गैस चालकता

गैसें आमतौर पर अच्छे अचालक होते हैं (जैसे स्वच्छ, गैर-आयनित हवा)। हालाँकि, यदि गैसों में कार्बनिक और अकार्बनिक कणों के साथ मिश्रित नमी होती है और एक ही समय में आयनित होती हैं, तो वे बिजली का संचालन करती हैं।

सभी गैसों में, विद्युत वोल्टेज लागू होने से पहले ही, विद्युत आवेशित कणों-इलेक्ट्रॉनों और आयनों-की एक निश्चित मात्रा हमेशा होती है जो यादृच्छिक तापीय गति में होते हैं। ये गैस के आवेशित कण हो सकते हैं, साथ ही ठोस और तरल पदार्थ के आवेशित कण - उदाहरण के लिए, हवा में पाई जाने वाली अशुद्धियाँ।

गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स में विद्युत आवेशित कणों का निर्माण बाहरी ऊर्जा स्रोतों (बाहरी आयनाइज़र) से गैस आयनीकरण के कारण होता है: ब्रह्मांडीय और सौर किरणें, पृथ्वी के रेडियोधर्मी विकिरण आदि।

गैसों की विद्युत चालकता मुख्य रूप से उनके आयनीकरण की डिग्री पर निर्भर करती है, जिसे विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, तटस्थ गैस अणु से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के परिणामस्वरूप गैसों का आयनीकरण होता है।

गैस के अणु से निकला एक इलेक्ट्रॉन गैस के इंटरमॉलिक्युलर स्पेस में मिल जाता है, और यहाँ, गैस के प्रकार के आधार पर, यह अपने आंदोलन की अपेक्षाकृत लंबी "स्वतंत्रता" बनाए रख सकता है (उदाहरण के लिए, ऐसी गैसों में, हाइड्रोजन शॉक H2 , नाइट्रोजन n2) या, इसके विपरीत, जल्दी से एक तटस्थ अणु में प्रवेश करते हैं, इसे एक नकारात्मक आयन (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन) में बदल देते हैं।

गैसों के आयनीकरण का सबसे बड़ा प्रभाव उन्हें एक्स-रे, कैथोड किरणों या रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित किरणों से विकिरणित करके प्राप्त किया जाता है।

गर्मियों में वायुमंडलीय हवा सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में बहुत सघन रूप से आयनित होती है। हवा में नमी इसके आयनों पर संघनित होती है, जिससे बिजली से चार्ज होने वाली पानी की सबसे छोटी बूंदें बनती हैं। आखिरकार, बिजली के साथ गरजने वाले बादल अलग-अलग विद्युत आवेशित पानी की बूंदों से बनते हैं, अर्थात। वायुमंडलीय बिजली के विद्युत निर्वहन।

बाहरी ionizers द्वारा गैस आयनीकरण की प्रक्रिया यह है कि वे ऊर्जा का हिस्सा गैस परमाणुओं में स्थानांतरित करते हैं। इस मामले में, वैलेंस इलेक्ट्रॉन अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं और अपने परमाणुओं से अलग हो जाते हैं, जो सकारात्मक रूप से आवेशित कण - सकारात्मक आयन बन जाते हैं।

गठित मुक्त इलेक्ट्रॉन लंबे समय तक (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन में) गैस में गति से अपनी स्वतंत्रता बनाए रख सकते हैं या कुछ समय बाद विद्युत रूप से तटस्थ परमाणुओं और गैस अणुओं से जुड़कर उन्हें नकारात्मक आयनों में बदल सकते हैं।

गैस में विद्युत आवेशित कणों की उपस्थिति धातु के इलेक्ट्रोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के कारण भी हो सकती है, जब वे गर्म होते हैं या उज्ज्वल ऊर्जा के संपर्क में आते हैं।विक्षुब्ध ऊष्मीय गति के दौरान, कुछ विपरीत आवेशित (इलेक्ट्रॉन) और धनावेशित (आयन) कण एक दूसरे के साथ जुड़ जाते हैं और विद्युत रूप से तटस्थ परमाणुओं और गैस अणुओं का निर्माण करते हैं। इस प्रक्रिया को मरम्मत या पुनर्संयोजन कहा जाता है।

यदि धातु के इलेक्ट्रोड (डिस्क, बॉल) के बीच गैस की मात्रा संलग्न है, तो जब इलेक्ट्रोड पर एक विद्युत वोल्टेज लगाया जाता है, तो विद्युत बल गैस में आवेशित कणों पर कार्य करेगा - विद्युत क्षेत्र की शक्ति।

इन बलों की कार्रवाई के तहत, इलेक्ट्रॉन और आयन एक इलेक्ट्रोड से दूसरे में चले जाएंगे, जिससे गैस में विद्युत प्रवाह पैदा होगा।

गैस में करंट अधिक होगा, अलग-अलग ढांकता हुआ अधिक आवेशित कण प्रति यूनिट समय में बनते हैं और विद्युत क्षेत्र बलों की कार्रवाई के तहत अधिक गति प्राप्त करते हैं।

यह स्पष्ट है कि जैसे-जैसे गैस की दी गई मात्रा में वोल्टेज बढ़ता है, इलेक्ट्रॉनों और आयनों पर कार्य करने वाले विद्युत बल बढ़ते हैं। इस स्थिति में, आवेशित कणों का वेग और इसलिए गैस में धारा बढ़ जाती है।

गैस की मात्रा पर लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में वर्तमान के परिमाण में परिवर्तन को ग्राफिक रूप से वोल्ट-एम्पीयर विशेषता नामक वक्र के रूप में व्यक्त किया जाता है।

गैसीय ढांकता हुआ के लिए वर्तमान-वोल्टेज विशेषता

करंट-वोल्टेज विशेषता से पता चलता है कि कमजोर विद्युत क्षेत्रों के क्षेत्र में, जब आवेशित कणों पर कार्य करने वाले विद्युत बल अपेक्षाकृत छोटे होते हैं (ग्राफ में क्षेत्र I), गैस में धारा लागू वोल्टेज के मान के अनुपात में बढ़ जाती है . इस क्षेत्र में, ओम के नियम के अनुसार धारा बदलती है।

जैसे ही वोल्टेज और बढ़ता है (क्षेत्र II), करंट और वोल्टेज के बीच का अनुपात टूट जाता है। इस क्षेत्र में, चालन धारा वोल्टेज पर निर्भर नहीं करती है। यहाँ, आवेशित गैस कणों - इलेक्ट्रॉनों और आयनों से ऊर्जा संचित होती है।

वोल्टेज (क्षेत्र III) में और वृद्धि के साथ, आवेशित कणों की गति तेजी से बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप वे अक्सर तटस्थ गैस कणों से टकराते हैं। इन लोचदार टक्करों के दौरान, इलेक्ट्रॉन और आयन अपनी कुछ संचित ऊर्जा को तटस्थ गैस कणों में स्थानांतरित करते हैं। नतीजतन, इलेक्ट्रॉनों को उनके परमाणुओं से छीन लिया जाता है। इस मामले में, नए विद्युत आवेशित कण बनते हैं: मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन।

इस तथ्य के कारण कि उड़ने वाले आवेशित कण गैस के परमाणुओं और अणुओं से बहुत बार टकराते हैं, नए विद्युत आवेशित कणों का निर्माण बहुत तीव्रता से होता है। इस प्रक्रिया को शॉक गैस आयनीकरण कहा जाता है।

प्रभाव आयनीकरण क्षेत्र (चित्र में क्षेत्र III) में, वोल्टेज में सबसे छोटी वृद्धि के साथ गैस में धारा तेजी से बढ़ती है। गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स में प्रभाव आयनीकरण प्रक्रिया गैस के आयतन प्रतिरोध में तेज कमी और वृद्धि के साथ होती है ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा.

स्वाभाविक रूप से, गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग उन मूल्यों से कम वोल्टेज पर किया जा सकता है जिन पर प्रभाव आयनीकरण प्रक्रिया होती है। इस मामले में, गैसें बहुत अच्छे अचालक हैं, जहां आयतन विशिष्ट प्रतिरोध बहुत अधिक (1020 ओम) x सेमी) है और परावैद्युत हानि कोण की स्पर्शरेखा बहुत छोटी है (tgδ ≈ 10-6)।इसलिए, गैसों, विशेष रूप से हवा, उदाहरण कैपेसिटर, गैस से भरे केबल, और में डाइलेक्ट्रिक्स के रूप में उपयोग की जाती हैं उच्च वोल्टेज सर्किट तोड़ने वाले.

विद्युत इन्सुलेट संरचनाओं में एक ढांकता हुआ के रूप में गैस की भूमिका

किसी भी इंसुलेटिंग स्ट्रक्चर में इंसुलेशन तत्व के रूप में हवा या अन्य गैस कुछ हद तक मौजूद होती है। ओवरहेड लाइनों (वीएल), बसबारों, ट्रांसफार्मर टर्मिनलों और विभिन्न उच्च-वोल्टेज उपकरणों के कंडक्टर एक दूसरे से अंतराल से अलग होते हैं, एकमात्र इन्सुलेट माध्यम जिसमें हवा होती है।

ऐसी संरचनाओं की ढांकता हुआ ताकत का उल्लंघन ढांकता हुआ के विनाश के माध्यम से हो सकता है जिससे इंसुलेटर बनाए जाते हैं, और हवा में या ढांकता हुआ की सतह पर निर्वहन के परिणामस्वरूप।

इन्सुलेटर टूटने के विपरीत, जो इसकी पूर्ण विफलता की ओर जाता है, सतह का निर्वहन आमतौर पर विफलता के साथ नहीं होता है। इसलिए, यदि इन्सुलेट संरचना इस तरह से बनाई जाती है कि सतह ओवरलैप वोल्टेज या हवा में ब्रेकडाउन वोल्टेज इंसुलेटर के ब्रेकडाउन वोल्टेज से कम है, तो ऐसी संरचनाओं की वास्तविक ढांकता हुआ ताकत हवा की ढांकता हुआ ताकत से निर्धारित होगी।

उपरोक्त मामलों में, हवा एक प्राकृतिक गैस माध्यम के रूप में प्रासंगिक है जिसमें इन्सुलेट संरचनाएं स्थित हैं। इसके अलावा, केबल, कैपेसिटर, ट्रांसफार्मर और अन्य विद्युत उपकरणों को इन्सुलेट करने के लिए अक्सर हवा या अन्य गैस का उपयोग मुख्य इन्सुलेट सामग्री में से एक के रूप में किया जाता है।

इन्सुलेट संरचनाओं के विश्वसनीय और परेशानी से मुक्त संचालन सुनिश्चित करने के लिए, यह जानना आवश्यक है कि विभिन्न कारक गैस की ढांकता हुआ ताकत को कैसे प्रभावित करते हैं, जैसे कि वोल्टेज का रूप और अवधि, गैस का तापमान और दबाव, प्रकृति की प्रकृति विद्युत क्षेत्र, आदि

इस विषय पर देखें: गैसों में विद्युत निर्वहन के प्रकार