Contents
Dòng điện trong chất khí là gì?
Khoa học đã chứng minh ở trạng thái bình thường, chất khí không có khả năng dẫn điện. Bởi đây là một dạng chất điện môi. Theo đó, các phần tử vật chất bên trong chất khí được giữ ở trạng thái trung hòa về điện. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc các dạng vật chất này không chứa các hạt tải điện.
Xem thêm: Dòng điện cảm ứng là gì? Chiều và ứng dụng của dòng điện cảm ứng
Các thí nghiệm vật lý cho thấy một số tác động nhiệt học từ ngọn lửa ga hay bức xạ đèn thủy ngân làm gia tăng các hạt tải điện. Mật độ hạt tải điện lên đến một mức độ nhất định tạo ra tính dẫn điện có khả năng tự duy trì cho chất khí. Dòng điện trong chất khí là một quá trình chuyển động của các phần tử. Trong đó các ion dương có xu hướng dịch chuyển về catot, các ion âm, electron chuyển động về anot.
Bản chất dòng điện trong chất khí
Dòng điện trong chất khí không thể tự nhiên có được nếu không chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khác. Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong chất khí cung cấp những kiến thức sâu sắc về lĩnh vực vật lý. Từ đó ứng dụng vào các ngành công nghiệp hiện đại. Vậy bản chất chất của dòng điện trong chất khí là gì? Hãy cùng tìm hiểu nhé!
Quá trình oxi hóa và các tác nhân gây oxi hóa
Nhiệt độ cao có thể được xem là một tác nhân gây oxi hóa. Các thí nghiệm cho thấy việc sử dụng các nguồn năng lượng có nhiệt độ cao giúp đẩy nhanh quá trình oxi hóa chất khí vả phân tách nguyên tử. Một số nguồn năng lượng nhiệt học đem đến khả năng oxi hóa hỗn hợp khí có thể kể đến như ngọn lửa khí ga (nhiệt độ cao), tia tử ngoại từ các loại đèn thủy ngân…
Ở nhiệt độ cao, các phân tử khí trung hòa có xu hướng tách ra và di chuyển theo một quỹ đạo cụ thể. Quá trình tách phân tử đưa ion dương và các hạt electron hoàn toàn tách biệt. Ngay lúc này electron lại kết hợp cùng những phân tử khí trung hòa để tạo thành các hạt ion âm. Đó chính là những hạt có khả năng tải điện trong hỗn hợp khí.
Bản chất của dòng điện trong chất khí là dòng điện chuyển dời có hướng. Theo đó, các ion dương sẽ di chuyển thuận theo quỹ đạo của điện trường. Đồng thời, ion âm và các hạt electron chuyển động theo chiều ngược lại. Hiểu một cách đơn giản thì các hạt tải điện được sinh ra do quá trình oxi của chất khí dưới các tác động của tự nhiên hoặc có sự can thiệp của con người.
Xem thêm: Kiến thức Vật Lý: Điện trở mắc song song, điện trở mắc nối tiếp
Quá trình dẫn điện không tự lực
Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí chính là quá trình oxi hóa dòng điện dưới các tác động cụ thể. Điều đó tồn tại khi và chỉ khi các hạt tải điện được đẩy vào khối khí, kéo theo sự chuyển động có quỹ đạo của ion và các hạt electron. Điều này cũng có nghĩa khả năng dẫn điện của chất khí sẽ biến mất khi ngừng dẫn các hạt tải điện vào. Các nghiên cứu cho thấy quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí không tuân theo nguyên lý của định luật Ôm.
Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí chứng kiến hiện tượng nhân số các hạt tải điện. Mật độ hạt tải điện tăng lên trong chất khí khi tiếp nhận dòng điện chạy qua chính là hiện tượng gia tăng các hạt tải điện.
Quá trình dẫn điện tự lực của chất khí
Khác với quá trình dẫn điện không tự lực. Quá trình dẫn điện tự lực không chịu ảnh hưởng bởi các tác nhân gây oxi hóa từ bên ngoài. Vì vậy hiện tượng dẫn điện (phóng điện) vẫn diễn ra ngay cả khi khối khí không còn chịu tác động từ dòng điện hay các yếu tố khác. Để làm được điều này, cần có sự can thiệp cụ thể để tạo điều kiện cho toàn bộ quá trình. Có 4 cách cụ thể tạo ra quá trình dẫn điện tự lực như sau:
- Duy trì dòng điện chạy qua chất khí nhằm tăng nhiệt độ của khối khí. Từ đó lợi dụng nguồn năng lượng điện để khiến các phân tử khí bị oxi hóa.
- Chất khí có điện trường vô cùng lớn. Nhiệt độ thấp có thể làm quá trình oxi hóa diễn ra ngay lập tức.
- Tạo ra phát xạ nhiệt electron để duy trì khả năng dẫn điện bằng cách sử dụng dòng điện để nung đỏ Catot để phát ra các electron.
- Trong quá trình duy trì dòng điện liên tục, Catot có thể không bị nung đỏ nhưng xảy ra phản ứng với ion dương. Các electron bị bật ra khỏi Catot và tạo ra các hạt tải điện.
Ứng dụng dòng điện trong chất khí
Dựa theo bản chất của dòng điện trong chất khí và cách tạo ra hoạt động dẫn điện tự lực, không tự lực. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và ứng dụng tính chất của dòng điện trong chất khí vào các lĩnh vực của đời sống. Điều này đem đến rất nhiều phát minh cho nền khoa học – công nghệ hiện đại. Ngay dưới đây là những ứng dụng của dòng điện trong các dạng chất khí có thể bạn chưa biết. Hãy cùng theo dõi nhé!
Ứng dụng trong Diode (Điốt)
Diode là một loại đèn tín hiệu điện tử hai cực. Công cụ này có tính chất dẫn điện một chiều, hoạt động dựa trên cơ chế phát nhiệt của các electron. Các phân tử bên trong Diode được cấu tạo đặc biệt với mục đích duy trì tính chất dẫn điện một chiều duy nhất.
Catot K được cấu tạo theo dạng sợi dây và dễ dàng bị nung nóng bởi các công cụ hỗ trợ như máy biến áp thấp hoặc bộ ắc quy. Điện tích không gian được tạo ra bởi quá trình nung nóng là sự bao phủ của các đám mây electron xung quanh catot. Lúc này giữa catot và anot xuất hiện điện áp. Theo đó, các đám mây electron sẽ di chuyển từ catot về hướng các anot. Đó chính là lý do tạo ra dòng điện một chiều.
Ứng dụng trong Kenotron
Kenotron cũng là một dạng diode nhưng được sử dụng với mục đích chỉnh lưu dòng điện biến thiên theo tần số kỹ thuật. Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát minh ra các thiết bị chỉnh lưu kenotron. Máy chỉnh lưu vận hành theo 2 nửa của chu kỳ bằng cách sử dụng diode kép. Diode bên trong máy chỉnh lưu kenotron thường có chung catot. Cuộn biến áp của thiết bị được nối với catot thông qua điện trở.
Các electron có xu hướng chuyển động từ catot đến anot trong nửa chu kỳ của điện áp biến thiên ở cuộn thứ cấp của thiết bị biến áp. Tuy nhiên có một điều không thay đổi đó là dù electron di chuyển theo hướng nào thì dòng điện không đổi vẫn duy trì qua điện trở R để đi từ catot sang anot.
Ứng dụng trong Triode
Triode là một dạng đèn điện tử 3 cực. Triode có cấu tạo và cơ chế hoạt động phức tạp hơn diode và kenotron. Trong quá trình hoạt động, triode cho phép đưa điện cực thứ ba vào môi trường chứa catot và anot. Từ đó sử dụng các đèn điện tử để khuếch đại điện áp biến thiên.
Các giao động của điện áp làm thay đổi số lượng electron đi tới anot. Điều này cũng đồng nghĩa với việc thay đổi dòng anot của đèn điện tử. Độ giảm của điện áp tỉ lệ thuận và làm thay đổi anot. Chính vì vậy mà bất kỳ sự biến đổi nào bên trong lưới điện áp cũng dẫn đến sự chênh lệch U bên trong mạch anot.
Ứng dụng trong Gazotron
Gazotron là một thiết bị có công dụng tương tự như kenotron – dùng để chỉnh lưu dòng điện. Điểm khác biệt duy nhất giữa 2 loại thiết bị này nằm ở một phần cấu tạo của gazotron. Thiết bị này có một bình chứa siêu nhỏ dùng để đựng thủy ngân. Sự va chạm giữa electron tạo ra các ion khí. Những ion này có xu hướng chuyển động về phía các catot. Từ đó đem đến sự trung hòa điện tích khối của các electron. Điều này cũng giải thích tại sao gazotron có thể hoạt động ở những điện áp thấp hơn rất nhiều so với kenotron.
Ứng dụng trong các Tiratron
Tiratron là một loại đèn ba cực. Cấu tạo của các phân tử bên trong cho thấy catot và anot được phân tách bởi một chiếc lưới có hình dạng tương tự như một mặt trụ gồm nhiều lỗ nhỏ. Các Tiratron chứa một lượng lớn thủy ngân hoặc argon.
Với điện thế âm cực lớn, chiếc lưới có khả năng đẩy toàn bộ electron từ catot về phía các anot. Khi lưới phát ra một điện thế được xác định, các hạt electron bị hút theo điện trường của các anot. Điều này tạo ra sự ion hóa của các chất khí. Đồng thời đóng kín dòng mạch của chính anot. Đối với Tiratron, sự tăng lên của các điện thế âm cũng không thể làm tắt đèn. Vì vậy cần đến một phương pháp khác để ngăn chặn sự phóng điện.
Trên đây là bài viết của chúng tôi nhằm cung cấp những thông tin về dòng điện trong chất khí. Cảm ơn các bạn đã theo dõi! Chúc các bạn một ngày làm việc hiệu quả! Hẹn gặp lại ở những số tiếp theo!
