Gāzizlāde

Gāzizlāde ir procesu kopums, kas norisinās gāzē, kurā plūst elektriskā strāva.

Gāzes jonizācija

Parasti gāze elektrisko strāvu nevada, jo tās molekulas vai atomi ir neitrāli. Gāzes elektrovadītspēju var palielināt, jonizējot neitrālos atomus, tas ir, sadalot tos pozitīvajos jonos un elektronos. Šādi radušies elektroni var pievienoties neitrālajiem atomiem un pārvērst tos par negatīvajiem joniem. Līdzās jonizācijai norisinās tai pretējs process rekombinācija — neitrālu atomu vai molekulu rašanās, savstarpēji pievelkoties un apvienojoties pretēju zīmju joniem vai pozitīvajiem joniem pievienojot elektronus.

Lai neitrālu atomu jonizētu, tam jāpievada jonizācijas enerģija, ar kuru tiek pārvarēts atoma kodola un tā elektronu pievilkšanās spēks. Jonizācijas enerģiju atomam var pievadīt mehāniskās enerģijas, siltuma vai elektromagnētiskā starojuma veidā, šīs enerģijas pievadītāju sauc par jonizatoru. Jonizatora darbības laikā gāzē pastāv dinamisks līdzsvars starp laika vienībā jonizēto un rekombinējušos daļiņu pāru skaitu. Jonizatora darbībai beidzoties, turpinās tikai rekombinācija un gāze atkal kļūst par dielektriķi.

Triecienjonizācija ir norise, kurā jonizēto atomu skaits lavīnveidā pieaug, jonizētajai gāzei atrodoties elektriskajā laukā, kurš paātrina brīvās lādētās daļiņas.

Pilnīgi jonizētu gāzi, kurā apmēram vienādās koncentrācijās ir pozitīvie un negatīvie joni, sauc par gāzveida plazmu.

Nepatstāvīgā izlāde

Nepatstāvīgā izlāde pastāv tad, ja gāzi jonizē ārējs jonizators. Ārējā jonizatora darbībai izbeidzoties, izbeidzas nepatstāvīgā izlāde. Tās piemērs ir izlāde stikla caurulē starp diviem plakaniem metāla elektrodiem, kad gāzi jonizē elektromagnētiskais starojums. Pozitīvie joni pārvietojas katoda virzienā, elektroni pārvietojas anoda virzienā. Palielinot starpelektrodu spriegumu, strāvas stiprums pieaug tam proporcionāli. Taču, palielinot spriegumu līdz tam, kad visi jonizācijas procesā radušies elektroni un joni sasniedz elektrodus, nepaspēdami sadurties un rekombinēties, strāvas stiprums vairs nepalielinās. Šādu strāvu, kas nav atkarīga no sprieguma, sauc par sātstrāvu. Spriegumam kļūstot lielākam par aizdedzināšanas spriegumu, sākas gāzes triecienjonizācija, kuras laikā gāzes stabs mirdz; strāvas stiprums lavīnveidā pieaug, un nepatstāvīgā izlāde pārvēršas patstāvīgajā izlādē.

Patstāvīgā izlāde

Pāreja no mirdzizlādes uz lokizlādi argonā, palielinot gāzes spiedienu

Patstāvīgā izlāde ir izlāde gāzē, kura norisinās bez ārēja jonizatora.

Mirdzizlāde

Pamatraksts: Mirdzizlāde

Mirdzizlāde novērojama zemspiediena gāzē (aptuveni 130 Pa jeb 1 mm Hg), ja starp elektrodiem ir elektriskais lauks. Parasti elektriskā lauka intensitāte nepārsniedz dažus tūkstošus V/m un strāvas blīvums gāzē ir ir daži A/cm²; šādos apstākļos gāze un elektrodi jūtami nesasilst, tādēļ izlādi sauc par auksto izlādi, kuru var novērot, piemēram, stikla caurulē starp metāla elektrodiem. Mirdzizlāde var sākties starp tuvu esošiem elektrodiem pat ar dažu desmitu V spriegumu.

Mirdzizlādē telpā starp elektrodiem var novērot katoda tumšo telpu katoda tiešā tuvumā (sastāv no vairākām tumšām un gaišām joslām) un mirdzošo pozitīvo stabu. Spriegums starpelektrodu telpā sadalās nevienmērīgi — katoda tumšajā telpā ir liels sprieguma kritums un elektriskā lauka intensitāte tur ir vislielākā, mirdzošajā pozitīvajā stabā sprieguma kritums ir mazs un elektriskā lauka intensitāte ir neliela.

Mirdzizlādi nosaka galvenokārt sekundāro elektronu emisija (elektronu emisija, kas rodas, metāla virsmu bombardējot ar elektroniem un joniem) no katoda un gāzes atomu triecienjonizācija sadursmēs ar elektroniem. Katoda telpas elektriskais lauks paātrina pozitīvos jonus, kuri triecas pret katodu un "izsit" sekundāros elektronus, tad šis lauks paātrina sekundāros elektronus, kuri jonizē gāzes atomus visā pozitīvajā stabā un izveido tur mirdzošu plazmu. Plazmas pozitīvo jonu masa ir salīdzinoši liela, un tie katoda tumšajā telpā pārvietojas lēnāk nekā elektroni, tāpēc katoda telpā ir daudz vairāk pozitīvo jonu nekā elektronu un tur veidojas nekompensēts pozitīvo jonu mākonis.

Mirdzizlādi izmanto apgaismošanā: dienas gaismas spuldžu luminoforus ierosina dzīvsudraba tvaika mirdzizlāde, reklāmās sarkano gaismu rada mirdzizlāde neonā, zilzaļo — argonā un citas gaismas rada mirdzizlāde citās gāzēs.

Koronizlāde

Pamatraksts: Koronizlāde

Koronizlāde visbiežāk novērojama gaisā normālā atmosfēras spiedienā, ja viens no elektrodiem ir smails. Jo smailāks elektrods, jo lielāks tā virsmas lādiņa blīvums un lielāka elektriskā lauka intensitāte, kurai sasniedzot 3 ⋅10⁶ V/m, sākas gaisa triecienjonizācija.

Koronas izlāde izpaužas kā gāzes vāja spīdēšana un klusa šņākoņa. Koronas izlādi, kura notiek atmosfēras elektrības ietekmē iezemētu vadītāju smaiļu tuvumā, vēsturiski sauc par svētā Elma ugunīm (tās novēroja, piemēram, uz kuģu mastiem).

Elektroenerģijas pārvades līnijās tiek ņemta vērā koronas izlāde, kas var notikt starp augstsprieguma vadiem, jo tā rada elektroenerģijas zudumus, tāpēc, lai nebūtu jāpalielina vadu diametrs, katru vadu veido trīs paralēli savienoti vadi, kuri novietoti viens no otra vienādā attālumā.

Lokizlāde

Pamatraksts: Lokizlāde

Lokizlāde novērojama, ja strāvas blīvums ir lielāks par 10 A/cm², tā norisinās plašā strāvu diapazonā, sākot ar dažiem un beidzot ar vairākiem tūkstošiem A, turpretī spriegums lokā starp elektrodiem parasti nepārsniedz dažus desmitus V.

Visvieglāk lokizlādi var iegūt starp diviem horizontāliem ogles elektrodiem, pārtraucot to kontaktu — starp tiem rodas spilgts lokveida kanāls, anoda stienī izveidojas padziļinājums, kurā gāzes temperatūra sasniedz 4000 °C, bet katoda stienis kļūst smails un tā virsmas temperatūra sasniedz 3500 °C. Augstā starpelektrodu telpas temperatūra izraisa gāzes termojonizāciju, gāze pārveršas plazmā. Plazmas pozitīvie joni, triecoties pret katoda virsmu, sakrsē katodu un izraisa gan termoelektronu emisiju, gan sekundāro elektronu emisiju. Elektroni, triecoties pret anoda virsmu, sakarsē to, un ogle iztvaiko. Karstā plazma starpelektrodu telpā konvekcijas dēļ ceļas augšup un izveido spožu loku.

Lokizlādi izmanto metālu kausēšanā, metināšanā, griešanā. Augstspiediena dzīvsudraba loka lampu ar kvarca balonu izmanto kā ultravioletā starojuma avotu.

Dzirksteļizlāde

Pamatraksts: Dzirksteļizlāde

Dzirksteļizlāde notiek cietā, šķidrā un gāzveida dielektriķī (dielektriķa caursišana), tā notiek, elektriskā lauka intensitātei sasniedzot konkrētajam dielektriķim noteiktu lielumu. Gaisa caursišana normālā spiedienā un istabas temperatūrā sākas, ja elektriskā lauka intensitāte sasniedz 3 ⋅10⁶ V/m. Tā norisinās pa spīdošu, līkumotu un sazarotu strāvu vadošu kanālu starp abiem elektrodiem. Kanāla gāzes temperatūra var sasniegt 10 000 °C un plazmas spiediens — 10⁷ Pa, šāda spiediena dēļ kanāls izplešas un dzirdams sprādziena troksnis. Ja elektroenerģijas avota jauda ir pietiekami liela, dzirksteļizlāde pārveršas par nepārtrauktu mirdzizlādi vai lokizlādi. Dzirksteļizlādes piemērs ir zibens.

Dzirksteļizlāde rodas starp jebkura elektriskā slēdža kontaktiem, ar slēdzi ieslēdzot vai izslēdzot strāvu, tāpēc slēdža kontakti ar laiku nolietojas. Dzirksteļizlādi lieto iekšdedzes dzinējos degmaisījumu aizdedzināšanai, metālu apstrādē (elektroerozīvā apstrāde).