3. Preprava elektriny v plynoch i) Výroba nosičov náboja ii) Závislé vybitie iii) Nezávislé vybitie
Sieťové vysoké napätie 0 1 0 20 Elektrické vedenie 1. Páskové vodivé mechanizmy 2. Prevod náboja v pevných látkach i) Teplotná závislosť vodičov ii) Vlastné a vonkajšie vedenie v polovodičoch iii) Preprava elektriny v izolátoroch iv) Fotovodiče 3. Preprava elektriny v plynoch i) Výroba nosičov náboja ii) Zamestnanci Výboj iii) Nezávislý výboj 4. Prúdový prúd v kvapalinách i) Vodivosť iónov v kvapalinách ii) Faradayove zákony iii) Elektrolýza a ďalšie aplikácie Transport náboja v plynoch Napätie na doskovom kondenzátore Vzduchom netečie žiadny prúd, vzduch je dobrým izolátorom alebo zlým vodičom V tabuľke E. zabudovaný CFC-N12-1 0,00 koaxiálny kábel 10-7 A vstup kv kv 0 16 kv výstupná tabuľka E F1 tabuľka F E1 röntgenová sféra PM 2535 0,00 V prístroj 4; Sviečky alebo röntgenové lúče inštalované v tabuľke F spúšťajú prúdový prúd 1
Preprava poplatkov v plynoch Odkiaľ pochádzajú bezplatné nosiče náboja vo vzduchu alebo plyn? Atómy plynu musia byť rozdelené na ióny a elektróny (ionizácia): Zmes iónov a elektrónov Plazma Dodávka energie na odpojenie elektrónu Ionizačné mechanizmy: Fotoionizácia Impaktná ionizácia Tepelná ionizácia Rádioaktivita Emisia žiary (iba elektróny vystupujú z kovových povrchov pri vysokých teplotách) Ale: Ióny a elektróny môžu tiež znova skombinujte EE vodivé pásmo hν fotoionizácia fotovodič: elektrón sa zdvihne z valenčného pásma do vodivého pásma, ak hν> E a tým prispieva k vodivosti vo hν valenčnom pásme fotoionizačný elektrón je dodávaný s energiou hν hν> W ión Ak hν> ionizačná energia W ión kladne nabitý atóm (ión ) Negatívne nabitý voľný elektrón (už nemá nič spoločné s atómom) Ión a elektrón prispievajú k elektrine Ak hν> W ión
Ionizačná energia Ionizačná energia je určená pre každý prvok štruktúrou plášťa atómového obalu. Nárazová ionizácia W kin Atom Atom + alebo ión Nosiče náboja (elektróny, ióny) sa v poli urýchľujú Neelastická zrážka s neutrálnymi časticami Elektróny sú vyrazené (W kin> W ión) Atóm je ionizovaný 3
Tepelná ionizácia Pri vysokých teplotách (vysoká rýchlosť) dostatok kinetickej energie na ionizáciu v prípade kolízie 10 000 K 30 000 K Stupeň ionizácie plynov v závislosti od teploty T = 5 000 K povrch slnka 10-4. Časť atómov H ionizuje sviečku pri teplote dosky nízky, ale ióny v plameni Transport náboja v plynoch Atómy sú ionizované vonkajšími vplyvmi Vedenie prebieha prostredníctvom iónov alebo voľných elektrónov Prúd = počet x náboj x pohyblivosť x E-pole x plocha I = nze µ pohyblivosť EA [cm 2/Vs] Na + 1,3 Na - 1,8 O + 2 2,2 Ióny vo vode 10-4 elektróny v polovodiči 10 3 elektróny v kovu 10 tuhý> mobilný plyn >> kvapalný prúd, ale taký nízky, pretože n je veľmi malý 4
Nesamostatný výboj plynu Nosič náboja pre tok prúdu v plyne generovanom vonkajším vplyvom A U z. B. Incidentujúce ionizujúce žiarenie (N fotónov) generuje N p nosičov náboja Anódové katódové ionizačné napätie je aplikované a zmenené Čo sa stane? Ako sa mení prúd s napätím? Závislosť na napätí Poplatky sa urýchľujú na elektródy v poli E Ohmický rozsah - rozsah rekombinácie: nízke napätie: malé zrýchlenie Nosiče náboja sa pomaly nabíjajú, veľa sa rekombinuje skôr, ako prispejú k vedeniu. Saturačná oblasť: zrýchlenie silnejšie, všetky generované nosiče náboja prispievajú k vodivosti pri N/N p 1 ohmická oblasť Čo deje sa pri ešte vyššom napätí? N/N p> 1 nameraných viac nosičov náboja ako generovaných 5
Ionizačná komora Meranie sily ionizujúceho žiarenia V oblasti nasýtenia platí pre prúd I I Počet generovaných nosičov náboja N p = počet ionizujúcich častíc Výboj plynu Čo sa stane v spúšťacej oblasti pri vysokých napätiach? Napätie je veľmi vysoké, elektróny sú silne urýchlené vysokou elektrónovou energiou Nárazová ionizácia: lavínový efekt Elektrina sa stáva nezávislou od počtu nosičov náboja generovaných ionizáciou 6
Counterova trubica Geiger-Müller Kovová trubica naplnená plynom Generátor náboja generovaný ionizujúcimi časticami Intenzita poľa v oblasti drôtu vysoká: Impaktná ionizácia Rozdelenie lavíny Prúdový impulz Reproduktor Prúdový impulz bez ohľadu na typ ionizácie Jeden tikus jedna ionizujúca častica, často tikajte veľa Nezávislý výboj plynu Výboj plynu je možné udržať bez vonkajších vplyvov žiadny externý ionizačný zdroj, tepelný zdroj. Každý nosič nákladu poskytuje svoju vlastnú náhradu. Ako na to? Ióny sa zrazia s katódou a vyradia elektróny Energetické elektróny ionizujú neutrálne častice nárazovou ionizáciou Požiadavka Častice musia mať vysokú kinetickú energiu, to znamená, že musia byť rýchle, to znamená, že musia byť urýchľované vysokým napätím 7
AGB Charakteristická krivka výboja plynu Nasýtenie USA CEFDUCUZ kritické Zapaľovanie U Závislý výboj A: Lineárna oblasť Ohmov zákon Rovnovážné vytváranie/rekombinácia B: Rekombinačná oblasť C: Saturačná oblasť Všetky nosiče náboja odtekajú CD: Nárazová ionizácia zapadá do D: Bod vznietenia pre nezávislý výboj E kin (medzi zrážkami)> E ionizácia, každý náboj poskytuje svoju vlastnú náhradu E: žeravý výboj (s veľmi nízkym tlakom) F: účinky vesmírneho náboja sa stávajú dôležitým tienenie vesmírneho náboja G: oblúkový výboj (s vysokým tlakom) veľký prúd žeravé elektródy žiariaca emisia elektrónov svetlo počas výboja hν elektrón a ión rekombinujú fotón emitované: Opačný proces ako fotoionizácia hν závisí od atómu a počiatočných podmienok. Excitované stavy (nárazová excitácia) emitujú excitačnú energiu: emisia fotónu hν hν = E (špecifická pre atóm) hν 8
Závislosť tlaku plynu Pokus: vysoký tlak bez prúdenia stredný tlak so súčasným prúdením so slabým tlakom bez prúdenia prúdu Pripomienka: tlak v plyne, meranie počtu častíc na jednotku objemu Rázová ionizácia Častice musia mať minimálnu rýchlosť v = zrýchlenie x čas = a T = sila/hmotnosť x Čas = F/m T = intenzita poľa náboj x čas/hmotnosť = e ET/me, m konštanta E: privedené napätie cez dĺžku trubice. Ale čo je T? T Čas medzi dvoma zrážkami: veľký, ak niekoľko častíc, malý, ak veľa častíc Závislosť od tlaku Vysoký tlak: veľa zrážok, malý v bez nezávislého výboja Stredný tlak: v dobrý, dostatok častíc Malý tlak: vysoký v, ale už žiadne kolízie, pretože žiadne zapaľovacie napätie častíc ako funkcia tlaku (Paschenova krivka) 9
Žiariaci výboj Prúdový tok v plynovej trubici: zónové výbojové výbojové zóny s rôznym jasom Vysvetlenie komplikovaná najväčšia časť kladného stĺpca: rovnomerne rozptýlené svetlo fluorescenčná trubica fluorescenčná žiarovka naplnená ortuťovými výbojmi doutnavkový výboj ortuť emitovaný hlavne pri premene UV na viditeľné svetlo v povlaku (fosfor) 10
Neónové trubice Neónové trubice sú číre výbojky. Pre prevádzku 2000 je potrebné vysoké napätie. 15 000 V ! Plniaci plyn Svetelná farba Neónová červená Argónová žltá, zelená, modrá Výboje oblúka Ak vysoké tlaky a vysoké prúdy spôsobujú zahrievanie elektród, elektróny unikajú. Elektróny už nemusia byť tvorené nosičmi náboja Výboj oblúka uhlíkom Intenzívny zdroj svetla pre projektory Elektrofúzia 11
Krátkodobé oblúkové výboje Výboje iskier Svietidlo Energia v kondenzátore obmedzená Výboj v plynovej trubici Nezávislý výboj plynu až do vyčerpania energie Up Prúd prúdu v plynoch Aby prúdil v plyne, musia sa generovať nosiče náboja ionizáciou Ionizácia sa uskutočňuje ionizujúcim žiarením, nárazovou ionizáciou alebo tepelnou ionizáciou Ak sa vytvárajú nosiče náboja, dôjde k tomu Závislý výboj plynu, t. J. Na jeho udržanie je nevyhnutná externá ionizácia. Závislý výboj plynu sa používa na detekciu a charakterizáciu ionizujúceho (rádioaktívneho) žiarenia, napr. Protirúrka Geiger Müller. Nezávislý výboj plynu sa uskutočňuje bez vonkajších vplyvov, vyžaduje však vyššie napätie a definované tlakové podmienky. V prípade závislého výboja plynu svetelné javy. relaxáciou excitovaných stavov a rekombináciou žeravého výboja pri stredných tlakoch a napätiach oblúkový výboj a iskrové výboje v h bez tlačenia a plynutia 12