des Gases seine Leitfähigkeit erheblich beeinflussen. Zum Beispiel kann das Hinzufügen von Verunreinigungen oder Gasen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung die Konzentration freier Elektronen oder Ionen in einem Gas beeinflussen, was wiederum seine Leitfähigkeit verändert.
Eine sehr wichtige Rolle bei der Leitfähigkeit des Gases spielt auch die Feuchtigkeit des Gases. Feuchtigkeit kann die Leitfähigkeit des Gases erhöhen, da Wassermoleküle elektrische Eigenschaften haben und an der Leitung von elektrischem Strom beteiligt sein können.
Daher haben die physikalischen und chemischen Parameter eines Gases, wie Temperatur, Druck, chemische Zusammensetzung und Feuchtigkeit, einen signifikanten Einfluss auf seine Leitfähigkeit. Das Verständnis dieser Einflüsse kann in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich Elektrizität, Elektronik und Chemie, hilfreich sein.
Praktische Anwendung von Gasentladungen
Gasentladungen, die in Gasen auftreten, wenn sie mit hoher Spannung versorgt werden, sind in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie weit verbreitet. Diese Entladungen haben eine Reihe nützlicher Eigenschaften, die es Ihnen ermöglichen, sie für verschiedene praktische Zwecke zu verwenden.
Eine Gasentladungslampe ist eines der bekanntesten Beispiele für die praktische Anwendung von Gasentladungen. Diese Lampen werden für die Beleuchtung in verschiedenen Bereichen verwendet, einschließlich Hausbeleuchtung, Straßenbeleuchtung und Verwendung in speziellen Bereichen, z. B. in der Filmindustrie, um Spezialeffekte zu erzeugen.
Gasentladungen werden auch häufig in Gasentladungsrohren und Diodenlampen verwendet. Bei diesen Geräten spielen Gasentladungen eine wichtige Rolle bei der Bildung elektrischer Signale und beim Empfang von Informationen.
In der Medizin werden Gasentladungen in speziellen Geräten zur Behandlung verschiedener Krankheiten verwendet. Zum Beispiel basiert die elektrochirurgische Technik, die in der Operation verwendet wird, auf der Verwendung elektrischer Entladungen in Gasen zur Heilung von Wunden und zur Entfernung von Tumoren.
Darüber hinaus werden Gasentladungen bei der Entwicklung und Herstellung von Halbleitergeräten wie Thyristoren und Transistoren verwendet. Diese Geräte dienen als Grundlage moderner Elektronik und werden aktiv in verschiedenen Geräten eingesetzt, von Computern und Smartphones bis hin zu Autos und Weltraumraketen.
Daher sind Gasentladungen ein wichtiges Element vieler Technologien und finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Technologie. Ihre einzigartigen Eigenschaften machen sie zu einem integralen Bestandteil der fortschreitenden Entwicklung der modernen Gesellschaft.
