Lý thuyết về Dòng điện trong chất khí, vật lí 11 Dòng điện
Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các điện tích (ion âm, ion dương, electron) được hình thành do các tác nhân ion hóa.
1/ Bản chất của dòng điện trong chất khí:
Thí nghiệm về dòng điện trong chất khí:
Thí nghiệm vật lí 1: Bố trí thí nghiệm như hình minh họa (hình 1)
Hai bản cực kim loại đặt cách nhau một khoảng trong không khí (chất khí), nối hai bản kim loại với mạch điện và ampe kế
Kết quả thu được: ampe kế chỉ số 0 chứng tỏ không có dòng điện trong mạch => lớp không khí giữa hai bản kim loại không dẫn điện.
Thí nghiệm vật lí 2: bố trí thí nghiệm như hình dưới (hình 2)
Dùng ngọn đèn cồn đốt nóng lớp không khí giữa hai bản kim loại ta thấy kim của ampe kế bị lệch khỏi giá trị 0
Kết quả thí nghiệm 2: kim điện kế lệch khỏi giá trị 0 điều này chứng tỏ trong mạch có dòng điện => lớp không khí bị nung nóng giưa hai bản kim loại trở nên dẫn điện.
Giải thích hiện tượng vật lí trong thí nghiệm trên:
Ở điều kiện thường không khí không dẫn điện các phân tử không khí (gồm Oxi, nitơ, cácboníc …) trung hòa về điện.
Khi đốt nóng lớp không khí giữa hai bản kim loại bằng ngọn lửa (tác nhân ion hóa) electron ở lớp ngoài cùng của các phân tử khí nhận được thêm năng lượng để tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do. Phân tử chất khí trung hòa về điện mất e tạo thành các hạt mang điện dương (ion dương)
eletron tự do di chuyển hỗn loạn trong môi trường chất khí có thể kết hợp với phân tử chất khi trung hòa về điện tạo thành hạt mang điện âm (ion âm) hoặc tiếp tục chuyển động thành dòng trong không khí giữa hai bản cực kim loại để tạo thành dòng điện trong môi trường chất khí.
- Sự ion hóa chất khí: là quá trình tạo ra các hạt tải điện: electron, ion âm, ion dương trong môi trường chất khí.
- Tác nhân ion hóa chất khí: là các tác động từ bên ngoài gây ra sự ion hóa chất khí
2/ Ví dụ về dòng điện trong chất khí:
a/ Tia lửa điện:
Khi tác nhân ion hóa chất khí là điện trường có cường độ điện trường lớn (vào khoảng 3.106V/m) dòng điện trong môi trường chất khí hình thành nên tạo thành dòng các tia điện kèm theo sự phát quang (gọi tắt là tia lửa điện)
Tia sét: khi các đám mây giông được hình thành chúng sẽ tích điện trái dấu nhau, hiệu điện thế giữa các đám mây có thể đạt tới một tỉ vôn (hiệu điện thế đang dùng trong nhà bạn chỉ có 220V thôi nhé) hiệu điện thế này sinh ra một trường điện trường cực mạnh, làm ion hóa rất nhanh không khí và hình thành vô số hạt tải điện, dòng điện được phóng vào trong không khí dưới dạng các tia lửa điện (tia sét) do các điện tích được hình thành và tạo ra nhanh và lớn phát tán nhanh về theo nhiều hướng nên hình dạng của các tia sét rất ít khi là đường thẳng.
Dòng điện trong môi trường chất khí giữa các đám mây có cường độ rất lớn vào khoảng 50.000A (cường độ dòng điện khoảng 5A về độ lớn đi qua người bạn cũng có thể làm bạn bị giật tiêu đời)
b/ Hồ quang điện:
Là dòng điện trong môi trường chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp được hình thành giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Khác với tia lửa điện, ánh sáng do hồ quang điện phát ra rất mạnh và nhiệt độ tại nơi xảy ra hồ quang điện rất lớn vào khoảng 2500oC đến 8000oC, nhiệt độ rất lớn này có thể làm nóng chảy kim loại nên hồ quang điện được ứng dụng trong công nghệ hàn điện.