Mavzu: Elektr o’tkazuvchanlikning temperaturaga bog’liqligini nazariy o’rganish
Gazlar va suyuqliklarda elektr o’tkazuvchanlik
Yüklə 5,8 Mb.
|
|
1.2 Gazlar va suyuqliklarda elektr o’tkazuvchanlik
Gazlarda elektr o’kazuvchanlik Elektr tokining gazlar orqali o’tishiga gaz razryadi deyiladi .Metallarda, yarim o’kazgichlarda elektriklarda tok tashuvchilar tok o’tishi bilan bog’liq bo’lgan protseslardan qatiy nazar doim mavjuddir ; elektr maydoni mavjud zaryadlarni doim tartibga soladi.Gazlar normal holda izolyator hisoblanib, ularda tok tashuvchilar bo’lmaydi. Faqat maxsus sharoitlarni hosil qilib gazlarda tok tashuvchilar (ionlar,elektronlar) paydo bo’lib elektr razryadi vujudga keladi. Gazlarda tok tashuvchilar elektr maydonining mavjudligi bilan bog’liq bo’lmagan tashqi tasirlar natijasida hosil bo’lishi mumkin. Bunday holda gazlarning mustaqil bo’lmagan o’tkazuvchanligi haqida gap boradi. Mustaqil bo’lmagan razryad gazlarni yuqori tempreraturagacha qizdirish yo’li bilan (termik ionizatsiya ), ultrabinafsha yoki rentgen nurlari tasiri bilan ,shuningdek , radioktiv modda nurlarining tasiri ostida yuzaga kelshi mumkin.Yassi kondensatorning disklariga ulangan elektrometr olib uni zaryadlaymiz . Agar havo yetarlicha qruq bo’lsa , uy haroratida kondensator zaryadsizlanmaydi. Bu esa disklar orasidagi potensiallar farqi tufayli havoda hosil bo’ladigan elektr toki juda oz ekanligini bildiradi.Binobarin uy haroratida havoning elektr o’tkazuvchanligi juda kichik.Havoni dielektrik deb hisoblasa bo’ladi. Disklar orasidagi havoni qizdirsak elektrometr strelkasi tez nolga elektrodlarning shakli va o’lchami va o’zaro joylashishiga , kuchlanishga , tokning zichligi va quvvatiga va shunga o’xshashlar. Shuning uchun gaz razryadi juda turli –tuman shakllarni qabul qilishi mumkin . Xususan nurlanish va tovush effektlari- shivillash, shovqin va chirsillashlar bilan kuzatilishi mumkin. Odatdagi sharoitlarda gazlar butunlay neytral atom yoki molekulalardan iborat bo’ladi qism. Isitish yoki nurlantirish tasiri natijasida bir qism atomlar ionlanadi, yani musbat zaryadli ionlarga va elektronlarga ajraladi.Gazda manfiy ionlar ham hosil bo’lishi mumkin: bu ionlar elektronnnig neytral atomlariga qo’shilishidan hosil bo’lishi mumkin. Isitilganda gazlar oson ionlanishning sababi shundaki gaz qizigan sari molekulalar tezroq harakatlanadi. Bunda bazi molekulalar shunchalik tez harakatlanidiki , ulardan bazilari boshqalariga to’qnashganida parchalanib ionlarga aylanadi. Harorat qanchalik yuqori bo’lsa ionlar shunchalik ko’p hosil bo’ladi Gazlarning elektr o’tkazuvchanligining mohiyati elektrolitlarning aralashmalari va eritmalari o’tkazuvchanligining mohiyatiga o’xshaydi. Faqat shundaki gazlarda manfiy zaryadni elektrolitlarning aralashmalari yoki suvdagi eritmalaridagi kabi manfiy ionlar emas, balki elektronlar tashiydi. Shunday qilib gazlarda metallarda bo’ladigan elektronli o’tkazuvchanlik bilan elektrolitlarning aralashmalari yoki suvdagi eritmalarida bo’ladigan ionli o’tkazuvchanlik birga qo’shiladi. Yana bir muhim farqi bor.Elektrolit eritmalarida ionlar ulardagi molekulalar ichidagi bog’lanishlarning erituvchi molekulalarning (suv molekulalarining) tasiri natijasida zaiflashishi tufayli hosil bo’ladi. Gazlarda esa ionlar isitishda yoki tashqi ionlashtiruvchilarning, masalan nurlarning tasiri hisobiga hosil bo’ladi.Agar ionlshtiruvchining tasiri to’xtasa,zaryadlangan elektrometr yana o’z zaryadini o’zgartirmay turadi.Demak ionlashtiruvchining tasiri to’xtagach gaz o’tkazgich bo’lmay qoladi. Hamma ion va elektronlar elektrodlarga yetib borgach , tok to’xtaydi. Undan tashqari elektron va musbat zaryadli ion bir –biriga yaqinlashgach qo’shilib ketib neytral atomga aylanadi. Bu jarayo ko’rsatilgan. Bunday jarayon zaryadli zarralarning rekombinatsiyasi de -yiladi.Tashqi maydon bo’lmagan vaqtda zaryadli zarralar faqat rekombinatsiya natijasida yo’qoladi va gaz dielektrik bo’lib qoladi. Agar ionlantiruvchining tasiri o’zgarmas bo’lsa dinamik muvozanat qaror topadi; bunda yangidan hosil bo’layotgan zaryadli juft zarralar soni rekombinatsiya natijasida yo’qolayotgan juft zarralarning o’rtacha soniga teng bo’ladi. Endi gaz razryadlari haqida tanishib o’tsak. Kuchlanish manbai gaz oralig’i va keng chegaralarda o’zgartirish mumkin bo’lgan r o’zgaruvchan qarshilikdan iborat zanjirni ko’raylik (rasm). 2 - rasm gaz oraliqning volt-amper xarakteristkasini aniqlash usuli Zanjirda tok o’lchaydigan A asbob va V voltmetr ham bor. Dastlab gaz oralig’iga qandaydir ionizator masalan ultrabinafsha nurlar tasir ko’rsatadi, natijada ular manfiy elektrodlarga tushib , undan foteolektronlarni urib chiqaradi deb faraz qilaylik . Bundan gaz bir muncha elektr o’tkazuvchanlikga ega bo’ladi va zanjirda tok paydo bo’ladi. Agar gaz oralig’idagi zanjirda r qarshilikni bir tekis kamaytirib borilsa, tok kuchi dastlab ortadi, buning sababi elektrodlar orasida kuchlanishning ortishi va ular orasidagi fazoviy zaryadning kamayishidadir. Qarshilik yanada kamaytirilsa, elektrodlardagi kuchlanish shunday qiymatga yetadiki, bunda barcha hosil bo’lgan iionlar musbat elektrodgacha yetib boradi va biz i,to’yinish tokini hosil qiladi uning kuchi endi faqat ionizator intevsivligigagina bog’liq bo’ladi. Bunda qayd qilinadigan toklar juda kichik (odatda ionizatorning intevsivligiga bog’liq holda mikroamper va undan ham kam ) bo’ladi. Agar razryad xarakteristkasining Oa tarmog’i bilan tasvirlanadigan biror rejimida ionizator tasirini to’xtatsak u holda razryad to’xtaydi. Faqat tashqi ioni zator tasiridagina mavjud bo’ladigan bunday razryadlar mustaqil bo’lmagan razryadlar deyiladi.Agar zanjirning r qarshiligini kamaytirsak, u holda kuchlanish nisbatan kam ortganda ham razryad oralig’i orqali o’tuvchi tok tez ortadi. Bu hol xarakteristkaning ab qismiga mos keladi.Xarakteristkaning ab qismida tokning ortishi gaz oralig’ida yangi ionlarning paydo bo’lishiga olib keladi. Agar r qarshilik kamaytirilsa, razryad oralig’i o’tuvchi tok tamoman boshqacha xarakterda bo’ladi.Razryadda tok kuchi keskin ortib ketadi va issiqlik effektlari kuzatiladi. Agar endi ionizatot tasiri to’xtatilsa ham razryad davom etaveradi. Bu degan so’z ,gazning eletr o’tkazuvchanligini taminlovchi ionlar razryadning o’zida bo’ladigan protseslar tufayli paydo bo’ladi, demakdir. Bunday gaz razryadlar mustaqil razryadlar deb ataladi. Razryadda ionlarni hosil qiluvchi qanday protses ustun turishiga qarab mustaqil razryadlarning turli shakllari va xillari haqida gapirish mumkin . Masalan, mustaqil razryadlarning toj razryad , yoy razryad, yolqin razryad va boshqa turlari bo’ladi. Razryadning bu shakllari bir- biridan xossalari va tashqi ko’rinishi bilan farq qiladi. Miltillama razryad.Bosim past bo’lganda nayda miltillama razryad yuz beradi.Miltillama razryad hosil qilish uchun elektrodlar orasidagi kuchlanish bir necha yuz volt bo’ladi. Miltillama razryad reklama chiroqlarida qo’llaniladi. Nayga neon gazi qamalganda qizil nur chiqaradi. Musbat ustun argonda ko’kimtir yashil tusda bo’ladi.Kunduzgi yorug’lik lampalarda simob bug’laridagi razryaddan foydalaniladi.Miltillama razryadning juda muhim tadbiqi yorug’likning kvant manbalarida yani gazli lazerlarda ishlatilmoqda. Elektr yoyi:Bir- biriga tegib turgan ikkita ko’mir sterjenning birikish joyida ko’p miqdorda issiqlik chiqariladi,chunki bu joyning qarshiligi katta bo’ladi. Harorat termoelektron emissiya boshlanadigan darajaga ko’tariladi.Shuning uchun ko’mir elektrodlarni bir- biridan ajratishda ular orasida razryad boshlanadi.Ko’mir sterjenlar orasida kuchli yorug’lik beruvchi gaz ustuni hosil bo’ladi; bu ustun elektr yoyi deb ataladi.Bu holda gazning elektr o’tkazuvchanligi atmosfera sharoitida ham katta bo’ladi, chunki bunda manfiy elektrod juda ko’p elektron chiqarib turadi. Kichikroq yoyda tok kuchi bir necha amperga yetadi, katta yoylarda esa potensiallar ayirmasi atigi 50 V chamasida bo’lganda tok kuchi bir necha yuz amperga yetadi. Katoddagi baland harorat yoy yonganda katodni bombardimon qiladiga musbat ionlar hisobiga quvvatlab turadi. Yoyning o’zidagi gaz maydon tomonidan tezlashtiriladigan elektronlar va musbat ionlar bilan to’qnashish natijasida kuchli qizib ketadi. Buning oqibatida gaztermik ravishda ionlanadi. Yoyning musbat elektrodida elektronlar tasiri ostida krater deb ataladigan chuqurcha hosil bo’ladi. Kraterdagi harorat atmosfera bosimi sharoitida 4000 ga boradi, 2 106 Pa bosimda 7000 Suyuqliklarning elektr o’tkazuvchanligi Qattiq jismlar kabi suyuqliklarning ham dielektrigi, o’tkazgichi va yarim o’tkazgichi bo’ladi.Dielektriklar jumlasiga distillangan suv, o’tkazgichlar jumlasiga elektrolitlarning yani kislota, ishqor va tuzlarning eritmalari kiradi. Suyuq yarim o’tkazgichlar jumlasiga, masalan eritilgan selen, eritilgan sulfidlar kiradi.Tokning metallar va elektron yarim o’tkazgichlar orqali o’tishi hech qanday ximiyaviy o’zgarishlarsiz sodir bo’ladi. Bunday moddalar virinchi tur o’tkazgichlar deb ataladi. Tok o’tishida ximiyaviy o’zgarish yuz beradigan moddalar ikkinchi tur o’tkazgichlar yoki elektrolitlar deb ataladi. Ular qatoriga tuz, ishqor yoki kislotalarning suvdagi va boshqa suyuqlikdagi eritmalari, shuningdek, qattiq holatda ion kristall hisoblangantuz eritmalari kiradi.Elektrolitlarda tok tashuvchilar bo’lib molekulalari eritilgan modda eritmalarida dissotsiyalanadigan (parchalanadigan) ionlar xizmat qiladi. Qanday qilib dissotsiya sodir bo’lishini aniqlash uchun qutubli molekulani, masalan, NaCl ni qarab chiqamiz. Na va Cl atomlari molekulaga birlashganda elektronlarning qayta taqsimlanishi yuz beradi-Na ning valent elektroni to’lishi bittagina elektron yetishmayotgan Cl atomining qobig’iga go’yoki qo’shilgandek bo’ladi. Natijada Na atomi musbat ionga, Cl atomi esa manfiy ionga aylanib qoladi. Har ikkala ion molekulada elektrostatik (kulon) o’zaro tasir kuchi bilan tutib turiladi.Shunga o’xshash istalgan boshqa qutubli molekula ikki yoki undan ortiq sondagi ionlardan tashkil topgan . Eritmada erigan moddaning har bir molekulasi, erituvchi molekulalarning qurshovida bo’ladi. Agar erutuvchining molekulalarning qurshovida bo’ladi. Agar erituvchining molekulalari ham qutubli bo’lsa u holda ular erigan modda molekulalari yaqinida uning hosil qilgan elektr maydonida orientatsiyalanuvchi kuch tasirida bo’ladi. Shuning uchun erituvchi molekulasi erigan modda molekulasining musbat zaryadlangan qismiga manfiy uchi bilan manfiy zaryadlangan qismiga esa – musbat uchi bilan o’girilib qoladi Turli moddalarning molekulari turlicha dissotsiyalanadi va ikki yoki undan ko’p sondagi ionlarga ajralishi mumkin. Dissotsiya xarakteri moddaning ximiyaviy xossalari bilan chambarchas bog’liq.Barcha kislotalar suvdagi eritmasida vodorodning H+ musbat ionlarni berishi bilan xarakterlanadi. Vodorod ionlari va gidroksil ionlari konsentratsiyasi birday bo’lgan eritmalar neytral deb ataladi. Ximiyaviy sof suv neytral bo’lib u vodorodning H+ musbat ionlari va manfiy OH- gidroksil ionlariga dissotsiyalanadi.Biroq unda ionlar konsentratsiyasi haddan tashqari kuchsiz: xona temperaturasida 1.4 mg dissotsiyalangan Dissotsatsiya koeffitsienti:Molekulalarning dissotsiyalanish protsesini shunday tasavur qilish mumkin .Qutubli molekulalarga ega bo’lgan (yani ionlardan tuzilgan molekulali masalan NaCl) qandaydir modda suvda eritilgan deb tasavur qilaylik.Dipol momentlari katta bo’lgan suv molekulalari erigan molekulaning elektr maydonida shunday tarzda orientatsiyalanadiki ularning musbat tomonlari (H+ ionlar) asosan Cl- ionga qarab manfiy tomonlari (O—ion) Na+ ionga qarab qoladi.Elektrolitlardagi elektr tokning metallardagi tok bilan ko’plab o’xshash tomonlari bor. Gazlardan farqli ravishda elektrolitlarda ham, metallarda ham zaryad tashuvchilar elektr tokka bog’liq bo’lmagan holda hosil bo’ladi. So’ngra elektrolitning har bir hajm birligidagi manfiy va musbat ionlarning zaryadi teng bo’ladi va shuning uchun elektrolitlarda shuningdek metallarda hajmiy za tdaryad nolga teng bo’ladi. Nihoyat elektrodlardan uzoqda ionlarning (manfiy musbat ionlarning ) konsetratsiyasi odatda elektrolitning turli nuqtalarda tengi bo’ladi. Shu tufayli ionlarning elektrolit ichidagi konsentratsiyasi odatda elektrolitning turli nuqtalalarda birday bo’ladi. Shu tufayli ionlarning elektrolit ichidagi lva ionlar diffuziyasi tokning hosil bo’lishida rol o’ynamaydi.Musbat ionlar deyfi hosil qilgan tokning zichligi (1.2.1) ga teng bo’ladi, bu yerda musbat ionlarning konsentratsiyasi, e ionnning zaryadi, musbat ionlarning dreyf tezligi. Shunga o’xshash manfiy ionlar hosil qilgan tok uchun ham quyidagini yozish mumkin: Tokning to’liq zichligi J= + = + e (1.2.62) Yuqorida aytilgandekmusbat va manfiy ionlarning konsentratsiyalarda birday bo’ladi ( biz hamma joyda ham molekulalar ikki ionga dissotsiyalanadi deb faraz qilamiz) va shuning uchun B iz bilamizki elektrolitlar qizdirilganda ularning qarshiliklari kamayishi malum yani yani elektrolitlarda qarshilikning temperatura koeffitsienti manfiy bo’ladi elektr o’tkazuvchanligi ortadi ( rasm) R= (1 R R0 t Bunga ikki sabab bor : birinchidan dissotsiya koeffitsienti ortadi, ikkinchidan qiziganda suyuqliklarning qovushqoqligi kamayadi va shuning uchun ionlarning harakatchanligi ortadi Xulosa
2.Maydon kuchlanganligi o’zgarmas bo’lsa qutubli molekulalardan tashkil topgan dielektriklarning qutublanish vektori temperatura ortishi bilan kamayadi.Bunday dielektriklarning dielektrik qabul qiluvchanliklari absalyut temperaturaga teskari proporsionaldir 3.Gazlarda elektr tokini musbat va manfiy ionlar hamda elektronlar tashiydi.Isitish yoki nurlantirish tasiri natijasida bir qism atomlar ionlanadi, yani musbat zaryadli ionlarga va elektronlarga ajraladi. Harorat qanchalik yuqori bo’lsa ionlar shunchalik ko’p hosil bo’ladi va o’tkazuvchanlik ortadi. 4.Biz bilamizki elektrolitlar qizdirilganda ularning qarshiliklari kamayishi malum buning sababi: birinchidan dissotsiya koeffitsienti ortadi, ikkinchidan qiziganda suyuqliklarning qovushqoqligi kamayadi va shuning uchun ionlarning harakatchanligi ortadi Yüklə 5,8 Mb. Dostları ilə paylaş:
|