Dòng điện trong chất khí là gì? Sơ đồ tư duy và ứng dụng

Dòng điện trong chất khí là gì? Sơ đồ tư duy và ứng dụng
5 (100%) 1 vote

Chúng ta đều biết rằng dòng điện chạy trong những môi trường khác nhau sẽ có các tính chất khác nhau và đối với dòng điện trong chất khí cũng vậy. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn bản chất dòng điện trong chất khí là gì cũng như điều kiện để có dòng điện trong chất khí và ứng dụng của nó.

Chất khí là gì?

Chất khí ở áp suất khí quyển là chất có tính cách điện cực kỳ tốt. Trong mỗi chất khí hầu như không có những thành phần chứa điện tích. Vậy điều kiện để có dòng điện trong chất khí là gì? 

Trong trường hợp trong chất khí được tạo ra các ion (ion hóa chất khí) thì chất khí mới chứa dòng điện. Chẳng hạn như có sự tạo thành các ion bởi nhiệt (sự tạo thành những ion trong ngọn lửa) hay là có sự chiếu rọi chất khí bằng những tia tử ngoại hay tia gamma, tia rơnghen không khí sẽ có tính dẫn điện không duy trì.

Chất khí là gì? Dòng điện trong chất khí là gì?
Chất khí là gì? Dòng điện trong chất khí là gì?

Các hạt mang điện sẽ được tăng tốc và va chạm với các phân tử trung hòa có trong chất khí (thường là chất khí loãng). Khi đó, chúng sẽ ion hóa các phân tử trung hòa này đồng thời sản sinh ra chất dẫn điện tự duy trì mà không cần có nguồn ion hóa phụ. Tất cả các điều trên sẽ là điều kiện để tạo ra dòng điện trong chất khí.

Định nghĩa dòng điện trong chất khí là gì?

Tìm hiểu bản chất dòng điện trong chất khí là gì?
Tìm hiểu bản chất dòng điện trong chất khí là gì?

 

Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của những ion dương theo chiều điện trường và những ion âm, các electron ngược chiều điện trường. Những hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa mà sinh ra.

 

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

  • Tìm hiểu sơ đồ tư duy dòng điện trong chất khí

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Như trong phần mô tả dòng điện trong chất khí là gì chúng ta đều đã biết quá trình chất dẫn điện của chất khí là quá trình dẫn điện không tự lực. Quá trình này chỉ xảy ra khi những hạt tải điện được đưa vào khối khí ở giữa hai bản cực. Và ngược lại, nó ngừng khi ta không đưa hạt tải điện vào nữa.

Khi thay đổi hiệu điện thế U ở giữa 2 bản cực và ghi lại dòng điện I dịch chuyển qua chất khí ta sẽ thấy được quá trình dẫn điện không tự lực và không tuần hoàn theo định luật Ôm. Quá trình này được chia thành 3 đoạn rõ rệt sau:

  • Đoạn Oa: Có U nhỏ và dòng điện I sẽ tăng theo U.
  • Đoạn ab: Có U đủ lớn và dòng điện đạt được giá trị bão hòa. Khi đó, dòng điện I sẽ không thay đổi khi U tăng lên.
  • Đoạn bc: U quá lớn và I sẽ tăng theo khi U tăng. Điều này chứng minh rằng khi hiệu điện thế ở mức quá lớn thì khi nó tăng lên sẽ khiến điện trở của chất khí giảm và mật độ của hạt tải điện có sự tăng lên.
Thí nghiệm dòng điện trong chất khí. 
Thí nghiệm dòng điện trong chất khí.

Quá trình dẫn điện tự lực của chất khí 

Quá trình dẫn điện của chất khí hoàn toàn có thể duy trì được nên bạn không nhất thiết cần phải đưa liên tục hạt tải điện vào. Quá trình dẫn điện này gọi là quá trình dẫn điện tự lực. Có 4 cách chính để dòng điện có thể tạo ra các hạt tải điện trong chất khí gồm:

  • Dòng điện chạy qua chất khí khiến nhiệt độ khí tăng rất cao làm các phân tử khí bị ion hóa.
  • Điện trường trong chất khí rất lớn làm phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ ở mức thấp.
  • Catot bị nung nóng đỏ bởi dòng điện có thể phát ra electron. Đây được gọi là hiện tượng phát xạ điện tử. 
  • Catot dù không bị nóng đỏ nhưng bị những ion dương có năng lượng lớn đập vào. Theo đó, các electron sẽ bị bật ra khỏi catot và trở thành các hạt tải điện.

Tùy vào từng cơ chế sinh hạt tải điện mới trong chất khí mà ta có những kiểu phóng điện tự lực khác nhau. Thông thường chúng ta hay bắt gặp 2 kiểu phóng điện tự lực là tia lửa điện và hồ quang điện.

Xem thêm: Tiết diện dây dẫn là gì? Bảng chọn tiết diện dây dẫn theo công suất

  • Ứng dụng của dòng điện trong chất khí như thế nào?

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

Ứng dụng của dòng điện trong chất khí tạo ra tia lửa điện

Dòng điện trong chất khí được ứng dụng phổ biến trong động cơ đốt trong.
Dòng điện trong chất khí được ứng dụng phổ biến trong động cơ đốt trong.

 

Tia lửa điện là sự phóng điện tự lựa trong chất khí diễn ra ở giữa 2 điện cực khi điện trường đủ mạnh. Quá trình này biến những phân tử khí trung hòa thành những hạt bị ion hóa (các hạt mang điện). Cụ thể hơn, phân tử khí trung hòa sẽ chuyển thành ion dương (+) và các electron tự do.

Để tạo ra tia lửa điện cần đáp ứng điều kiện là điện trường áp vào vượt quá cường độ đánh thủng điện môi của môi trường ngăn chặn. Trong không khí, cường độ đánh thủng mang giá trị khoảng 3.106 V/m ở mực nước biển. Hơn nữa, để tạo ra tia lửa điện còn cần có môi trường cách điện và cần có điện tích tự do tồn tại giữa 2 điện cực.

Tia lửa điện được ứng dụng trong động cơ để đốt xilanh, cụ thể là đối với hỗn hợp xăng và không khí. Trong động cơ này, bugi là bộ phận có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện. Bộ phận này gồm 2 điện cực đặt sát cạnh nhau trên một khối sứ có khả năng cách điện.

Hình ảnh bugi phóng tia lửa điện.
Hình ảnh bugi phóng tia lửa điện.

Thêm nữa, tia lửa điện còn được sử dụng trong công nghệ gia công. Phương pháp gia công ứng dụng tia lửa điện chính là sử dụng các tia này phóng lên trên bề mặt cần gia công. Sự tác động của các tia lửa điện khiến bề mặt gia công bốc hơi hoặc nóng chảy. Đây được gọi là quá trình điện nhiệt. Đặc biệt, tia lửa điện còn được sử dụng để giải thích hiện tượng sét xảy ra trong tự nhiên.

Ứng dụng dòng điện tạo ra hồ quang điện

Hồ quang điện cũng là khái niệm chỉ quá trình phóng điện tự lực xảy ra ở chất khí. Tuy nhiên, quá trình này lại xảy ra ở điều kiện áp suất thường hoặc áp suất thấp. Chúng tồn tại ở giữa 2 điện cực có hiệu điện thế không quá lớn.

Dòng điện trong chất khí được ứng dụng trong việc tạo ra hồ quang điện.
Dòng điện trong chất khí được ứng dụng trong việc tạo ra hồ quang điện.

Điều kiện để diễn qua quá trình hồ quang điện là dòng điện qua chất khí giữ được nhiệt độ cao ở catot. Điều này sẽ giúp cho catot phát ra các electron nhờ hiện tượng phát xạ nhiệt electron. Thêm nữa là có một điện trường đủ mạnh giữa 2 điện cực để ion hóa không khí.

Hồ quang điện hữu ích đặc biệt khi sử dụng trong quá trình luyện thép. Lúc đó, bạn chỉ cần duy trì dòng hồ quang có độ cháy ổn định. Ngoài ra, hồ quang điện còn được ứng dụng trong nấu chảy vật liệu, làm đèn sáng hay hàn điện,….

Những điều trên là một số thông tin mà mayruaxegiadinh.com.vn tổng hợp được về dòng điện trong chất khí. Hy vọng thông qua bài viết này các bạn cũng hiểu thêm được về dòng điện trong chất khí là gì cũng như biết được về bản chất của các tia lửa điện và hồ quang điện. Cùng tìm hiểu nhiều kiến thức hữu ích khác tại đây nhé!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *