Dòng điện trong chất khí và những điều bạn cần biết

Chất khí được biết đến là chất điện môi gần như không có các phân tử mang điện tích nên không dẫn điện. Chúng chỉ dẫn điện khi bên trong chứa các ion mang điện tích và trở dòng điện. Vậy những dòng điện trong chất khí này được hình thành như thế nào? Để hiểu rõ hơn về chúng hãy đi tìm câu trả lời ngày dưới đây.

Bản chất của dòng điện trong chất khí?

1. Chất khí là gì?

Chất khí ở áp suất khí quyển là những chất có tính cách điện vô cùng tốt. Trong mỗi chất khí hầu như là không có các phần tử chứa điện tích. Chất khí chỉ chứa dòng điện trong trường hợp trong nó được tạo ra những ion (ion hóa chất khí). Ví dụ như có sự tạo thành các ion do nhiệt (sự tạo thành các ion trong ngọn lửa) hoặc có sự chiếu rọi chất khí bằng các tia tử ngoại, tia gamma hay tia rơnghen không khí sẽ có tính dẫn điện không duy trì. 

Những hạt mang điện sẽ được tăng tốc và va chạm với những phân tử trung hòa có trong chất khí (thông thường là chất khí loãng). Lúc này chúng sẽ ion hóa những phân tử trung hòa này và sản sinh ra chất dẫn điện tự duy trì mà không cần phải có nguồn ion hóa phụ. Tất cả những điều trên sẽ tạo ra dòng điện trong chất khí.

2. Định nghĩa dòng 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 electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.

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.

Quá trình dẫn điện của chất khí

1. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Quá trình chất dẫn điện của chất khí chúng ta vừa mô tả ở trên được gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ diễn ra khi các hạt tải điện được đưa vào khối khí ở giữa 2 bản cực. Nó ngừng khi ta không đưa hạt tải điện vào nữa. 

Khi thay đổi hiệu điện thế U ở giữa của 2 bản cực và ghi lại dòng điện I dịch chuyển qua chất khí chúng ta sẽ thấy quá trình dẫn điện không tự lực và không tuần hoàn theo định luật ôm. Nó chia làm 3 đoạn rõ rệt như sau: 

• Đoạn Oa: Có U nhỏ và dòng điện sẽ tăng theo U 
• Đoạn ab: U đủ lớn và dòng điện I đạt được giá trị bão hòa. Lúc này I sẽ không thay đổi khi U tăng lên. 
• Đoạn bc: U quá lớn. I sẽ tăng nhanh khi U tăng. Điều này chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế ở mức quá lớn thì khi nó tăng lên sẽ làm cho điện trở của chất khí giảm và mật độ hạt tải điện có sự tăng lên.

2. Quá trình dẫn điện tự lực của 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.

Tìm hiểu về tia lửa điện và hồ quang điện

1. Hồ quang điện là gì?

• Hồ quang điện là khái niệm được dùng để chỉ quá trình phóng điện một cách tự lực diễn ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp được đặt giữa hai điện cực với hiệu điện thế không lớn.
• Điều kiện tạo ra hồ quang điện bao gồm hai yếu tố là ở hai điện cực có hiện tượng nóng đỏ đủ để tạo ra io hoặc có một dòng điện trường đủ mạnh tồn tại giữa hai điện cực để sản sinh ra ion hóa không khí và tạo  ra tia lửa điện.
• Hồ quang điện được ứng dụng vô cùng phổ biến trong lĩnh vực luyện thép. Tuy nhiên với điều khiện hồ quang điện phải có độ cháy ổn định thì mới có thể ứng dụng cho lĩnh vực này. Bên cạnh đó, nó còn được ứng dụng trong lĩnh vực hàn.  Nhờ có nhiệt độ cao mà hồ quang điện được con người ứng dụng để thực hiện các mối hàn. Hiện nay trên thị trường những sản phẩm máy hàn hồ quang điện được bày bán rất phổ biến. Ngoài ra, nó cũng được ứng dụng trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nữa.

2. Tia lửa điện là gì?

• Tia lửa điện

   là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí. Điều kiện được đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh. Từ đó có thể biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.

• Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí khi điện trường đạt giá trị khoảng 3.106 V/m. Hiệu điện thế đủ để phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.
• Tia lửa điện được ứng dụng rất phổ biến trong các động cơ nổ. Chúng có nhiệm vụ đốt các hỗn hợp trong xilanh. Bộ phận được dùng để tạo ra tia lửa điện bên trong động cơ có tên là bugi. Thực chất bộ phận này chỉ là 2 điện cực với khoảng cách là 10mm ở trên một khối sứ cách điện. Ngoài ra thì tia lửa điện còn được ứng dụng trong ngành công nghệ gia công. Thực hiện gia công bằng tia lửa điện chính là phương pháp gia công với các đồ vật bằng cách thực hiện phóng các tia lửa điện lên trên các bề mặt của đồ vật cần thực hiện gia công. Khi tia lửa điện tiếp xúc với bề mặt gia công sẽ khiến cho bề mặt này nóng chảy hoặc bốc hơi do quá trình điện nhiệt. Thực chất công nghệ gia công bằng điện chính là quá trình các tia lửa điện ăn mòn kim loại.

Những điều trên là một số thông tin ECO3D SAFETY tổng hợp được về dòng điện trong chất khí. Chúng tôi hy vọng rằng qua những thông tin này, các bạn cũng hiểu thêm được về không chỉ dòng điện trong chất khí là gì mà còn biết được về cả tia lửa điện và hồ quang điện. Cùng tìm hiểu thêm về nhiều kiến thức hữu ích khác tại website : https://eco3d.vn/  nhé!!!