3. Транспорт електроенергії в газах i) Виробництво носіїв заряду ii) Залежний розряд iii) Незалежний розряд
Мережа високої напруги 0 1 0 20 Електропровідність 1. Модель стрічкових механізмів 2. Транспорт заряду в твердих речовинах i) Залежність провідників від температури ii) Власна та зовнішня провідність у напівпровідниках iii) Транспорт електроенергії в ізоляторах iv) Фотопровідники 3. Транспорт електроенергії в газах i) Генерація носіїв заряду ii) Співробітники Розряд iii) Незалежний розряд 4. Транспортування струму в рідинах i) Проведення іонів у рідинах ii) Закони Фарадея iii) Електроліз та інші програми Транспорт заряду в газах Напруга на конденсаторі пластини Повітря не протікає, повітря є хорошим ізолятором або поганим провідником У таблиці E. вбудований CFC-N12-1 0,00 коаксіальний кабель 10-7 A вхід kv kv 0 16 kv вихідний стіл E F1 стіл F E1 рентгенівська куля PM 2535 0,00 V пристрій 4; Свічки або рентгенівські промені, встановлені в таблиці F, запускають струм 1
Транспорт заряду в газах Звідки беруться безкоштовні носії заряду в повітрі чи газі? Атоми газу повинні бути розділені на іони та електрони (іонізація): Суміш іонів та електронів Плазма Подача енергії для від'єднання електрона Механізми іонізації: Фотоіонізація Вплив іонізації Температура іонізації Радіоактивність Випромінювання (тільки електрони виходять з металевих поверхонь при високих температурах) Але: Іони та електрони також можуть рекомбінувати знову EE зону провідності hν фотоіонізація фотопровідника: електрон піднімається з валентної зони до зони провідності, якщо hν> E, і таким чином сприяє провідності в hν валентній зоні, фотоіонізація електрона забезпечується енергією hν hν> W іон Якщо hν> енергія іонізації W іон позитивно заряджений атом (іон ) Негативно заряджений вільний електрон (більше не має нічого спільного з атомом) Іон та електрон сприяють електриці Якщо hν> W W
Енергія іонізації Енергія іонізації визначається для кожного елемента структурою оболонки атомної оболонки Вплив іонізації W kin Atom Atom + або іон Носії заряду (електрони, іони) прискорюються в полі Непружне зіткнення з нейтральними частинками Електрони вибиваються (W kin> W іон) Атом іонізований 3
Температура іонізації При високих температурах (висока швидкість) достатньо кінетичної енергії для іонізації у разі зіткнення 10 000K 30 000 K Ступінь іонізації газів залежно від температури T = 5000 K поверхня Сонця 10-4-а частина атомів Н іонізованої свічки при температурі пластини теж низький, але іони в полум'ї Перенос заряду в газах Атоми іонізуються під впливом зовнішніх впливів Проведення відбувається через іони або вільні електрони Струм = кількість x заряд x рухливість x E-поле x площа I = nze µ EA рухливість [см 2/Vs] Na + 1,3 Na - 1,8 O + 2 2,2 Іони у воді 10-4 електрона в напівпровіднику 10 3 електрони в металі 10 твердий> рухливий газ >> рідинний струм, але такий низький, оскільки n дуже малий 4
Несамостійний газовий розряд Носій заряду для поточного потоку в газі, що утворюється під впливом зовнішнього впливу A U z. B. Іонізуюче випромінювання, що падає (N фотонів) генерує N p носіїв заряду. Анодна катодна іонізація Напруга подається і змінюється Що відбувається? Як змінюється струм із напругою? Залежність від напруги Заряди прискорюються до електродів в омічному діапазоні Е-поля - діапазон рекомбінації: низька напруга: невелике прискорення Носії заряду повільно, багато рекомбінуються, перш ніж вони вносять свій вклад у провідність Зона насичення: сильніше прискорення, всі генеровані носії заряду сприяють проведенню при N/N p 1 омічній області буває при ще більших напругах? N/N p> 1 виміряно більше носіїв заряду, ніж генеровано 5
Іонізаційна камера Вимірювання сили іонізуючого випромінювання В зоні насичення для струму I I Кількість генерованих носіїв заряду N p = кількість іонізуючих частинок Газовий розряд Що відбувається в зоні спуску при високих напругах? Напруга дуже велика, електрони сильно прискорюються висока електронна енергія Вплив іонізації: ефект лавини Струм стає незалежним від кількості носіїв заряду, генерованих іонізацією 6
Лічильник Гейгера-Мюллера Металева трубка, заповнена газом Генерування носія заряду через іонізуючі частинки Напруженість поля в області дроту висока: Вплив іонізації Лавинний пробій Імпульс струму Гучномовець Імпульс струму незалежно від типу іонізації Один тик одна іонізуюча частинка, часто галочка багато Незалежний газовий розряд Газовий розряд може підтримуватися без зовнішніх впливів, відсутність зовнішнього джерела іонізації, теплового джерела. Кожен носій вантажу забезпечує власну заміну. Як це зробити? Іони стикаються з катодом і вибивають електрони Енергійні електрони іонізують нейтральні частинки через ударну іонізацію Потреба Частинки повинні мати високу кінетичну енергію, тобто вони повинні бути швидкими, тобто вони повинні прискорюватися високою напругою 7
AGB Характерна крива газового розряду Насиченість США CEFDUCUZ критичне запалювання U Залежний розряд A: Лінійна область Закон Ома Рівновага генерація/рекомбінація B: Область рекомбінації C: Площа насичення Всі носії заряду відходять CD: Вплив іонізації встановлюється в D: Точка запалення для незалежного розряду E kin (між зіткненнями)> E іонізація кожного заряду забезпечує власну заміну E: тліючий розряд (з дуже низьким тиском) F: ефекти космічного заряду стають важливими екрануючими космічний заряд G: дуговий розряд (при високому тиску) електроди, що світяться великим струмом, світяться випромінюванням світла електронів під час розряду hν електрони та іони рекомбінують фотон випромінюваний: Процес, протилежний фотоіонізації hν, залежить від атома та початкового стану.Взбуджені стани (ударне збудження) випромінюють енергію збудження: випромінювання фотона hν hν = E (специфічне для атома) hν 8
Залежність від тиску газу Експеримент: високий тиск відсутність поточного потоку середній тиск струмовий потік зі світиться малим тиском відсутність поточного потоку Нагадування: тиск у газі, міра кількості частинок в одиниці об'єму Вплив іонізації Частинки повинні мати мінімальну швидкість v = прискорення x час = a T = сила/маса x Час = F/m T = напруженість поля x час/маса = e ET/me, м константа E: прикладена напруга через довжину трубки Але що таке T? T Час між двома зіткненнями: великі, якщо мало частинок, малі, якщо багато частинок Залежність від тиску Високий тиск: багато зіткнень, малий v відсутність незалежного розряду Середній тиск: v хороший, достатньо часток Малий тиск: високий v, але більше немає зіткнень, оскільки немає напруги запалювання частинок як функція тиску (крива Пашена) 9
Тлеючий розряд Струмовий потік в газовій трубці: зони розжареного розжарювання різної яскравості Пояснення ускладнена найбільша частина позитивної колони: рівномірно розсіяне світло флуоресцентна лампа флуоресцентна лампа, наповнена паром ртуті, розрядом ртуті, виділяється переважно при перетворенні УФ у видиме світло у покритті (люмінофор) 10
Неонові трубки Неонові трубки - це чисто розрядні лампи, для роботи яких необхідна висока напруга 2000. 15 000 В ! Газ для наповнення Світловий колір Неоновий червоний Аргон жовтий, зелений, синій Дугові розряди Якщо високий тиск і сильний струм спричиняють нагрівання електродів, електрони виходять Зарядні носії більше не повинні створюватися іонізацією Вуглецевий дуговий розряд Інтенсивне джерело світла для проекторів Електрофузія 11
Короткочасні дугові розряди. Залежний газовий розряд, тобто для його підтримання необхідна зовнішня іонізація. Залежний газовий розряд використовується для виявлення та характеристики іонізуючого (радіоактивного) випромінювання, наприклад, лічильник Гейгера Мюллера Незалежний газовий розряд відбувається без зовнішніх впливів, але вимагає більш високої напруги та певних умов тиску завдяки розслабленню збуджених станів та рекомбінації тлеючого розряду при помірному тиску та напрузі дугового розряду та іскрових розрядів за год без натискання та течії 12