الغازات وقابليتها للتوصيل الكهربائي
التوصيل الكهربائي في الغازاتElectric Conduction in Gases
في الظروف الإعتيادية تكون ذرات أوجزيئات الغازات ( الهواء المحيط بقرص الكشاف ) متعادلة كهربائيا . ولذلك تعد الغازات موادا عازلة كهربائيا في الظروف الاعتيادية , وبعد التسخين الشديد , فإن قسما من ذرات أو جزيئات الغازات , تتحلل إلى الكترونات وايونا ت موجبة ( تتأين ).... وفي بعض الأحيان تتكون في الغازات المتأينة آيونات سالبة بسبب اكتساب الذرات المتعادلة للالكترونات .
فزيادة درجة الحرارة تزيد من قدرة الغازات على التوصيل الكهربائي , وذلك بسبب زيادة حركة ذرات الغاز لزيادة الحرارة ممايجعل قسم منها يتحلل إلى الكترونات وأيونات عند تصادمها مع الذرات أو الجزيئات الأخرى , ويصبح الغاز بذلك موصلا للكهرباء لوجود حاملات الشحنة .
وعند دراسة التوصيل الكهربائي في الغازات تحت ضغوط منخفضة ومختلفة , ونحتاج إلى أنبوبة زجاجية ذات قطبين معدنيين عند طرفيها يسمى أحدهما الكاثود(المهبط ) وهو القطب السالب Cathode ويسمى الأخر الآنود( المصعد ) Anode القطب الموجب .
وعند تطبيق فرق جهد عال مايقارب 5×10 4 فولت بين طرفي الأنبوبة وعندما يكون ضغط الغاز الذي فيها منخفضا , فإن الغاز يصبح موصلا للتيار الكهربائي , ويبقى على شكل ضياء متوهج يملأ الأنبوبة وقد يختفي , ويعتمد ذلك على ضغط الغاز داخل الانبوبة . كما في الشكل
ففي عام 1808 م اكتشف العالم الالماني بلوكر أنة عند ضغط منخفض مقدارة 1,3 × 10 -4 بار تحدث ظاهرة جديدة في الأنبوبة وهي أن المهبط يبعه باشعة غير مرئية تسري خلال الانبوبة ,
ورغم عدم مرئية هذة الأشعة لكن يعرف وجودها بظهور وميض مائل إلى الزرقة عند اصطدام هذة الاشعة في البداية بالاشعة المهبطية استنادا إلى مصادرها , وتسمى فيما بعد بالإلكترونات .
وعند زيادة فرق الجهد بين قطبي الانبوبة أكثر مما وصلت علية , فإن الطاقة الحركية للإلكترونات تزداد إلى حد معين على حساب شغل قوة المجال الكهربائي الناتج عن فرق الجهد بين القطبين , وعند اصطدام الإلكترونات بذرات الغاز الموجود فإنة يحدث مايلي :
- إما أن تثار الغازات وهنا تنتقل بعض الإلكترونات في الذرة إلى مستويات طاقة أعلى , وعند عودة الألكترونات إلى مستوياتها الأصلية تشع طاقة على هيئة ضوء .
- أو أن ذرات الغاز تتأين , بسبب زيادةالطاقة الحركية للإلكترون عن مقدار معين , حيث تتأين عند االتصادم بين الإلكترون وذرة الغاز المتعادلة ’ ولذلك ينبعث إلكترونان بدلا من الكترون واحد ( الالكترون الذي اصطدم بالذرة والالكترون الخارج أو المنطلق من الذرة بسبب التأين , وهذان الإلكترونان بدورهما يحصلان على طاقة حركيةبسبب المجال الكهربائي بين قطبي الأنبوبة , ومن هنا يمكنهما تأيين ذرات أخرى في طريق حركتهما .
ونتيجة لذلك يزداد بسرعة كبيرة عدد الجسيمات المشحونة ( الكترونات وايونات موجبة ) , وبهذة الطريقة يحدث التأين للغاز .
ولكن لا يمكن أستمرار التاين عن طريق التصادم للإلكترونات فقط , لأن كل الالكترونات التي تنشئ من ذلك تتحرك باتجاة الأنود وتختفي , ولاستمرار التأين يجب أن يستمر انبعاث إلكترونات من الكاثود , وظهور هذة الإلكترونات يفسرة سببان :
الأول : الأنبعاث الإلكتروني الثانوي : أثناء حركة الأيونات الموجبة المتكونة نتيجة تصادم الالكترونات مع الذرات المتعادلة باتجاة الكاثود , تكتسب تحت تأثير شدة المجال الكهربي طاقة حركيةكبيرة تمكنها من انتزاع إلكترونات من سطح الكاثود المعدني عند تصادمها معة وتسمى هذة العملية بعملية الانبعاث الالكتروني الثانوي .
ثانيا : الانبعاث الالكتروني الحراري , حيث أن الكاثود عند تسخينة إلى درجة حرارة عالية يبعث الكترونات تسمى هذة الالكترونات بالالكترونات الحرارية , فعند حدوث التأين الذاتي للغاز في الانبوبة يتم تسخين الكاثود بسبب اصطدام الأيونات الموجبة الناتجة عن التأين بة , فإذا كانت طاقة الأيون الموجب صغيرة فلايحدث انبعاث الكترونات من الكاثود ( أنبعاث ثانوي ) , فقط يتم تسخين الكاثود , وعند زيادة عدد الأيونات الموجبة التي تصطدم بالكاثود فإنة سيسخن , وتنبعث منة إلكترونات حرارية , ويستمر التفريغ أي مرور التيار الكهربائي في الغازات وهذا مايسمى بالتفريغ الكهربائي في الغازات .
وأثناء التأين للغاز يحدث عملية إعادة الاتحاد بين الإلكترونا ت والايونات الموجبة لتكوين ذرات متعادلة , ونتيجة لذلك تشع ذرات الغاز الطاقة التي اكتسبتها عند تأينها على شكل فوتونات وهذا هو سبب توهج أنبوبة التفريغ .
تعليقات
إرسال تعليق