Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Dòng điện trong chất khí”

Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào

Nội tuyến

Phiên bản lúc 18:00, ngày 16 tháng 3 năm 2019

Các chất khí ở áp suất khí quyển là những chất cách điện tốt. Trong các chất khí đó, hầu như không có các phần tử mang điện tích. Chất khí sẽ trở nên dẫn điện, nếu ta tạo ra trong đó những ion (ion hóa chất khí). Tác động nhiệt (sự tạo thành các ion trong ngọn lửa), sự chiếu rọi chất khí bằng những tia tử ngoại, tia rơngen hay $\gamma$ sẽ tạo nên tính dẫn điện không tự duy trì. Các hạt mang điện được điện trường tăng tốc va chạm với các phân tử trung hòa của chất khí (thường thường là khí loãng) thì chúng sẽ ion hóa các phân tử này tạo nên tính dẫn điện tự duy trì. Khi đó không cần phải có nguồn ion hóa phụ. Tất cả những thứ trên có thể tạo nên dòng điện trong chất khí.

Lý thuyết

Sự ion hóa chất khí và sự tái hợp các ion

Khi có nguồn ion hóa, trong chất khí có hai quá trình ngược nhau xảy ra sự ion hóa, nghĩa là sự phân rã của các phân tử trung hòa thành các phần tử mang điện (các ion) và sự tái hợp, nghĩa là sự tạo thành các phân tử trung hòa từ các ion tích điện khác dấu nhau. Số $\Delta n^{'}$ ion tái hợp thành các phân tử tỉ lệ với số các ion dương cũng như số các ion âm, nghĩa là $\Delta n^{'}=\gamma n_{o}^{2}$ , trong đó $n_{o}$ là số các ion dương (hay âm).

Nếu số $\Delta n$ ion xuất hiện bằng số các ion tái hợp $\Delta n=\gamma n_{o}^{2}$ thì có sự cân bằng xảy ra. Số các ion cùng dấu trong một đơn vị thể tích là $n_{o}={\sqrt {\tfrac {\Delta n}{\gamma }}}$ trong đó $\gamma$ là hệ số tái hợp.

Độ linh động của các ion

Độ linh động của ion khí là đại lượng $u$ , về trị số bằng vận tốc của ion ứng với cường độ điện trường bằng đơn vị. Người ta phân biệt ra các độ linh động $u_{+}$ của các ion dương và $u_{-}$ của các ion âm. Vận tốc $v$ trong chuyển động có trật tự của ion tỉ lệ với cường độ điện trường $E$ : $v+=u_{+}E$ , $v_{-}=u_{-}E$ .

Định luật Ohm

Nếu mật độ dòng $j$ nhỏ đến mức có thể bỏ qua được số các ion do dòng điện mang đi so với số các ion tái hợp, thì số các ion $n_{o}$ trong một đơn vị thể tích của khối khí có thể coi là không đổi. Khi đó mật độ dòng bằng: $j=en_{0}(v_{+}+v_{-})$ $->$ $j=en_{0}(u_{+}+u_{-})E$ .

Đẳng thức sau cùng biểu diễn định luật Ohm. Định luật Ohm trong sự dẫn điện không tự duy trì của chất khí chỉ đúng khi mật độ dòng nhỏ. Trong trường hợp khi mật độ dòng lớn đên mức sự giảm các ion chỉ được xác định bởi quá trình trung hòa chúng ở các điện cực, còn sự tái hợp không kịp xảy ra, thì dòng sẽ không phụ thuộc vào hiệu điện thế và được gọi là dòng bão hòa.

Mối quan hệ của vôn-ampe trong sự phóng điện không tự duy trì được thể hiện như đồ thị. Đoạn bậc nhất ban đầu của đồ thị ứng với miền ứng dụng được định luật Ohm. Khi cường độ điện trường tăng, định luật Ohm không còn đúng nữa. Điều này tương ứng với đoạn cong của đồ thị. Sau đó có xảy ra sự bão hòa, quá trình này tương ứng với đoạn đồ thị song song với trục hoành. Ứng với các hiệu điện thế lớn, đồ thị bắt đầu đi đột ngột lên phía trên. Sự tăng kiểu thác của dòng điện có liên quan với các quá trình ion hóa do va chạm. Các electron được điện trường tăng tốc bắt đầu ion hóa những phân tử trung hòa của khí. Sau đó có xảy ra sự đánh thủng điện chất khí.

Định luật Xtôlêtôv

Đối với chất khí đang nghiên cứu, dòng điện cực đại bao giờ cũng quan sát với cùng một tỉ số giữa cường độ điện trường $E$ và áp suất $p$ : ${\tfrac {E}{p}}=C$ , trong đó $C$ là hằng số Xtôlêtôv.

Định luật Paschen

Sự đánh thủng chất khí xảy ra khi đối với mỗi chất khí ứng với một tỉ số giữa cường độ điện trường và áp suất xác định đặc trưng của mỗi chất khí. Hai định luật được giải thích như sau: khi áp suất nhỏ, đoạn đường tự do lớn, do đó các thác electron được tạo thành ứng với các cường độ của trường nhỏ. Sự tạo thành các thác electron và ion và cả bứt các electron thứ cấp ra khỏi catốt bởi các ion tại các cường độ vào cỡ 10000 $V/cm$ trong chất khí có mật độ bình thường đều dẫn đến sự đánh thủng chất khí và chuyển sự phóng điện không tự duy trì thành sự phóng điện tự duy trì.

@@ Dòng 1: / Dòng 1: @@
 <br />
 [[Tập tin:Ống tia âm cực.jpg|nhỏ|180x180px|[[Tia âm cực|Ống phóng tia âm cực]], thiết bị thường dùng trong tivi. ]]
-Các chất khí ở áp suất khí quyển là những chất cách điện tốt. Trong các chất khí đó, hầu như không có các phần tử mang điện tích. Chất khí sẽ trở nên dẫn điện, nếu ta tạo ra trong đó những ion (ion hóa chất khí). Tác động nhiệt  (sự tạo thành các ion trong ngọn lửa), sự chiếu rọi chất khí bằng những [[Tử ngoại|tia tử ngoại]], [[Tia X|tia rơngen]] hay  [[Bức xạ|<math>\gamma</math>]] sẽ tạo nên tính dẫn điện không tự duy trì. Các hạt mang điện được điện trường tăng tốc va chạm với các phân tử trung hòa của chất khí (thường thường là khí loãng) thì chúng sẽ ion hóa các phân tử này tạo nên tính dẫn điện tự duy trì. Khi đó không cần phải có nguồn ion hóa phụ. Tất cả những thứ trên có thể tạo nên '''dòng điện trong chất khí'''.
+Các chất khí ở áp suất khí quyển là những chất cách điện tốt. Trong các chất khí đó, hầu như không có các phần tử mang điện tích. Chất khí sẽ trở nên dẫn điện, nếu ta tạo ra trong đó những ion (ion hóa chất khí). Tác động nhiệt (sự tạo thành các ion trong ngọn lửa), sự chiếu rọi chất khí bằng những [[Tử ngoại|tia tử ngoại]], [[Tia X|tia rơngen]] hay [[Bức xạ|<math>\gamma</math>]] sẽ tạo nên tính dẫn điện không tự duy trì. Các hạt mang điện được điện trường tăng tốc va chạm với các phân tử trung hòa của chất khí (thường thường là khí loãng) thì chúng sẽ ion hóa các phân tử này tạo nên tính dẫn điện tự duy trì. Khi đó không cần phải có nguồn ion hóa phụ. Tất cả những thứ trên có thể tạo nên '''dòng điện trong chất khí'''.
-<br />
 == Lý thuyết ==
 === Sự ion hóa chất khí và sự tái hợp các ion ===
-Khi có nguồn ion hóa, trong chất khí có hai quá trình ngược nhau xảy ra sự ion hóa, nghĩa là sự phân rã của các phân tử trung hòa thành các phần tử mang điện (các ion) và sự tái hợp, nghĩa là sự tạo thành các phân tử trung hòa từ các ion tích điện khác dấu nhau. Số  <math>\Delta n^'</math> ion tái hợp thành các phân tử tỉ lệ với số các ion dương cũng như số các ion âm, nghĩa là  <math>\Delta n^'=\gamma n_o^2</math>, trong đó  <math>n_o</math> là số các ion dương (hay âm).
+Khi có nguồn ion hóa, trong chất khí có hai quá trình ngược nhau xảy ra sự ion hóa, nghĩa là sự phân rã của các phân tử trung hòa thành các phần tử mang điện (các ion) và sự tái hợp, nghĩa là sự tạo thành các phân tử trung hòa từ các ion tích điện khác dấu nhau. Số <math>\Delta n^'</math> ion tái hợp thành các phân tử tỉ lệ với số các ion dương cũng như số các ion âm, nghĩa là <math>\Delta n^'=\gamma n_o^2</math>, trong đó <math>n_o</math> là số các ion dương (hay âm).
-Nếu số  <math>\Delta n</math> ion xuất hiện bằng số các ion tái hợp  <math>\Delta n=\gamma n_o^2</math> thì có sự cân bằng xảy ra. Số các ion cùng dấu trong một đơn vị thể tích là  <math>n_o=\sqrt{\tfrac{\Delta n}{\gamma}}</math> trong đó  <math>\gamma</math> là hệ số tái hợp.
+Nếu số <math>\Delta n</math> ion xuất hiện bằng số các ion tái hợp <math>\Delta n=\gamma n_o^2</math> thì có sự cân bằng xảy ra. Số các ion cùng dấu trong một đơn vị thể tích là <math>n_o=\sqrt{\tfrac{\Delta n}{\gamma}}</math> trong đó <math>\gamma</math> là hệ số tái hợp.
 === Độ linh động của các ion ===
-Độ linh động của ion khí là đại lượng  <math>u</math>, về trị số bằng vận tốc của ion ứng với cường độ điện trường bằng đơn vị. Người ta phân biệt ra các độ linh động  <math>u_+</math> của các ion dương và  <math>u_-</math> của các ion âm. Vận tốc  <math>v</math> trong chuyển động có trật tự của ion tỉ lệ với cường độ điện trường  <math>E</math> :  <math>v+=u_+E</math>, <math>v_-=u_-E</math>.
+Độ linh động của ion khí là đại lượng <math>u</math>, về trị số bằng vận tốc của ion ứng với cường độ điện trường bằng đơn vị. Người ta phân biệt ra các độ linh động <math>u_+</math> của các ion dương và <math>u_-</math> của các ion âm. Vận tốc <math>v</math> trong chuyển động có trật tự của ion tỉ lệ với cường độ điện trường <math>E</math>: <math>v+=u_+E</math>, <math>v_-=u_-E</math>.
 === '''Định luật Ohm''' ===
-Nếu mật độ dòng  <math>j</math> nhỏ đến mức có thể bỏ qua được số các ion do dòng điện mang đi so với số các ion tái hợp, thì số các ion  <math>n_o</math> trong một đơn vị thể tích của khối khí có thể coi là không đổi. Khi đó mật độ dòng bằng :  <math>j=en_0(v_++v_-)</math><math>-></math> <math>j=en_0(u_++u_-)E</math>.
+Nếu mật độ dòng <math>j</math> nhỏ đến mức có thể bỏ qua được số các ion do dòng điện mang đi so với số các ion tái hợp, thì số các ion <math>n_o</math> trong một đơn vị thể tích của khối khí có thể coi là không đổi. Khi đó mật độ dòng bằng: <math>j=en_0(v_++v_-)</math><math>-></math> <math>j=en_0(u_++u_-)E</math>.
 [[Tập tin:071017 0737 Vly119-2.png|nhỏ|251x251px]]
 Đẳng thức sau cùng biểu diễn định luật Ohm. Định luật Ohm trong sự dẫn điện không tự duy trì của chất khí chỉ đúng khi mật độ dòng nhỏ. Trong trường hợp khi mật độ dòng lớn đên mức sự giảm các ion chỉ được xác định bởi quá trình trung hòa chúng ở các điện cực, còn sự tái hợp không kịp xảy ra, thì dòng sẽ không phụ thuộc vào hiệu điện thế và được gọi là dòng bão hòa.
@@ Dòng 25: / Dòng 21: @@
 === Định luật Xtôlêtôv ===
-Đối với chất khí đang nghiên cứu, dòng điện cực đại bao giờ cũng quan sát với cùng một tỉ số giữa cường độ điện trường  <math>E</math> và áp suất  <math>p</math>: <math>\tfrac{E}{p}=C</math>, trong đó <math>C</math>là hằng số Xtôlêtôv.
+Đối với chất khí đang nghiên cứu, dòng điện cực đại bao giờ cũng quan sát với cùng một tỉ số giữa cường độ điện trường <math>E</math> và áp suất <math>p</math>: <math>\tfrac{E}{p}=C</math>, trong đó <math>C</math>là hằng số Xtôlêtôv.
 === Định luật Paschen ===