Dòng điện trong chất khí và những kiến thức cần biết

Chất khí khi ở trên áp suất khí quyển là những chất cách điện rất tốt. Trong chất khí hầu như không có các phần tử mang điện tích. Chất khí sẽ chỉ dẫn được điện khi tạo ra được trong đó những ion. Vậy dòng điện trong chất khí là gì, chúng được hình thành như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

Chất khí có phải là môi trường cách điện?

Chất khí là một chất điện môi vì nó không dẫn điện. Nhưng khi chất khí có ngọn lửa ga hay chiếu bức xạ tử ngoại vào không khí thì nó sẽ trở thành chất dẫn điện.

Bản chất của dòng điện trong chất khí

Sự ion hoá và tác nhân ion hoá dòng điện trong chất khí

Ngọn lửa ga hay các tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân là các tác nhân ion hoá cơ bản nhất. Chúng có năng lượng rất cao nên có thể ion hoá được chất khí. Chúng tách phân tử khí trung hoà thành các ion dương và các electron tự do. Electron tự do lại kết hợp được với phân tử khí trung hoà ra ion âm. Nên được gọi là hạt tải điện trong chất khí.

Tóm lại, 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.

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

• Quá trình dẫn điện của chất khí trên được gọi là quá trình dẫn điện không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi bạn đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực. Chúng sẽ biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.
• Quá trình làm thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và đọc được dòng điện I chạy qua chất khí. Quá trình dẫn điện không tự lực không chịu ảnh hưởng từ định luật Ôm.

Quá trình có 3 đoạn rõ rệt:

• Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tỷ lệ tăng theo U.
• Đoạn ab: U đủ lớn kéo theo dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.
• Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh cùng U. Chứng tỏ khi hiệu điện thế quá lớn, điện trở chất khí giảm khi tăng hiệu điện thế, mật độ hạt tải điện tăng.

Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí

Là quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì, không cần tác động liên tục đưa hạt tải điện vào.

Các cách để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

• Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng nhanh, phân tử khí bị ion hoá.
• Điện trường trong chất khí lớn, làm phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ thấp.
• Catot bị dòng điện nung nóng đỏ sẽ phát ra electron. Đây là hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
• Catot không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn va chạm vào. Từ đó làm bật electron ra khỏi catot và trở thành hạt tải điện.
• Tuỳ thuộc vào cơ chế sinh ra hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có các kiểu phóng điện tự lực khác nhau.
• Tia lửa điện và hồ quang điện là hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất hiện nay.

Tia lửa điện

Định nghĩa

Tia lửa điện được hình thành trong quá trình phóng điện tự lực trong chất khí. Khi chất khí được đặt giữa hai điện cực. Lúc này, nếu điện trường đủ mạnh sẽ biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do.

Điều kiện tạo ra tia lửa điện

Tia lửa điện có thể hình thành ngay lập tức trong không khí khi điện trường có giá trị đến khoảng 3.106 V/m. Với giá trị này, hiệu điện thế đủ khả năng để phát sinh ra tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực.

Ứng dụng của dòng điện trong chất khí

Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ nổ, có thể kể đến nhiều nhất trong xe máy. Nó có nhiệm vụ đốt hỗn hợp trong xilanh. Bộ phận phát tia lửa điện gọi là bugi.

Hồ quang điện

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.

Ứng dụng dòng điện trong chất khí

Hồ quang điện có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu xây dựng, kim loại….

Như vậy, bài viết trên đã cung cấp đầy đủ đến quý độc giả những kiến thức xung quanh dòng điện trong chất khí và những ứng dụng trong cuộc sống. Hy vọng các bạn cũng đã hiểu thêm được về tia lửa điện của hồ quang điện. Hãy đọc để hiểu hơn về hiện tượng trong cuộc sống nhé!