Dòng điện trong chất khí

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các electron ngược chiều điện trường. Cùng Toploigiai tìm hiểu rõ hơn về dòng điện trong chất khí qua bài viết dưới đây nhé!

Tổng quan về chất khí trong điều kiện thường

Trong điều kiện thường chất khí không dẫn điện bởi các phân tử khí đều nằm trong trạng thái trung hòa điện. Chính vì thế, trong chất khí không có các phần tử mang điện tích. Các phần tử này còn được gọi là hạt tải điện. Nó chỉ dẫn điện khi ta tạo ra sự ion hóa phân tử khiến các phần tử ion tồn tại trong đó.

Ở nhiệt độ cao, tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân sẽ xuất hiện các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, việc ion hoá chất khí sẽ xảy ra. Tiến hành tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và electron tự do. Electron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.

Kết luận: Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.

Bản chất dòng điện trong chất khí

a. Sự ion hoá chất khí và tác nhân ion hoá

Ngọn lửa ga (nhiệt độ rất cao), tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.

=> Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.

b. Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

- Quá trình dẫn điện của chất khí mà ta vừa mô tả gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta đưa hạt tải điện vào khối khí ở giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng đưa hạt tải điện vào.

- Thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

- Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện I qua chất khí khi phóng điện không tự lực, theo hiệu điện thế U giữa hai điện cực, được vẽ trên hình 15.1.

Nó có 3 đoạn rõ rệt:

+ Đoạn Oa: U nhỏ, dòng điện tăng theo U.

+ Đoạn ab: U đủ lớn dòng điện I đạt giá trị bão hoà. I không đổi khi U tăng.

+ Đoạn bc: U quá lớn, I tăng nhanh khi U tăng, chứng tỏ rằng khi hiệu điện thế đã quá lớn, sự tăng hiệu điện thế làm cho điện trở của chất khí giảm, mật độ hạt tải điện tăng.

Ứng dụng dòng điện trong chất khí

Việc tạo ra dòng điện ở trong chất khí là một thành công lớn của khoa học. Hiện tượng này được ứng dụng như sau:

a. Ứng dụng dòng điện trong chất khí để tạo ra tia lửa điện 

Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do.

* Điều kiện tạo ra tia lửa điện

Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí khi điện trường đạt giá trị ngưỡng vào khoảng 3.106 V/m. Hiệu điện thế đủ để phát phát sinh tia lửa điện trong không khí giữa hai điện cực dạng khác nhau.

Tia lửa điện được dùng phổ biến trong động cơ nổ để đốt hỗn hợp trong xilanh. Bộ phận phát tia lửa điện là bugi.

b. Ứng dụng dòng điện có trong chất khí để tạo ra hồ quang điện

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực diễn ra trong chất khí trong điều kiện nhiệt độ thường hoặc thấp. Điều kiện được đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.

Hồ quang điện được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Có thể kể đến như hàn điện, đèn chiếu sáng hay đun chảy vật liệu.