Wikipedistka:Naďa Čel/Pískoviště
Elektrický proud v plynech se vyskytuje pouze za určitých podmínek, které v plynu způsobí vznik volných částic s elektrickým nábojem (elektronů nebo iontů). Podmínkami elektrické vodivosti plynů jsou silné elektrické pole, radioaktivní záření, vysoká teplota nebo nízký tlak plynu. Za těchto podmínek dochází k ionizaci plynu a ten je pak schopen vést elektrický proud. Děj, který v něm probíhá, označujeme jako elektrický výboj nebo elektrický oblouk.
Joseph John Thomson byl anglický experimentální fyzik, který v roce 1897 objevil elektron při studiu elektrické vodivosti plynů, přesněji vlastností katodového záření. Za tento objev, kterým započala éra částicové fyziky, obdržel v roce 1906 Nobelovu cenu za fyziku.
Ernst Rutherford je považován za objevitele ionizujícího záření a zakladatele jaderné fyziky. Ionizující záření je souhrnné označení pro záření, jehož kvanta mají energii postačující k ionizaci atomů nebo molekul ozářené látky. Ionizující záření vzniká při radioaktivním rozpadu, vlivem kosmického záření nebo jej lze vytvořit uměle. Za své objevy obdržel v roce 1908 Nobelovu cenu za chemii.
Ionizace plynu[editovat | editovat zdroj]
Plyny jsou za normálního tlaku a teploty tvořeny elektricky neutrálními molekulami, jejich elektrická vodivost je zanedbatelná a jsou proto velmi dobrými izolanty. Při ionizaci se z elektricky neutrální molekuly uvolňují elektrony a zbytek molekuly tvoří kladný iont. Elektrony se mohou zachytit na neutrálních molekulách a vznikají záporné ionty. Minimální energie potřebná k odtržení jednoho elektronu se nazývá ionizační potenciál (ionizační energie). Je to minimální energie, kterou musí mít dopadající částice, aby mohlo dojít k ionizaci a vytvoření kationtu. Při připojení elektronu k atomu dojde naopak k uvolnění energie, která se nazývá elektronová afinita.
Opačný děj k ionizaci plynu je rekombinace iontů, které s spojují a vytvářejí opět neutrální molekuly plynu. Oba děje často probíhají současně. Pokud trvá ionizace plynu, nastane rovnovážný stav mezi ionizací a rekombinací. Počet nosičů proudu je pak relativně stálý a tomu odpovídá určitá elektrická vodivost plynu. Přestanou-li na plyn působit vlivy, které vedou k ionizaci, nosiče náboje zanikají a plyn se stává nevodivým.
Při dostatečně vysokých teplotách probíhá v plynu převážně ionizace nárazem a plyn přechází do nového stavu označovaného jako plazma – částečně nebo zcela ionizovaný plyn, v němž je hustota kladných a záporných iontů prakticky stejná. Proto se plazma jako celek jeví elektricky neutrální. Podobu plazmatu má především látka ve vesmíru, která se nachází nejen v mezihvězdném prostoru, v němž má velmi malou hustotu (průměrně méně než jeden atom na cm3), ale tvoří nitro Slunce a hvězd. Naše Země je obklopena vrstvou ionizovaného plynu, označovaného jako ionosféra.
Ionizační energie[editovat | editovat zdroj]
Ionizační energii (ionizační potenciál) potřebnou k odtržení elektronů dodávají ionizační činidla - ionizátory. Může to být vliv silného elektrické pole, vysoká teplota nebo nízký tlak plynu. V přírodních podmínkách je to nejčastěji dopadající elektromagnetické záření, tedy fotony. Vzduch je vždy alespoň částečně ionizován účinkem kosmického záření a radioaktivity zemské kůry. Běžně vzniká a zaniká v 1 cm3 vzduchu každou sekundu přibližně 10 kladných iontů a elektronů.
Vodivost plynů[editovat | editovat zdroj]
Na ionty v elektrickém poli působí elektrické síly, které jsou příčinou uspořádaného pohybu iontů. Tento pohyb však není jednoduchý. Působením elektrické síly iont koná zrychlený pohyb, zvětšuje se jeho rychlost, a tedy i energie. Poněvadž se urychlené ionty pohybují v prostředí, v němž jsou i neutrální molekuly, dochází k jejich vzájemným srážkám. Ionty předávají při srážkách molekulám energii, která má za následek ionizaci molekul. Nastává ionizace nárazem. Tak vznikají další nosiče proudu, vodivost plynu se zvětšuje a plynem prochází větší proud.
Podle podmínek, za nichž plynem prochází proud, rozlišujeme nesamostatný výboj plynu, který nastává v případě, kdy je ionizace plynu vyvolána vnějším působením. Jestliže toto působení zanikne, zanikne i výboj v plynu a samostatný výboj plynu, který je podmíněn ionizací nárazem a udrží se i bez vnějšího působení.
Elektrický výboj[editovat | editovat zdroj]
Elektrický výboj (též bleskový výboj, jiskrový výboj) vzniká působením silného elektrického pole, které způsobí vytrhávání elektronů z atomů a molekul plynu (ionizaci plynu). Elektrický proud za této podmínky je tvořen směsí volných elektronů, kladných a záporných iontů v plynu. Elektrický výboj trvá většinou krátce (do doby vybití vnějšího elektrického pole), ale může jít o velmi velký vyrovnávací zkratový proud, protože se jedná o krátkodobé uvolnění nahromaděné potenciální elektrické energie a volných nábojů. Elektrický výboj pozorujeme při bouřce jako blesk, kolem elektrického vedení s vysokým napětím jako korónu, při spínání nebo vypínání silnoproudých elektrických obvodů nebo při vzájemném tření umělohmotných kusů oblečení.
Elektrický výboj (doutnavý výboj) za nízkého tlaku je způsoben snížením tlaku v plynu (vyčerpáním částic), kdy dojde ke zvětšení střední volné dráhy částic plynu. Tím mohou částice dosáhnout větší rychlosti a kinetické energie, která je dostatečná pro ionizaci plynu. Tento elektrický výboj se vyvolává v trubicích s vyčerpaným vzduchem (katodové trubice), případně naplněné nějakým plynem. Různé druhy plynu a různé tlaky vyvolávají různé světelné jevy, které se využívají například ve výbojkách, zářivkách a doutnavkách.
Elektrický oblouk[editovat | editovat zdroj]
Elektrický oblouk vzniká při vysokých teplotách, které dodají částicím plynu velkou kinetickou energii a při jejich nárazech může docházet k vyrážení elektronů z atomů nebo molekul. Elektrický oblouk objevili nezávisle na sobě Brit Humphry Davy roku 1801 a Rus Vasilij Vladimírovič Petrov roku 1803.
Elektrický oblouk se vyznačuje velmi jasným světelným zářením, které se využívá v obloukových lampách. Vysoké teploty elektrického oblouku se rovněž využívá při obloukovém svařování, řezání plechů nebo v elektrických tavících pecích.
Odkazy[editovat | editovat zdroj]
Reference[editovat | editovat zdroj]
V tomto článku byly použity překlady textů z článků Electric current na anglické Wikipedii a Elektrischer Strom na německé Wikipedii.
V tomto článku byly použity překlady textů z článků Ionization na anglické Wikipedii a Ionisation na německé Wikipedii.