Бидний амьдарч буй эрин үеийг цахилгаан эрчим хүчний эрин үе гэж хэлж болно. Компьютер, телевизор, автомашин, хиймэл дагуул, хиймэл гэрэлтүүлгийн төхөөрөмжүүдийн ажиллагаа нь түүнийг ашиглаж буй жишээнүүдийн зөвхөн өчүүхэн хэсэг юм. Хүний хувьд сонирхолтой бөгөөд чухал үйл явцын нэг бол цахилгаан гүйдэл юм. Энэ юу болохыг нарийвчлан харцгаая.
Цахилгаан судлалын товч түүх
Хүн хэзээ цахилгаантай танилцсан бэ? Энэ асуултад хариулахад хэцүү, учир нь үүнийг буруу тавьсан, учир нь байгалийн хамгийн гайхалтай үзэгдэл бол эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан аянга юм.
Цахилгаан үйл явцын утга учиртай судалгаа зөвхөн 18-р зууны эхний хагасын сүүлээр эхэлсэн. Цэнэглэгдсэн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн хүчийг судалсан Чарльз Кулон, хаалттай хэлхээний гүйдлийн параметрүүдийг математикийн аргаар тодорхойлсон Жорж Ом, Бенжамин Франклин нарын цахилгааны тухай хүний санаа бодлыг бий болгоход оруулсан ноцтой хувь нэмрийг энд тэмдэглэх хэрэгтэй. дээр дурдсан мөн чанарыг судалж, олон туршилт хийсэнаянга. Тэднээс гадна Луижи Галвани (мэдрэлийн импульсийн судалгаа, анхны "батарей" зохион бүтээсэн), Майкл Фарадей (электролит дахь гүйдлийг судалдаг) зэрэг эрдэмтэд цахилгаан эрчим хүчний физикийг хөгжүүлэхэд ихээхэн үүрэг гүйцэтгэсэн.
Эдгээр бүх эрдэмтдийн ололт амжилт нь цахилгаан гүйдэл болох цахилгааны нарийн төвөгтэй үйл явцыг судлах, ойлгох бат бөх суурийг бий болгосон.
Цэвэр ялгадас гэж юу вэ, түүний оршин тогтноход ямар нөхцөл шаардлагатай вэ?
Цахилгаан гүйдлийн цэнэггүйдэл нь хийн орчинд өөр өөр потенциалтай орон зайн хоёр бүсийн хооронд цэнэглэгдсэн бөөмсийн урсгалаар тодорхойлогддог физик процесс юм. Энэ тодорхойлолтыг задлаад үзье.
Нэгдүгээрт, хүмүүс гадагшлах тухай ярихдаа дандаа хийг хэлдэг. Шингэн болон хатуу биет дэх цэнэггүйдэл (хатуу конденсаторын эвдрэл) тохиолдож болно, гэхдээ энэ үзэгдлийг судлах үйл явц нь нягт багатай орчинд авч үзэхэд хялбар байдаг. Түүгээр ч барахгүй хийн ялгаралт нь ихэвчлэн ажиглагддаг бөгөөд хүний амьдралд чухал ач холбогдолтой юм.
Хоёрдугаарт, цахилгаан цэнэгийн тодорхойлолтод дурдсанчлан энэ нь зөвхөн хоёр чухал нөхцөл хангагдсан үед л тохиолддог:
- боломжийн зөрүүтэй үед (цахилгаан талбайн хүч);
- цэнэг тээгч (чөлөөт ион ба электрон) байгаа эсэх.
Боломжийн зөрүү нь цэнэгийн чиглэлтэй хөдөлгөөнийг баталгаажуулдаг. Хэрэв энэ нь тодорхой босго хэмжээнээс давсан бол өөрөө үл тэвчих урсац болж хувирнаөөрийгөө дэмжих эсвэл өөрийгөө дэмжих.
Үнэгүй цэнэглэгчийн хувьд ямар ч хийнд байнга байдаг. Тэдний концентраци нь мэдээжийн хэрэг хэд хэдэн гадаад хүчин зүйл, хийн шинж чанараас хамаардаг боловч тэдгээрийн оршихуй нь маргаангүй юм. Энэ нь нарны хэт ягаан туяа, сансрын цацраг, манай гаригийн байгалийн цацраг зэрэг төвийг сахисан атом, молекулуудыг ионжуулах эх үүсвэрүүд байгаатай холбоотой юм.
Боломжийн зөрүү ба тээвэрлэгчийн концентрацийн хоорондын хамаарал нь ялгарлын шинж чанарыг тодорхойлдог.
Цахилгаан цэнэгийн төрөл
Эдгээр зүйлүүдийг жагсаацгаая, дараа нь бид тус бүрийн шинж чанарыг илүү нарийвчлан авч үзэх болно. Тиймээс хийн орчинд байгаа бүх ялгадасыг ихэвчлэн дараах байдлаар хуваадаг:
- шатсан;
- оч;
- нуман;
- титэм.
Бие махбодийн хувьд тэд бие биенээсээ зөвхөн хүч чадал (одоогийн нягтрал) ба үүний үр дүнд температур, түүнчлэн цаг хугацааны илрэлийн шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Бүх тохиолдолд бид эерэг цэнэгийг (катионуудыг) катод (бага боломжит талбай), сөрөг цэнэгийг (анион, электрон) анод руу (өндөр потенциалын бүс) шилжүүлэх тухай ярьж байна.
Гялалзсан ялгадас
Түүний оршин тогтнохын тулд хийн бага даралтыг (агаар мандлын даралтаас хэдэн зуу, мянга дахин бага) бий болгох шаардлагатай. Ямар нэгэн хийгээр дүүрсэн катодын хоолойд (жишээлбэл, Ne, Ar, Kr болон бусад) гэрэлтэх ялгадас ажиглагддаг. Хоолойн электродуудад хүчдэл өгөх нь дараах процессыг идэвхжүүлэхэд хүргэдэг: хийд байдагКатионууд хурдацтай хөдөлж, катод руу хүрч, түүнийг цохиж, импульс дамжуулж, электроныг устгадаг. Сүүлийнх нь хангалттай кинетик энерги байгаа тохиолдолд саармаг хийн молекулуудыг иончлоход хүргэдэг. Тодорхойлсон процесс нь зөвхөн катодыг бөмбөгдөж буй катионуудын хангалттай энерги болон тэдгээрийн тодорхой хэмжээгээр электродууд дахь потенциалын зөрүү болон хоолой дахь хийн даралтаас хамаарна.
Гялалзсан ялгадас гэрэлтдэг. Цахилгаан соронзон долгионы ялгарал нь хоёр зэрэгцээ үйл явцаас үүдэлтэй:
- энергийн ялгарал дагалдсан электрон катион хосуудын рекомбинац;
- саармаг хийн молекулуудын (атом) өдөөгдсөн төлөвөөс үндсэн төлөв рүү шилжих.
Энэ төрлийн цэнэгийн гүйдлийн ердийн шинж чанар нь бага гүйдэл (хэдэн миллиампер) ба жижиг суурин хүчдэл (100-400 В) боловч хийн даралтаас хамааран босго хүчдэл нь хэдэн мянган вольт байна.
Гялалзах туяаны жишээ бол флюресцент болон неон чийдэн юм. Байгалийн хувьд энэ төрөл нь хойд гэрлээр (Дэлхийн соронзон орон дахь ионы урсгалын хөдөлгөөн) холбоотой байж болно.
Оч ялгарах
Энэ нь аянга мэт харагдах ердийн атмосферийн цахилгаан гүйдэл юм. Түүний оршин тогтнохын тулд зөвхөн хийн өндөр даралт (1 атм ба түүнээс дээш) байхаас гадна асар их стресс шаардлагатай байдаг. Агаар нь нэлээд сайн диэлектрик (тусгаарлагч) юм. Түүний нэвчилт нь 4-30 кВ/см-ийн хооронд хэлбэлздэгдотор нь чийг, хатуу тоосонцор байгаа эсэх. Эдгээр тоонууд нь эвдрэл (оч) үүсгэхийн тулд агаарын метр бүрт хамгийн багадаа 4,000,000 вольт хэрэглэх шаардлагатайг харуулж байна!
Байгаль дээр ийм нөхцөл байдал хуримтлагдсан үүлэнд тохиолддог бөгөөд агаарын масс, агаарын конвекц, талстжилт (конденсац) хоорондын үрэлтийн үр дүнд үүлний доод давхаргад цэнэгийг дахин хуваарилах үед үүсдэг. сөрөг цэнэгтэй, дээд давхаргууд нь эерэг. Болзошгүй ялгаа аажмаар хуримтлагдаж, түүний үнэ цэнэ нь агаарын тусгаарлах чадвараас (метр тутамд хэдэн сая вольт) давж эхлэхэд аянга цахилгаан үүснэ - секундын нэг хэсэг хугацаанд үргэлжилдэг цахилгаан цэнэг алдагдана. Түүний одоогийн хүч нь 10-40 мянган амперт хүрч, суваг дахь плазмын температур 20,000 К хүртэл өсдөг.
Аянга асаах явцад ялгарах хамгийн бага энергийг дараах өгөгдлийг харгалзан үзэж болно: процесс нь t=110-6 секундын хугацаанд хөгждөг, I=10 000 A, U=109 B, тэгвэл бид:
авна.
E=IUt=10 сая J
Үйлдвэрлэсэн тоо нь 250 кг динамит дэлбэрснээс ялгарах энергитэй тэнцэнэ.
Нум ялгадас
Очны зэрэгцээ хийд хангалттай даралттай үед үүсдэг. Түүний шинж чанар нь очтой бараг бүрэн төстэй боловч ялгаа бий:
- Нэгдүгээрт, гүйдэл нь арван мянган амперт хүрдэг боловч нэгэн зэрэг хүчдэл нь хэдэн зуун вольт бөгөөд энэ нь үүнтэй холбоотой юм.өндөр дамжуулагч орчин;
- хоёрдугаарт, нумын цэнэг очоос ялгаатай нь цаг хугацааны хувьд тогтвортой байдаг.
Энэ төрлийн цэнэггүйдэлд шилжих нь хүчдэлийг аажмаар нэмэгдүүлэх замаар хийгддэг. Катодын термионы ялгаралтаас болж ялгаралт хадгалагдана. Үүний тод жишээ бол гагнуурын нум юм.
Корона ялгадас
Хий дэх ийм төрлийн цахилгаан ялгадасыг Колумбын нээсэн Шинэ ертөнц рүү аялсан далайчид ихэвчлэн ажигладаг байв. Тэд шонгийн үзүүр дэх хөхрөлтийг "Гэгээн Элмогийн гэрэл" гэж нэрлэсэн.
Цахилгаан талбайн хүч нь маш хүчтэй объектуудын эргэн тойронд титмийн ялгадас үүсдэг. Ийм нөхцөл байдал нь хурц үзүүртэй объектуудын ойролцоо (хөлөг онгоцны багана, дээвэртэй дээвэртэй барилга) бий болдог. Хэрэв бие нь тодорхой хэмжээний статик цэнэгтэй бол түүний төгсгөлийн талбайн хүч нь хүрээлэн буй агаарыг иончлоход хүргэдэг. Үүссэн ионууд талбайн эх үүсвэр рүү шилжиж эхэлдэг. Эдгээр сул гүйдэл нь гэрэлтэх туяатай ижил төстэй үйл явцыг үүсгэдэг.
Хүний эрүүл мэндэд урсах аюултай
Титэм болон гэрэлтэх ялгадас нь бага гүйдэлтэй (миллиампер) байдаг тул хүмүүст онцгой аюул учруулахгүй. Дээрх хоёр ялгадас нь шууд харьцвал үхэлд хүргэдэг.
Хэрэв хүн аянга ойртож байгааг ажиглавал бүх цахилгаан хэрэгслээ (гар утас гэх мэт) унтрааж, мөн ойр орчмын хүмүүсээс ялгарахгүйн тулд өөрийгөө байрлуулах ёстой.өндөр.
