गॅस चालकता

वायू सहसा चांगले डायलेक्ट्रिक्स असतात (उदा. स्वच्छ, नॉन-आयनीकृत हवा). तथापि, जर वायूंमध्ये सेंद्रिय आणि अजैविक कणांसह ओलावा मिसळला असेल आणि त्याच वेळी आयनीकरण केले असेल तर ते वीज चालवतात.

सर्व वायूंमध्ये, विद्युत व्होल्टेज लागू होण्यापूर्वीच, नेहमी ठराविक प्रमाणात विद्युत चार्ज केलेले कण असतात—इलेक्ट्रॉन आणि आयन—जे यादृच्छिक थर्मल गतीमध्ये असतात. हे वायूचे चार्ज केलेले कण, तसेच घन आणि द्रवांचे चार्ज केलेले कण असू शकतात - अशुद्धता, उदाहरणार्थ, हवेत आढळतात.

वायू डायलेक्ट्रिक्समध्ये इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेल्या कणांची निर्मिती बाह्य ऊर्जा स्त्रोतांपासून (बाह्य आयनाइझर्स) गॅस आयनीकरणामुळे होते: वैश्विक आणि सौर किरण, पृथ्वीचे किरणोत्सर्गी विकिरण इ.

वायूंची विद्युत चालकता प्रामुख्याने त्यांच्या आयनीकरणाच्या डिग्रीवर अवलंबून असते, जी वेगवेगळ्या प्रकारे चालते. सर्वसाधारणपणे, वायूंचे आयनीकरण तटस्थ वायू रेणूमधून इलेक्ट्रॉन सोडण्याच्या परिणामी होते.

वायूच्या रेणूमधून सोडलेला इलेक्ट्रॉन वायूच्या आंतरआण्विक जागेत मिसळतो आणि इथे वायूच्या प्रकारानुसार तो त्याच्या हालचालीचे तुलनेने दीर्घ "स्वातंत्र्य" राखू शकतो (उदाहरणार्थ, अशा वायूंमध्ये हायड्रोजन शॉक H2) , नायट्रोजन n2) किंवा , त्याउलट, त्वरीत तटस्थ रेणूमध्ये प्रवेश करते, त्यास नकारात्मक आयनमध्ये बदलते (उदाहरणार्थ, ऑक्सिजन).

वायूंच्या आयनीकरणाचा सर्वात मोठा परिणाम त्यांना एक्स-रे, कॅथोड किरण किंवा किरणोत्सर्गी पदार्थांद्वारे उत्सर्जित केलेल्या किरणांनी विकिरण करून प्राप्त होतो.

उन्हाळ्यातील वातावरणातील हवा सूर्यप्रकाशाच्या प्रभावाखाली अत्यंत तीव्रतेने आयनीकृत असते. हवेतील आर्द्रता त्याच्या आयनांवर घनीभूत होते, ज्यामुळे विजेवर चार्ज केलेले सर्वात लहान पाण्याचे थेंब तयार होतात. अखेरीस, विजेसह मेघगर्जनेचे ढग वैयक्तिक विद्युत चार्ज केलेल्या पाण्याच्या थेंबांपासून तयार होतात, उदा. वायुमंडलीय विजेचे विद्युत डिस्चार्ज.

बाह्य ionizers द्वारे गॅस ionization ची प्रक्रिया म्हणजे ते ऊर्जाचा काही भाग गॅस अणूंमध्ये हस्तांतरित करतात. या प्रकरणात, व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन अतिरिक्त ऊर्जा मिळवतात आणि त्यांच्या अणूंपासून वेगळे होतात, जे सकारात्मक चार्ज केलेले कण बनतात - सकारात्मक आयन.

तयार झालेले मुक्त इलेक्ट्रॉन वायूच्या हालचालीपासून त्यांचे स्वातंत्र्य दीर्घकाळ टिकवून ठेवू शकतात (उदाहरणार्थ, हायड्रोजन, नायट्रोजनमध्ये) किंवा काही काळानंतर विद्युत तटस्थ अणू आणि वायूच्या रेणूंशी जोडले जातात, त्यांना नकारात्मक आयनांमध्ये बदलतात.

गॅसमध्ये इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेले कण दिसणे देखील मेटल इलेक्ट्रोड्सच्या पृष्ठभागावरुन इलेक्ट्रॉन सोडण्यामुळे होऊ शकते जेव्हा ते गरम केले जातात किंवा तेजस्वी उर्जेच्या संपर्कात येतात.विस्कळीत थर्मल मोशनमध्ये असताना, काही विरुद्ध चार्ज केलेले (इलेक्ट्रॉन) आणि सकारात्मक चार्ज केलेले (आयन) कण एकमेकांशी एकत्र होतात आणि विद्युत तटस्थ अणू आणि वायूचे रेणू तयार करतात. या प्रक्रियेला दुरुस्ती किंवा पुनर्संयोजन म्हणतात.

जर मेटल इलेक्ट्रोड्स (डिस्क, बॉल) मध्ये वायूचे प्रमाण बंद केले असेल, तर जेव्हा इलेक्ट्रोड्सवर विद्युत व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा विद्युत शक्ती गॅसमधील चार्ज केलेल्या कणांवर कार्य करतील - विद्युत क्षेत्राची ताकद.

या शक्तींच्या कृती अंतर्गत, इलेक्ट्रॉन आणि आयन एका इलेक्ट्रोडमधून दुस-या इलेक्ट्रोडमध्ये जातील आणि गॅसमध्ये विद्युत प्रवाह तयार करतील.

वायूमधील विद्युत् प्रवाह जास्त असेल, प्रति युनिट वेळेत वेगवेगळ्या डायलेक्ट्रिकसह अधिक चार्ज केलेले कण तयार होतील आणि विद्युत क्षेत्राच्या शक्तींच्या कृतीनुसार ते अधिक गती प्राप्त करतात.

हे स्पष्ट आहे की गॅसच्या दिलेल्या व्हॉल्यूमवर लागू होणारा व्होल्टेज जसजसा वाढतो, इलेक्ट्रॉन आणि आयनांवर कार्य करणारी विद्युत शक्ती वाढते. या प्रकरणात, चार्ज केलेल्या कणांचा वेग आणि त्यामुळे गॅसमधील विद्युत् प्रवाह वाढतो.

वायूच्या व्हॉल्यूमवर लागू केलेल्या व्होल्टेजचे कार्य म्हणून विद्युत् प्रवाहाच्या परिमाणातील बदल ग्राफिक पद्धतीने वक्र स्वरूपात व्यक्त केला जातो ज्याला व्होल्ट-अँपिअर वैशिष्ट्य म्हणतात.

वायूयुक्त डायलेक्ट्रिकसाठी वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्यपूर्ण

वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य दर्शविते की कमकुवत विद्युत क्षेत्राच्या क्षेत्रामध्ये, जेव्हा चार्ज केलेल्या कणांवर कार्य करणारी विद्युत शक्ती तुलनेने लहान असते (ग्राफमधील क्षेत्र I), तेव्हा लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या मूल्याच्या प्रमाणात गॅसमधील प्रवाह वाढतो. . या भागात, ओमच्या नियमानुसार वर्तमान बदलते.

जसजसे व्होल्टेज आणखी वाढते (प्रदेश II), विद्युत प्रवाह आणि व्होल्टेजमधील समानुपातिकता खंडित होते. या प्रदेशात, वहन प्रवाह व्होल्टेजवर अवलंबून नाही. येथे, चार्ज केलेल्या वायू कणांपासून ऊर्जा जमा होते - इलेक्ट्रॉन आणि आयन.

व्होल्टेज (क्षेत्र III) मध्ये आणखी वाढ झाल्यामुळे, चार्ज केलेल्या कणांची गती झपाट्याने वाढते, परिणामी ते अनेकदा तटस्थ वायू कणांशी आदळतात. या लवचिक टक्कर दरम्यान, इलेक्ट्रॉन आणि आयन त्यांची काही संचित ऊर्जा तटस्थ वायू कणांमध्ये हस्तांतरित करतात. परिणामी, इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंमधून काढून टाकले जातात. या प्रकरणात, नवीन विद्युत चार्ज केलेले कण तयार होतात: मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि आयन.

फ्लाइंग चार्ज केलेले कण वायूच्या अणू आणि रेणूंशी बरेचदा टक्कर घेतात या वस्तुस्थितीमुळे, नवीन विद्युतभारित कणांची निर्मिती खूप तीव्रतेने होते. या प्रक्रियेला शॉक गॅस आयनीकरण म्हणतात.

प्रभाव आयनीकरण प्रदेशात (आकृतीमधील प्रदेश III), व्होल्टेजमधील सर्वात लहान वाढीसह गॅसमधील प्रवाह वेगाने वाढतो. वायू डायलेक्ट्रिक्समधील प्रभाव आयनीकरण प्रक्रियेसह वायूच्या आवाजाच्या प्रतिकारात तीव्र घट आणि वाढ होते. डायलेक्ट्रिक नुकसान स्पर्शिका.

साहजिकच, वायू डायलेक्ट्रिक्सचा वापर त्या व्होल्टेजपेक्षा कमी व्होल्टेजवर केला जाऊ शकतो ज्यावर आयनीकरण प्रक्रिया परिणाम होतो. या स्थितीत, वायू खूप चांगले डायलेक्ट्रिक्स आहेत, जेथे आवाज विशिष्ट प्रतिकार खूप जास्त आहे (1020 ohms)x सेमी) आणि डायलेक्ट्रिक नुकसान कोनाची स्पर्शिका खूप लहान आहे (tgδ ≈ 10-6).म्हणून, वायू, विशेषतः हवा, डायलेक्ट्रिक्स म्हणून वापरली जातात उदाहरणार्थ कॅपेसिटर, गॅसने भरलेल्या केबल्स आणि उच्च व्होल्टेज सर्किट ब्रेकर.

इलेक्ट्रिकल इन्सुलेटिंग स्ट्रक्चर्समध्ये डायलेक्ट्रिक म्हणून गॅसची भूमिका

कोणत्याही इन्सुलेट स्ट्रक्चरमध्ये हवा किंवा इतर वायू काही प्रमाणात इन्सुलेशनचा घटक म्हणून उपस्थित असतो. ओव्हरहेड लाइन्स (व्हीएल), बसबार, ट्रान्सफॉर्मर टर्मिनल्स आणि विविध उच्च-व्होल्टेज उपकरणांचे कंडक्टर अंतराने एकमेकांपासून विभक्त केले जातात, ज्यामध्ये हवा असते.

अशा संरचनेच्या डायलेक्ट्रिक सामर्थ्याचे उल्लंघन ज्या डायलेक्ट्रिकमधून इन्सुलेटर बनवले जातात त्या डाईलेक्ट्रिकच्या नाशातून आणि हवेत किंवा डायलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर डिस्चार्ज झाल्यामुळे होऊ शकते.

इन्सुलेटर ब्रेकडाउनच्या विपरीत, ज्यामुळे त्याचे संपूर्ण अपयश होते, पृष्ठभाग डिस्चार्ज सहसा अयशस्वी होत नाही. म्हणून, जर इन्सुलेटिंग रचना अशा प्रकारे बनविली गेली असेल की पृष्ठभाग ओव्हरलॅप व्होल्टेज किंवा हवेतील ब्रेकडाउन व्होल्टेज इन्सुलेटरच्या ब्रेकडाउन व्होल्टेजपेक्षा कमी असेल, तर अशा संरचनांची वास्तविक डायलेक्ट्रिक ताकद हवेच्या डायलेक्ट्रिक ताकदाने निर्धारित केली जाईल.

वरील प्रकरणांमध्ये, हवा एक नैसर्गिक वायू माध्यम म्हणून संबंधित आहे ज्यामध्ये इन्सुलेट संरचना स्थित आहेत. याव्यतिरिक्त, केबल्स, कॅपेसिटर, ट्रान्सफॉर्मर आणि इतर विद्युत उपकरणांचे इन्सुलेट करण्यासाठी मुख्य इन्सुलेट सामग्रीपैकी एक म्हणून हवा किंवा इतर वायूचा वापर केला जातो.

इन्सुलेट स्ट्रक्चर्सचे विश्वसनीय आणि त्रास-मुक्त ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी, विविध घटक गॅसच्या डायलेक्ट्रिक सामर्थ्यावर कसा परिणाम करतात हे जाणून घेणे आवश्यक आहे, जसे की व्होल्टेजचे स्वरूप आणि कालावधी, वायूचे तापमान आणि दाब, वायूचे स्वरूप. विद्युत क्षेत्र इ.

या विषयावर पहा: वायूंमध्ये इलेक्ट्रिक डिस्चार्जचे प्रकार