Dòng điện trong chất khí - Lý thuyết CĂN BẢN

Dòng điện trong chất khí là gì?

Dòng điện trong chất khí khác với dòng điện trong chất lỏng, chất rắn. Vậy hiểu cụ thể về nó như thế nào cho đúng?

Dòng điện trong chất khí là gì?

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường, các ion âm ngược chiều điện trường. Khi đó các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra.

Tia tử ngoại của đèn thủy ngân ở nhiệt độ cao xuất hiện các tác nhân ion hóa. Từ mức năng lượng cao đó mà dẫn đến ion hóa chất khí. Tiến hành tách phân tử khí trung hòa thành ion dương và electron tự do, các e tự do có thể kết hợp với phân tử khí trung hòa tạo thành các ion âm – đây chính là các hạt tải điện trong chất khí.

Dòng điện trong chất khí là gì?

Chất khí là môi trường cách điện

Thực chất chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí luôn ở trạng thái trung hòa điện, trong khi đó chất khí không có các hạt tải điện. Mà hạt tải điện được sinh ra khi phân tử trung hòa bị tách các electron và ion dương, các electron kết hợp với phân tử khí khác để tạo thành ion âm.

Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường

Như đã nói, chất khi thông thường có ít các hạt tải điện. Khi dùng ngọn đèn ga để đốt nóng chất khí hoặc chiếu chùm tia bức xạ ngoại tử thì chất  khí xuất hiện các hạt tải điện. Khi này nó mới có khả năng dẫn điện

Bản chất dòng điện trong chất khí

Khi có tác nhân ion hóa sẽ tạo ra quá trình dẫn điện của chất khí hay quá trình này còn được gọi là quá trình dẫn điện không từ lực. Nó chỉ xảy ra khi tạo ra các hạt tải điện trong khối chất khí giữa 2 bản cực và biến mất khi quá trình này dừng lại.

Khi thay đổi hiệu điện thế U giữa 2  bản cực, ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực. Quá trình dẫn điện không tự lực KHÔNG tuân theo định luật Ôm.

Dưới đây là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào I theo U trong quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí:

• Oa: U nhỏ, I tăng theo U
• ab: U đủ lớn, I đạt giá trị bão hòa khi đó I không đổi khi U tăng
• bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng đồng thời mật độ hạt tải điện tăng nhanh

Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí

Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí là khi quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngoài. Có nhiều cách để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí như là:

• Cho dòng điện qua chất khí để nhiệt độ chất khí tăng cao, từ đó khiến phân tử khí bị ion hóa
• Chất khí có nguồn điện trường lớn, các phân tử khí bị ion hóa ngay cả khi ở nhiệt độ thấp.
• Catot được đun nóng đỏ bằng dòng điện, khi này ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catot – đây gọi là hiện tượng phát xạ electron.
• Catot không nóng đỏ nhưng ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catot để trở thành các hạt tải điện. Từ đây tạo ra 2 kiểu phóng điện tự lực và phóng điện hồ quang – tìm hiểu chi tiết ở phần nội dung tiếp theo.

Các kiểu phóng điện tự lực của dòng điện trong chất khí

• Tia lửa điện: Là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa 2 điện cực khi điện trường đủ mạnh khiến phân tử khí trung hòa thành ion dương và electron tự do.

Tia lửa điện được tạo ra trong không khí ở điều kiện thường, điện trường đạt đến giá trị ngưỡng khoảng 3.10⁶  (V/m). Cách phóng điện tự lực này được ứng dụng vào các động cơ nổ trong xi lanh với bộ phận tạo ra tia lửa là bugi (gồm 2 điện cực đặt cách nhau khoảng 10mm trên khối sứ cách điện).

Tia lửa điện

• Hồ quang điện: Là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc thấp, đặt giữa 2 điện cực có hiệu điện thế không lớn. Hồ quang điện xảy ra có thể kèm theo tỏa nhiệt, tỏa sáng mạnh.

Hồ quang điện được tạo ra khi chất khí giữ ở nhiệt độ cao của catot, catot tạo ra hiện tượng phát xạ nhiệt electron. Một số ứng dụng của hồ quang điện có thể kể đến như hàn điện, đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu,…

Hồ quang điện

Như vậy dòng điện trong chất khí có tính chất riêng và là quá trình dẫn điện tự lực thông qua 2 cách tia lửa điện hoặc hồ quang điện. Hy vọng kiến thức AME Group cung cấp trên đây sẽ hữu ích cho bạn trong đời sống.