3. Transportul energiei electrice în gaze i) Generarea purtătorilor de sarcină ii) Descărcare dependentă iii) Descărcare independentă
Tensiune înaltă de rețea 0 1 0 20 Conducție electrică 1. Model de bandă mecanisme de conducere 2. Transport de încărcare în solide i) Dependența de temperatură a conductoarelor ii) Conducție proprie și externă în semiconductori iii) Transport de energie electrică în izolatori iv) Fotoconductori 3. Transport de energie electrică în gaze i) Generarea de purtători de sarcină ii) Angajați Descărcarea iii) Descărcarea independentă 4. Transportul curentului în lichide i) Conducerea ionilor în lichide ii) Legile lui Faraday iii) Electroliza și alte aplicații Transportul încărcării în gaze Tensiunea pe condensatorul plăcii Nu curge curent prin aer, aerul este un bun izolator sau un conductor rău În tabelul E. încorporat CFC-N12-1 0,00 cablu coaxial 10-7 A intrare kv kv 0 16 kv tabel de ieșire E F1 tabel F E1 sferă de raze X PM 2535 0,00 V dispozitiv 4; Lumânările sau razele X instalate în tabelul F declanșează un flux de curent 1
Transportul de încărcare în gaze De unde provin transportatorii de încărcare gratuită în aer sau un gaz? Atomii de gaz trebuie împărțiți în ioni și electroni (ionizare): Amestec de ioni și electroni Plasmă Alimentare cu energie pentru detașarea unui electron Mecanisme de ionizare: Fotoionizare Ionizare de impact Ionizare a temperaturii Radioactivitate Emisie strălucitoare (numai electronii ies din suprafețele metalice la temperaturi ridicate). recombinați din nou banda de conducere EE hν fotoconductor foto: electronul este ridicat de la banda de valență la banda de conducție dacă hν> E și astfel contribuie la conductivitatea la hν banda de valență electronul de fotoionizare este alimentat cu energie hν hν> W ion Dacă hν> energie de ionizare W ion un atom încărcat pozitiv (ion ) Electron liber încărcat negativ (nu mai are nimic de-a face cu atomul) Ionul și electronul contribuie la electricitate Dacă hν> W ion
Energia de ionizare Energia de ionizare este determinată pentru fiecare element de structura învelișului învelișului atomic Ionizare de impact W kin Atom Atom + sau ion Purtătorii de încărcare (electroni, ioni) sunt accelerați în câmp Coliziune inelastică cu particule neutre Electronii sunt scoși la iveală (W kin> W ion) Atomul este ionizat 3
Ionizarea temperaturii La temperaturi ridicate (viteză mare) suficientă energie cinetică pentru a se ioniza în caz de coliziune 10 000 K 30 000 K Gradul de ionizare a gazelor în funcție de temperatura T = 5000 K suprafața soarelui scăzut, dar ioni în flacără Transportul încărcării în gaze Atomii sunt ionizați de influențe externe Conducerea are loc prin ioni sau electroni liberi Curent = număr x încărcare x mobilitate x Câmp E x zonă I = nze µ Mobilitate EA [cm 2/Vs] Na + 1,3 Na - 1,8 O + 2 2,2 Ioni în apă 10-4 electroni în semiconductori 10 3 electroni în metal 10 solid> gaz de mobilitate >> curent lichid, dar atât de scăzut deoarece n este foarte mic 4
Descărcare de gaz neindependentă Purtător de încărcare pentru debitul de curent în gaz generat de influența externă A U z. B. Radiația ionizantă incidentă (N fotoni) generează purtători de sarcină N p Anodul catodic Se aplică și se modifică tensiunea de ionizare Ce se întâmplă? Cum se schimbă curentul cu tensiunea? Dependența de tensiune Încărcările sunt accelerate la electrozi în domeniul câmpului E Ohmic - interval de recombinare: tensiune scăzută: accelerație mică Purtătorii de încărcare încet, mulți se recombină înainte de a contribui la conducere Zona de saturație: accelerația mai puternică, toți purtătorii de sarcină generați contribuie la conducerea la N/N p 1 zona ohmică se întâmplă la tensiuni și mai mari? N/N p> 1 mai mulți purtători de încărcare măsurați decât cei generați 5
Camera de ionare Măsurarea puterii unei radiații ionizante În zona de saturație, următoarele se aplică curentului I I Numărul de purtători de sarcină generați N p = numărul de particule ionizante Descărcare de gaz Ce se întâmplă în zona de declanșare la tensiuni ridicate? Tensiunea este foarte mare, electronii sunt puternic accelerați cu energie electronică ridicată Ionizare de impact: efect de avalanșă Electricitatea devine independentă de numărul de purtători de sarcină generate de ionizare 6
Tub de contor Geiger-Müller Tub metalic umplut cu gaz Generarea purtătorului de încărcare prin particule ionizante Intensitatea câmpului în zona firului ridicat: Ionizare de impact Defecțiune avalanșă Impuls curent Difuzor Impuls curent indiferent de tipul de ionizare O bifați o particulă ionizantă, de multe ori bifați multe Descărcare de gaz independentă fără sursă de ionizare externă, sursă termică. Fiecare suport de încărcare asigură propria înlocuire. Cum o faceți? Ionii se ciocnesc cu catodul și elimină electroni Electronii energetici ionizează particulele neutre prin ionizare prin impact Cerință Particulele trebuie să aibă energie cinetică ridicată, adică ei trebuie să fie rapizi adică acestea trebuie accelerate de înaltă tensiune 7
AGB Curba caracteristică a descărcării gazului Saturație SUA CEFDUCUZ critic Aprindere U Descărcare dependentă A: zona liniară Legea lui Ohm Generarea/recombinarea echilibrului B: Zona de recombinare C: Zona de saturație Toți purtătorii de sarcină curg CD: Seturi de ionizare de impact în D: Punct de aprindere pentru descărcare independentă E kin (între coliziuni)> E ionizarea fiecărei încărcări asigură propria înlocuire E: descărcare strălucitoare (cu presiune foarte mică) F: efectele sarcinii spațiale devin importante protejarea sarcinii spațiale G: descărcare arc (cu presiune ridicată) electrozi strălucitori de curent mare emisiune de electroni lumină în timpul descărcării hν electron și ion foton recombinat emis: Procesul opus fotoionizării hν depinde de atom și de starea inițială. Stările excitate (excitație de șoc) emit energie de excitație: emisia unui foton hν hν = E (specific atomului) hν 8
Dependența de presiunea gazului Experiment: presiune ridicată fără curent curent presiune medie curent curent cu presiune mică strălucitoare fără curent curent Memento: presiunea într-un gaz, măsurarea numărului de particule pe unitate de volum Particulele de ionizare de impact trebuie să aibă o viteză minimă v = accelerație x timp = a T = forță/masă x Timp = F/m T = sarcină de intensitate a câmpului x timp/masă = e ET/me, m constantă E: tensiune aplicată prin lungimea tubului Dar ce este T? T Timp între două coliziuni: mare, dacă puține particule, mic, dacă multe particule Dependența de presiune Presiune ridicată: multe coliziuni, mici v fără descărcare independentă Presiune medie: v bune, suficiente particule Presiune mică: mare v, dar nu mai există coliziuni, deoarece nu există tensiune de aprindere a particulelor în funcție de presiune (curba Paschen) 9
Descărcare strălucitoare Curgerea curentului în tubul de gaz: strălucire strălucire zone de descărcare cu luminozitate diferită Explicație complicată cea mai mare parte coloană pozitivă: tub fluorescent cu lumină difuză uniformă lampă fluorescentă umplută cu vapori de mercur.
Tuburi cu neon Tuburile cu neon sunt lămpi cu descărcare pură. Este necesară o tensiune înaltă pentru funcționarea 2000. 15.000V ! Gaz de umplere Culoare luminoasă Roșu neon Argon galben, verde, albastru Descărcări de arc Când presiunile ridicate și curenții mari determină încălzirea electrozilor, electronii scapă Purtătorii de încărcare nu mai trebuie generați prin ionizare Descărcarea arcului de carbon Sursă intensivă de lumină pentru proiectoare Electrofusion 11
Descărcări de arc pe termen scurt Descărcări de scânteie Lanternă Energie în condensator limitată Descărcare în tubul de gaz Descărcare de gaz independentă până la consumul de energie Sus Transport curent în gaze Pentru ca un curent să curgă într-un gaz, purtătorii de sarcină trebuie generați prin ionizare Ionizarea are loc prin radiații ionizante, ionizare de impact sau ionizare termică Dacă se generează purtători de încărcare, acest lucru se întâmplă Descărcarea de gaz dependentă, adică este necesară o ionizare externă pentru a o menține. Descărcarea de gaz dependentă este utilizată pentru a detecta și caracteriza radiațiile ionizante (radioactive), de exemplu, tubul contor Geiger Müller Descărcarea de gaz independentă are loc fără influențe externe, dar necesită o tensiune mai mare și condiții de presiune definite prin relaxarea stărilor excitate și recombinare descărcare strălucitoare la presiuni moderate și tensiuni descărcare arc și descărcări scânteie la h fără să împingă și să curgă 12