Mustaqil va mustaqil bo’lmagan gaz zaryadlari. Mustaqil gaz zaryadlarining turlari va ularning qo’llanilishi

Mustaqil va mustaqil bo’lmagan gaz zaryadlari. Mustaqil gaz zaryadlarining turlari va ularning qo’llanilishi
Gaz razryadlari. Uncha yuqori bo`lmagan temperaturalarda gaz elektr tokini o`tkazmaydi. U o`tkazuvchan bo`lishi uchun molekulalarining biror qismi bo`linib, ionlar va erkin elektronlarga ajralishi kerak. Buning uchun esa gazga biror ionlashtiruvchi ta’sir ko`rsatilmog`i zarur. Ionizator ta’sirida atom yoki molekulalarning elektron qobig`idan bir yoki bir nechta elektronlarning uzilib chiqishi ro`y beradi. Bu esa gazda erkin elektronlar va musbat ionlar vujudga kelishiga olib keladi. Elektronlar ham o`z navbatida neytral atomlar yoki molekulalar bilan birikib manfiy zaryadlangan ionlarni vujudga keltiradi. Demak ionlashgan gazda erkin elektronlar, musbat va manfiy ionlar mavjud bo`ladi. Gazdan elektr tokining o`tishiga gaz razryadi deyiladi.
Rekombinatsiya Gazda ionlashish jarayoni bilan birga, rekombinatsiya-ionlarning neytral atomlar yoki molekulalarga aylanish jarayoni ham ro`y beradi. Agar tashqi ionizatorning ta’siri to`xtasa gazning o`tkazuvchanligi yomonlasha boradi. Ionizatorning quvvati o`zgarmaydigan bo`lsa, ionlashish va rekombinatsiya jarayonlari o`rtasida dinamik muvozanat vaziyati vujudga keladi. Bunda ionlashish natijasida vujudga keladigan zaryadlangan zarralar juftining o`rtacha soni, rekombinatsiya natijasida yo’qoladiganlarining o`rtacha soniga teng bo`ladi.
Nomustaqil razryad. Gazda tokning tashqi ionlashtiruvchi ta’sirida vujudga kelishiga nomustaqil gaz razryadi deyiladi. Bu jarayonni batafsilroq o`rganaylik. Aytaylik kondensator qoplamalari orasidagi bo`shliqqa ultrabinafsha nurlar ta’sir etayotgan bo`lsin Kondensator qoplamalari orasida ionlashuv jarayoni ro`y berib, qarama-qarshi zaryadlangan zarralar vujudga keladi. Agar kondensator qoplamalari orasidagi kuchlanish nolga teng bo`lsa, tok ham nolga teng bo`ladi, chunki hosil bo`lgan zaryad tashuvchilar betartib harakatda bo`ladi. Kondensator qoplamalari orasidagi kuchlanish orttirilgan sari ko`proq ionlar va elektronlar yo`naltirilgan harakatga keladi. Ular kondensator qoplamalariga etishishadi va tok kuchi ortib boradi. Kuchlanish qiymatiga erishganda hosil bo`lgan zaryadlarning barchasi qoplamalarga etib boradi va tok shu ionlashish darajasi uchun o`zining eng katta qiymatiga erishadi.

K uchlanishning qiymatgacha ortishi tok kuchini o`zgartira olmaydi. Agar ionlashtiruvchining ta’siri to`xtatilsa, ionlarni vujudga keltiruvchi boshqa manba bo`lmaganligi uchun razryad ham to`xtaydi. Shuning uchun ham bunday razryadga nomustaqil razryad deyiladi.
2. Kuchlanishning yanada oshirilishida tok kuchi keskin ortadi. Tashqi ionizator olinganida ham razryad davom etadi. Demak endi, gazning elektr o`tkazuvchanligini ta’minlash uchun zarur bo`lgan ionlarni razryadning o`zi vujudga keltiradi. Tashqi ionizatorning ta’siri tugagandan keyin ham davom etadigan razryadga mustaqil gaz razryadi deyiladi.
Mustaqil gaz razryadi vujudga keladigan kuchlanishga gaz razryadini yokish kuchlanishi yoki teshish kuchlanishi deyiladi.
Mustaqil gaz razryadi, elektr maydoni tomonidan tezlashtirilgan elektronlarning urilish ionlashtirishi natijasida vujudga keladi. Elektronlar maydon ta’sirida tezlanuvchan harakat qiladi va elektr maydoni kuchlarining ishi hisobiga kinetik energiyasi ortadi.
Uchinchi to`qnashuvdan so`ng elektronlar soni sakkista, to`rtinchisidan keyin – o`n oltita va hokazo davom etadi. Natijada elektronlar va ionlar oqimi hosil bo`ladi. Mustaqil razryad hosil bo`lishi uchun elektronlar va ionlar oqimining hosil bo`lishi zarur bo`lsada, lekin etarli emas. Tashqi ionlashtiruvchi uchirilgandan keyin ham anodga ketuvchi elektronlarning o`rniga yangilarini hosil qilish kerak bo`ladi. Bu elektronlar maydon ta’sirida katod tomonga harakat qiladigan musbat ionlar va fotonlar tomonidan katoddan urib chiqariladi. Katod sirtidan elektronlarni urib chiqarish hodisasiga ikkilamchii elektron emissiya deyiladi. Urib chiqariladigan elektronlarning soni ionning energiyasi va katod materialiga bog’liq bo`ladi.
Toj razryad. Agar atmosfera bosimida birining uchi uchli, birisiniki yassi bo`lgan elektrodlar yordamida bir jinslimas elektr maydoni hosil qilinsa, har birining oldida elektr maydonining kuchlanganligi turlicha bo`ladi. Uchli joyda zaryad zichligi juda katta va shuning uchun ham kuchlanish ortganda bu yerdagi kuchlanish yassi elektroddagiga nisbatan oldinroq qiymatga erishadi. Uchli elektrod oldidagi kuchlanganlik 30 ga etganda gazning teshilishi ro`y berib, elektrod atrofida tojga o`xshash chaqnash hosil bo`ladi. Shuning uchun ham unga tojli razryad deyiladi.
Tabiatda tojli razryad, atmosfera elektr maydoni ta’sirida daraxtlarning, kema machtalarining uchlarida va boshqa uchli narsalarning oldida hosil bo`lishi mumkin. Shuningdek uni yuqori kuchlanishli elektr energiya uzatuvchi simlar oldida ham kuzatish mumkin. Texnikada tojli razryad sanoatda ishlatiladigan, gazlarni qattiq va suyuq aralashmalardan tozalash uchun foydalaniladigan elektrfiltrlarida foydalaniladi.
Uchqun razryad.Kuchlanish ortishi bilan tojning o`rniga yanada kuchliroq elektron oqimlari hosil bo`ladi, nurlanayotgan shoxchalar paydo bo`lib tojli razryad shoqilali razryadga o`tadi. Agar kuchlanish yanada orttirilsa, shoqilaning shoxchalari o`sib yanada uzunlashadi va ulardan birortasi ikkinchi elektrodga etganida oraliqdagi gaz teshilib uchqun hosil bo`ladi. Uchqun razryad uzilish xarakteriga ega, chunki gazning teshilishidan keyin elektrodlardagi kuchlanish keskin kamayadi, ya’ni elektrodlar o`rtasidagi oraliqda qiska tutashuv ro`y beradi. Uchqunli razryad yo’qoladi, kuchlanish yanada ortadi va teshilish jarayoni takrorlanadi.
Biz tabiatda ko`zatadigan chaqmoq tabiiy ulkan elektr uchqunidir. Ma’lumki Yerning sirtida elektr maydoni bo`lib, momaqaldiroqdan oldin u juda kuchayadi. Bunga sabab bulutlardagi elektr zaryadlaridir. Odatda bulutning pastgi, Erga qaragan qismida manfiy, yuqori qismida esa musbat zaryadlar bo`ladi. Chaqmoq yoki bulutlar orasida, yoki bulut va Er orasida hosil bo`ladi. Chaqmoqning ba’zi razryadlari mikrosekundlar davomida ro`y berib, tok kuchi 500 000 A etadi. Chaqmoq bo`lishidan oldingi kuchlanish V gacha bo`lishi mumkin. Chaqmoqda havoning kuchli qizishi ro`y berib kuchli tovush to`lqini momoqaldiroq vujudga keladi.
Turli binolarni chaqmoqdan himoya qilish uchun chaqmoq qaytargichlar qo`yiladi. Ular uchli metall langarlardan iborat bo`lib, himoya qilinadigan binodan balandroq o`rnatiladi va erga ulanadi. Uning ish prinsipi zaryadni tayoq uchidan erga o`tib ketishiga asoslangan. 
Elektr yoyi.Agar zanjirda kuchli tok manbai mavjud bo`lsa, uchqunni elektr yoyiga aylantirish mumkin. Elektr yoyi birinchi bo`lib rus fizigi V.Petrov tomonidan 1802 yilda hosil qilingan. U ikkita ko`mir parchasini olib galvanik elementlarning kuchli batareyasiga birlashtirgan va oldin ularni bir-birlariga tegdirib so`ngra ajrata boshlagan. Ideal bog’lanish bo`lmaganligi uchun ko`mir bo`laklarining bir-birilariga tegib turgan joylarida katta qarshilik vujudga kelgan. Tok o`tganda ko`mir ulangan sim uchlarining qizishi ko`zatilsada, issiqlik o`tkazuvchanligi katta bo`lmaganligi uchun ko`mir bo`lakchalari qizimagan. Ko`mir bo`lakchalari ajratilganda, qizigan katoddan termoelektron emissiya natijasida gaz oralig`ining issiqlik ionlashuvi ro`y bergan. Yoyning eng qizigan joyi, elektronlarning uzilishi natijasida musbat elektrodda hosil bo`lgan chuqurcha – yoyning og`zidir. Normal atmosfera bosimida yoy og`zidagi temperatura temperatura gacha ko`tarilishi mumkin. Yoy razryadi vujudga kelishi uchun, gaz ionlashuvining asosiy sababchisi termoelektron emissiya, ya’ni elektronlarning kuchli qizigan jismlardan chiqishidir. YOy razryadi metallarni payvandlash va kesishda , kuchli yorug`lik manbai sifatida projektor, proektsion va kinoapparatlarda foylaniladi.
Y olqin razryad. Agar shisha naydan havo surib olinib unda o`rnatilgan elektrodlarga bir necha yuz volt o`zgarmas kuchlanish berilsa gaz razryadi vujudga keladi. Bu razryadga yolqin razryad deyiladi Gaz siyraklashganda qo`shni atomlar orasidagi masofa ortib boradi va natijada elektronning erkin yugurish yo`lining uzunligi ham ortadi. Natijada garchi elektrodlar orasidagi kuchlanish kichik bo`lsada, elektronlar to`qnashib ionlashtirish uchun etarli energiya to`plashi mumkin.
Agar kuchlanishni o`zgartirmay saqlab, naydagi bosimni asta-sekin o`zgartirib borsak oldin shoqilali razryad, keyin esa elektrodlarni to`tashtiruvchi ingichka yorug` egri-bugri kanal paydo bo`ladi. Bosim 1-15 Pa atrofida bo`lganda esa razryad 103 rasmdagidek ko`rinishni oladi. Katod yonida ingichka yorug` qatlam 1(katod pardasi), undan keyin katod qorong`u fazasi 2, undan so`ng yorug` qatlam 3 (yolqinli nurlanish) va faradey qorong`u fazosi deyilguvchi ikkinchi qorong`u fazo 4 joylashgan. Undan keyin esa yorug` soxa 5 joylashgan bo`lib unga musbat ustun deyiladi.
Yolqinli razryadda gazning bunday nurlanishiga sabab razryad nayidagi potentsialning taqsimlanishidir. Musbat ustunning nurlanishi g`alayonlangan atomlar nurlanishining natijasi bo`lganligi sababli o`ziga hos rangga ega bo`ladi. Bundan reklamalarda foydalinishadi. Agar nay neon bilan to`ldirilsa sariq-qizil, argon bilan to`ldirilsa ko`k-yashil rangli nurlanish ro`y beradi.
Yolqinli razryadning ma’lum shartlarida katod materialining sochilib ketishi ro`y beradi. Bu hol sirtlarni metallashtirish, oyna va yarim shaffof plastinalarni hosil qilishda foydalaniladi.
Plazma deb – elektronlarining kontsentratsiyasi musbat ionlarining kontsentratsiyasiga taxminan teng bo`lgan, kuchli ionlashgan gazga aytiladi. Temperatura ko`tarila borgan sari plazmadagi elektronlar va ionlar soni ortib boradi va neytral atomlar shuncha kam qoladi. Bunday plazmaga elektron-ionli plazma deyiladi. Plazmadagi elektronlar kontsentratsiyasi ionlar kontsentratsiyasiga teng bo`lganligi uchun ham uni elektroneytral, undagi hajmiy zaryad zichligi esa nolga teng deb hisoblash mumkin.
Plazmaning xossalari. Plazma – neytral gaz xossalaridan farq qiladigan bir qator maxsus xossalarga egadir. Bu xossalar uni moddaning to`rtinchi agregat holati deb qarashga asos bo`ladi. Neytral gaz molekulalari orasidagi ta’sirdan farqli ravishda, plazmadagi zarralarning o`zaro ta’siri kulon tortishish va itarish kuchlari bilan xarakterlanadi.
Plazma zarralari, ayniqsa elektronlar elektr maydoni ta’sirida yengil ko`chadi. Elektr va magnit maydonlari plazmaga juda kuchli ta’sir qilib, hajmiy zaryadlar va toklarni vujudga keltiradi.
Elektr o`tkazuvchanlik hususiyatiga ko`ra, plazma metallarga o`xshab ketadi, ya’ni yaxshi elektr o`tkazuvchidir. Metallardan farqli ravishda esa temperatura ortishi bilan plazmaning elektr o`tkazuvchanligi yaxshilashadi. Plazma yaxshi issiqlik o`tkazuvchanlikka ham ega. Buning natijasida plazma issiqlik miqdorini oson yo`qotadi: elektronlar va ionlar idish devorlariga issiqlikni tez uzatadi. Natijada plazmaning temperaturai pasayadi va rekombinatsiya jarayoni boshlanadi. Demak plazmani muntazam saqlab turish uchun yoki unga tashqaridan doimo issiqlik miqdori berib turish kerak, yoki qurilma devorlaridan ajratish kerak.
Agar plazma magnit maydoniga joylashtirilsa, elektronlar va ionlar parma uchlariga o`xshash traektoriyalar bo`ylab harakat qila boshlaydi. Bunda elektron bir yo`nalishda, ion bo`lsa unga teskari yo`nalishda harakatlanadi.
Agar kuch chiziqlari plazmani har tomondan o`rab turadigan magnit maydoni hosil qilinsa, ya’ni u magnit turi vazifasini o`tay olsa, plazmani issiqlik uzatishdan saqlash masalasi echilgan bo`lardi. Aslida bu juda murakkab muammo bo`lib, uning echilishi termoyadro sintezini boshqarish muammosi bilan bog’liqdir.
Plazmaning qo`llanilishi. Plazma keng qo`llanilishi mumkin bo`lgan sohalardan biri insoniyatni ulkan miqdordagi energiya bilan ta’minlashi mumkin bo`lgan termoyadro sintezini boshqarishdir. 1969 yilda I.Kurchatov nomidagi atom energiyasi institutida “Tokamak” nomli qurilma yaratildi. Unda plazmadan foydalanilib, termoyadro reaktsiyasining dastlabki belgilari olindi. Lekin hali bu soxada ko`plab izlanishlar olib borilishi taqozo qilinadi. Plazmadan foydalanishning yana bir istiqbolli soxasi magnitogidrodinamik o`zgartirgich yasash
(qisqacha MGD o`zgartirgich). Uning vazifasi gazning issiqlik energiyasini bevosita elektr energiyaga aylantirishdir.
Yuqori temperaturali plazma oqimi kuchli magnit maydoniga yo`naltiriladi (rasm tekisligiga perpendikulyar yo`naltirilgan). Magnit maydoni esa plazmani ikkita tashkil etuvchi: musbat va manfiy zarralar oqimiga ajratadi. Ular esa turli plastinkalarga o`tib potentsiallar farqini hosil qiladi. Plazma lazer hosil qilishda, metallarni kesishda va payvandlashda, qoplamalar hosil qilishda foydalaniladi.
Barcha yulduzlar, jumladan quyosh ham, yulduzlar atmosferasi, galaktikadagi tumanliklar va yulduzlararo muhitlar moddaning to`rtinchi holati – plazmadan iboratdir. Er ham plazma qobiq – ionosfera bilan o`ralgan. Magnit bo`ronlari va qutb yog`dusi ham er atrofidagi plazmaga bog’liq. Radioto`lqinlarning ionosfera plazmasidan qaytishi Yerda uzoq masofaga radioaloqa o`rnatishga imkon beradi.
Plazma fizikasini o`rganish kosmosda ro`y beradigan jarayonlarni o`rganish uchun ham muxim ahamiyatga ega. Chunki quyosh sistemasining hamma joyida “plazma shamollari” mavjud bo`lib, ba’zida ular shu qadar kuchli bo`ladiki kosmanavtlar uchun ma’lum havf tug`dirishadi.
Xulosa qilib shuni aytish mumkinki, plazma fizikasi fanining yutuqlari texnikada juda keng qo`llanilishi mumkin.
Xulosalar: Ionlashgan gazda erkin elektronlar, musbat va manfiy ionlar mavjud bo`ladi. Gazdan elektr tokining o`tishiga gaz razryadi deyiladi. Gazda tokning tashqi ionlashtiruvchi ta’sirida vujudga kelishiga nomustaqil gaz razryadi deyiladi Tashqi ionizatorning ta’siri tugagandan keyin ham davom etadigan razryadga mustaqil gaz razryadi deyiladi.
Gazdan o‘tayotgan tok kuchining qo‘yilgan elektr maydon kattaligiga — elektr kuchlanishga qanday bog‘liqligini ko‘rib chiqaylik. Buning uchun sxemasi 125-rasmda tasvirlangan elektr zanjirni yig‘aylik. A anod va K katodlarni yassi kondensator qop- lamalari kabi bir-biriga parallel ravishda o‘rnataylik. Anod va katod orasidagi kuchlanish V voltmetr bilan, anod va katod orasidagi gaz (havo)dan o‘tayotgan tok kuchi A ampermetr bilan o‘lchanadi. R reostat yorda- mida anod va katod orasidagi kuchlanishni o‘zgartira borish mumkin. Anod va katod orasidagi havoni doimiy ravishda ionlashtirib turish uchun I ionizator o‘rnatilgan. Ioni- zatorning uzluksiz chaqnab turishidan anod va katod orasidagi havo qiziydi va ionlashadi. Ionizator yoqilgandan keyin biroz vaqt o‘tgach, ionlashish va rekombinatsiya o‘rtasida dinamik muvozanat qaror topadi. Elektr zanjirdagi kalitni ulab, kuchlanish- ni asta-sekin oshira boramiz. Anod va katod orasidagi elektr kuchlanish ortishi bilan hosil bo‘lgan tok kuchi ham orta boradi. Chunki, kuchlanish ortganda, birlik vaqt ichida zaryad tashuvchilarning anod va katodga yetib borishi ham ortadi. Havodan o‘tayotgan tokning kuchla- nishga bog‘liq holda o‘zgarishi 126-rasmda ko‘rsatilgan. Kuchlanishni oshira borishda shunday payt keladiki, bunda kuchlanish ma’lum qiymatga yetgach, tok kuchi oshmasdan o‘zgarmas bo‘lib qoladi, ya’ni tok to‘yi- nish qiymatga erishadi. Tok kuchining bunday qiymati to‘yinish toki I t deyiladi. Tok kuchining to‘yinishiga sabab nima? Kuchlanish past bo‘lganda, anod va katod orasida birlik vaqt ichida hosil bo‘layotgan zaryadlarning bir qismigina anod va katodga yetib IV bob. Turli muhitlarda elektr toki 125-rasm A K I 126-rasm A I I t 0 U m U 101 boradi. Kuchlanish ortishi bilan anod va katodga yetib boradigan zaryadlar soni ortib boradi. Kuchlanish ma’lum qiymatga erishganda, havoda hosil bo‘lgan zaryadlarning hammasi anod va katodga yetib boradi. Agar ionizator o‘chirilsa, shu zahoti zanjirda tok kuchining qiymati nolga teng bo‘lib qoladi. Chunki, elektr razryad to‘xtaydi. Anod va katod orasidagi havoda ionizatorsiz mustaqil ravishda razryad bo‘lmaydi. Ionizator ta’siri to‘xtatilishi bilan to‘xtaydigan razryad nomustaqil razryad deb ataladi. Mustaqil razryad Agar anod va katod orasidagi kuchlanish oshirib borilaversa nima bo‘ladi? 125-rasmda ko‘rsatilgan tajribani davom ettirib, kuchlanishni yanada oshirib boraylik. Kuchlanish ma’lum U m katta qiymatga yetganda tok kuchi keskin orta boshlaydi (126-rasm). Bunga sabab nima? Anod tomon harakatlanayotgan elektronlar o‘z yo‘lida gazdagi neytral atom bilan ko‘p marta to‘qnashadi. Elektronlarning tezligi kichik bo‘lganda, uning kinetik energiyasi ham kichik bo‘ladi. Kichik energiyali elektronlar bilan to‘qnashganda neytral atomlar ionlarga aylanmaydi. Kuchlanish ortishi bilan gazda hosil bo‘lgan elektronlarning anodga tomon harakat tezligi ham orta boradi. Kuchlanish orttira borilsa, elektronlar shunday tezlikka erishadiki, ularning kinetik energiyasi o‘z yo‘lida to‘qnashgan neytral atomlar elektronini urib chiqarishga, ionlashtirishga yetarli bo‘ladi. Hosil bo‘lgan yangi erkin elektron katta kuchlanishli maydonda katta tezlikka erishib, boshqa ion va elektronlarni hosil qila boradi. Shu zaylda gazning ionlashishi keskin ortadi. Bu esa tok kuchining ham keskin ortishiga sabab bo‘ladi. Agar tashqi ta’sir — ionizator o‘chirib qo‘yilsa ham, gazning ionla- shishi to‘xtamaydi. Elektr razryad ionizator ta’sirisiz ham mustaqil ra- vishda davom etaveradi. Ionizator ta’siri to‘xtatilganda ham davom etaveradigan razryad mustaqil razryad deb ataladi. Gaz razryadidagi musbat ionlar katod tomon harakat qiladi. Katta tezlikka ega bo‘lgan musbat ionlar katodga zarb bilan urilib, katoddan elektronlarni urib chiqaradi. Bu elektronlar ham yangi atomlarning ionlashishida va elektr o‘tkazuvchanlikda ishtirok etadi. 1. 125-rasmda tasvirlangan tajriba tafsilotini bayon qilib bering. 2. Anod va katod orasidagi kuchlanish ma’lum qiymatga erishganda, nima sababdan tok o‘zgarmas qiymatga ega bo‘lib qoladi?