Transcript Vedení el. proudu v plynech - Integrovaná střední škola technická

Název školy
Integrovaná střední škola technická, Vysoké Mýto, Mládežnická 380
Číslo a název projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0374
Inovace vzdělávacích metod EU - OP VK
Číslo a název klíčové aktivity
III/2 inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Autor
Mgr. Jiří Čapek
Číslo materiálu
VY_32_INOVACE_FYZ_2U_CA_15_10
Název
Vedení elektrického proudu v plynech
Druh učebního materiálu
Prezentace
Předmět
Fyzika
Ročník
druhý
Tématický celek
elektřina a magnetismus
Anotace
Zákonitosti vedení el. proudu v plynech a jeho využití
Metodický pokyn
Použít promítnutí pomocí dataprojektoru, 35 min
Klíčová slova
výboj v plynu, samostatný a nesamostatný výboj, korona, el. oblouk, jiskrový výboj, doutnavý výboj,
doutnavky,výbojky, zářivky
Očekávaný výstup
Žák umí vysvětlit způsob vedení el. proudu v plynech, zná důsledky tohoto procesu a jejich využití v
průmyslu.
Datum vytvoření
10. 2. 2014
Vedení el. proudu v plynech
Aby vznikl el. proud v plynech musí v nich být volní nositelé el. náboje.
Plyny za normálních podmínek nositele el. náboje nemají, nebo jen velmi málo, a proto
jsou izolanty.
Nositelé el. náboje v plynech vzniknou tzv. ionizací.
Ionizace probíhá tak, že dodáním energie se některé molekuly plynu „rozpadnou“ a
vznikne volný elektron a kation. Následně může nastat, že elektron se „přichytí“ k jiné
molekule a vznikne anion.
Proces probíhá současně i opačně a nazývá se rekombinace.
Elektrický proud v plynech je tedy realizován pomocí iontů a
elektronů.
Vedení el. proudu v plynu nazýváme výboj v plynu.
Vedení el. proudu v plynech
Rozdělení výbojů
Podle vzniku nosičů el. náboje:
Nesamostatný výboj – vznik iontů a elektronů je způsoben vnějším zdrojem tzv.
ionizátorem, elektrický proud prochází pokud působí tento ionizátor,jinak převládne
rekombinace nad ionizací a výboj ustává. Zdrojem energie může být záření (UV, RTG, gama)
nebo teplo.
Samostatný výboj – vznik iontů nárazem – při dostatečně silném elektrickém poli ionty
nebo elektrony urychlené tímto polem narážejí na dosud neutrální molekuly (atomy), a z
nich vznikají nové ionty a elektrony, vzniká lavinová ionizace.
Podle velikosti tlaku
Za normálního tlaku
Za sníženého tlaku
Samostatný výboj podle velikosti proudu za normálního tlaku
Korona – nejmenší proud
Obloukový
Jiskrový - největší krátkodobý proud
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za normálního tlaku
a) Korona
Je to počínající samostatný výboj vznikající v okolí elektrody, kde napětí u povrchu
dosahuje dostatečné velikosti aby se spustila ionizace nárazem, což jsou plochy
s malým poloměrem zakřivení (hroty).
Projevuje se slyšitelným praskáním a modro-fialovo-červeným světlem kolem povrchu.
Dříve nazývána také jako „Eliášovo světlo“.
Využití: žádné, spíše komplikuje svojí existencí rozvod el. energie.
b) Obloukový výboj
Vzniká následkem krátkého dotyku elektrod, při kterém se konce elektrod rozžhaví
a následným oddálením, v důsledku vysoké teploty a uvolněných elektronů,
v plynu vzniká lavinová ionizace nárazem.
Využití: obloukové svařování, oblouková pec, oblouková lampa, vysokotlaké výbojky
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za normálního tlaku
c) Jiskrový výboj
Nastává jestliže napětí mezi elektrodami je dostatečně vysoké, aby intenzita pole
spustila lavinovou ionizaci. Současně zdroj není schopen udržet vysoké napětí trvale.
Procházející proud je velmi vysoký a vzniká i velké teplo.
Využití: elektrojiskrové obrábění, zážehové motory.
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za sníženého tlaku
Probíhají v uzavřeném prostoru, kde je plyn s menším tlakem ( „zředěný“).
Ve zředěných plynech lze dosáhnout výboje mnohem nižším napětím ,
než za normálního tlaku, neboť ionty mají mnohem větší volnou dráhu a získávají
větší kinetickou energii potřebnou k ionizaci nárazem.
Tento výboj nazýváme doutnavý.
Při tomto výboji procházejí menší proudy než za normálního tlaku.
Výboj - proud v plynu - je veden dvěma druhy částic kladnými ionty a elektrony.
Doutnavý výboj doprovázen dvěma světelnými efekty:
1) katodové doutnavé světlo v blízkosti katody (modravé barvy)
2) anodové světlo vyplňující téměř celý zbytek trubice. Barva závisí na druhu plynu v trubici.
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za sníženého tlaku
Využití:
signalizační doutnavky
Procházející proud je minimální.
K zahájení výboje je ale třeba určitého
zápalného napětí (80 – 150 V)
Elektrody jsou blízko takže prostor pro světlo
je minimální.
Obvykle pracují na střídavé napětí. Takže
katodové světlo vydávají obě elektrody.
Zdroj :http://racvonka.cz/images/doutnavky.jpg
zdroj:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Phasenpruefer_im_einsatz.jpg
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za sníženého tlaku
Využití:
Výbojky
Slouží především jako zdroj světla
Naplněny obvykle sodíkem .
Zdroj:
Anodové světlo má barvu podle http://www.oehling.cz/data/imgs/54/0025954m.jpg
plynu, který je ve výbojce.
Dnes obvykle sodík.
Zdroj: http://www.vybojky-zarovky.cz/01/konstrukce2.jpg
V minulosti se používal neon, který má
jasně červené světlo do výbojek pro
reklamní účely – odtud označení
„světla neonů“.
Zdroj: http://www.vybojka.eu/img/p/405-3017-thickbox.jpg
Vedení el. proudu v plynech
Výboje za sníženého tlaku
Využití:
Zářivky
Jsou to speciální výbojky.
Obsahují páry rtuti a argon.
Při doutnavém výboji vzniká ultrafialové záření.
To dopadá na luminofor, který je na stěnách zářivkové trubice, a ten přemění
ultrafialové záření na záření viditelného světla.
Vznik doutnavého výboje
je nutno nastartovat s dodáním
volných elektronů pomocí
termoemise nažhavením
elektrod a startovacím napětím.
Proto se u zářivek používají
doplňkové součástky – startéry,
které tento proces zajistí.
Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Fluorescent_lamp-function.gif