Dòng điện trong chất khí là gì? Bản chất và ứng dụng

Vật Lý

Dòng điện trong chất khí là gì? Bản chất và ứng dụng

Dòng điện trong chất khí là gì? Đây là kiến thức của lớp 11. Ngay sau đây bạn hãy cùng với chúng tôi đi tìm hiểu về kiến thức dòng điện trong chất khí này trong bài viết sau đây của chúng tôi nhé.

Tham khảo:

Dòng điện trong chất khí là gì?

Chất khí là môi trường cách điện

– Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hòa điện. Do đó trong chất khí không có các hạt tải điện.

Chất khí trở thành chất dẫn điện

– Khi có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ tử ngoại không khí trở thành dẫn điện.

Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường

– Trong chất khí cũng có nhưng rất ít các hạt tải điện.

– Khi dùng ngọn đèn ga để đốt nóng chất khí hoặc chiếu vào chất khí chùm bức xạ tử ngoại thì trong chất khí xuất hiện các hạt tải điện. Khi đó chất khí có khả năng dẫn điện.

Bản chất dòng điện trong chất khí

Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa

– Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thủy ngân trong thí nghiệm trên được gọi là tác nhân ion hóa. Tác nhân ion hóa đã ion hóa các phân tử khí thành các ion dương, ion âm và các Êlectron tự do.

– Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.

– Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm và các Êlectron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hòa nên chất khí trở thành không dẫn điện.

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.

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 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.

• 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.

Ứng dụng của dòng điện trong chất khí

Ứng dụng dòng điện trong chất khí để tạo ra tia lửa điện

– Tia lửa điện là sự phóng điện tự lực trong chất khí ở giữa 2 điện cực khi điện trường đủ mạnh. Quá trình này sẽ biến các phân tử khí trung hòa thành các hạt bị ion hóa (hạt mang điện). Cụ thể là phân tử khí trung hòa sẽ chuyển thành ion dương (+) và Êlectron tự do.

– Điều kiện để tạo ra tia lửa điện là điện trường áp vào vượt quá cường độ đánh thủng điện môi của môi trường ngăn chặn. Trong không khí cường độ đánh thủng có giá trị khoảng 3.106 V/m ở mực nước biển. Đồng thời, để tạo ra tia lửa điện còn cần phải có môi trường cách điện. Ngoài ra, cần phải có điện tích tự do tồn tại giữa 2 điện cực.

– Tia lửa điện được ứng dụng trong động cơ xăng để đốt xilanh, cụ thể là đối hỗn hợp xăng và không khí. Trong động cơ này, bộ phận có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện là bugi. Nó gồm 2 điện cực đặt sát nhau trên một khối sứ có khả năng cách điện.

– Còn được sử dụng trong công nghệ gia công. Phương pháp gia công bằng tia lửa điện là sử dụng các tia này phóng lên trên bề mặt cần gia công. Tác động của tia này sẽ làm bề mặt gia công bốc hơi hoặc nóng chảy. Đó được gọi là quá trình điện nhiệt. Ngoài ra, tia lửa điện còn có thể giải thích hiện tượng sét xảy ra trong tự nhiên.

Ứng dụng dòng điện có trong chất khí để tạo ra hồ quang điện

– Hồ quang điện cũng là khái niệm để chỉ quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí. Tuy nhiên, đây là quá trình xảy ra trong điều kiện áp suất thường hoặc áp suất thấp. Chúng tồn tại giữa hai điện cực có hiệu điện thế không quá lớn.

– Điều kiện để xảy ra quá trình hồ quang điện là dòng điện qua chất khí giữ được nhiệt độ cao của catot. Điều này sẽ giúp catot phát ra Electron nhờ hiện tượng phát xạ nhiệt Êlectron. Đồng thời, giữa 2 điện cực có một điện trường đủ mạnh để ion hóa không khí.

– Hồ quang điện rất hữu ích khi sử dụng trong quá trình luyện thép. Khi đó, bạn cần phải duy trì dòng hồ quang có độ cháy ổn định. Bên cạnh đó, nó còn được ứng dụng trong hàn điện, nấu chảy vật liệu, làm đèn chiếu sáng,…

Mong rằng những chia sẽ trên sẽ giúp cho bạn một phần nào đó trong việc học tập của mình. Xin chân thành cảm ơn bạn khi đã xem hết bài viết này.