Enzi tunayoishi inaweza kuitwa enzi ya umeme. Uendeshaji wa kompyuta, televisheni, magari, satelaiti, vifaa vya taa za bandia ni sehemu ndogo tu ya mifano ambapo hutumiwa. Moja ya michakato ya kuvutia na muhimu kwa mtu ni kutokwa kwa umeme. Hebu tuangalie kwa undani ni nini.
Historia Fupi ya Utafiti wa Umeme
Mwanadamu aliufahamu umeme lini? Ni vigumu kujibu swali hili, kwa sababu liliwekwa kwa njia isiyo sahihi, kwa sababu jambo la kushangaza zaidi la asili ni umeme, unaojulikana tangu zamani.
Utafiti wa maana wa michakato ya umeme ulianza tu mwishoni mwa nusu ya kwanza ya karne ya 18. Hapa inapaswa kuzingatiwa mchango mkubwa kwa mawazo ya mwanadamu kuhusu umeme na Charles Coulomb, ambaye alisoma nguvu ya mwingiliano wa chembe za kushtakiwa, George Ohm, ambaye alielezea kihesabu vigezo vya sasa katika mzunguko uliofungwa, na Benjamin Franklin, ambaye ilifanya majaribio mengi, kusoma asili ya zilizotajwa hapo juuumeme. Mbali nao, wanasayansi kama vile Luigi Galvani (utafiti wa msukumo wa ujasiri, uvumbuzi wa "betri" ya kwanza) na Michael Faraday (utafiti wa sasa katika electrolytes) walichukua jukumu kubwa katika maendeleo ya fizikia ya umeme.
Mafanikio ya wanasayansi hawa wote yameunda msingi thabiti wa utafiti na uelewa wa michakato changamano ya umeme, mojawapo ikiwa ni kutokwa kwa umeme.
Kutokwa na uchafu ni nini na ni masharti gani ni muhimu kwa kuwepo kwake?
Kumwaga kwa mkondo wa umeme ni mchakato halisi, ambao una sifa ya kuwepo kwa mtiririko wa chembe zinazochajiwa kati ya maeneo mawili ya anga yenye uwezo tofauti katika kati ya gesi. Hebu tuchambue ufafanuzi huu.
Kwanza, watu wanapozungumza kuhusu kutokwa na uchafu, huwa wanamaanisha gesi. Kutokwa kwa maji na vitu vikali vinaweza pia kutokea (kuvunjika kwa capacitor ngumu), lakini mchakato wa kusoma jambo hili ni rahisi kuzingatia kwa njia isiyo na mnene. Zaidi ya hayo, ni utokaji wa gesi ambayo mara nyingi huzingatiwa na ni muhimu sana kwa maisha ya binadamu.
Pili, kama ilivyoelezwa katika ufafanuzi wa kutokwa kwa umeme, hutokea tu wakati masharti mawili muhimu yanatimizwa:
- wakati kuna uwezekano wa tofauti (nguvu ya uga wa umeme);
- uwepo wa vibebaji chaji (ioni na elektroni bila malipo).
Tofauti inayoweza kutokea huhakikisha mwendo unaoelekezwa wa chaji. Ikiwa inazidi thamani fulani ya kizingiti, basi kutokwa kwa kujitegemea bila kujitegemea hugeukakujitegemeza au kujitegemeza.
Kuhusu watoa huduma bila malipo, huwa kwenye gesi yoyote kila wakati. Mkusanyiko wao, bila shaka, inategemea idadi ya mambo ya nje na mali ya gesi yenyewe, lakini ukweli halisi wa uwepo wao hauna shaka. Hii inatokana na kuwepo kwa vyanzo vya uionization ya atomi na molekuli zisizoegemea upande wowote kama vile miale ya ultraviolet kutoka kwa Jua, mionzi ya cosmic na mionzi ya asili ya sayari yetu.
Uhusiano kati ya tofauti inayoweza kutokea na ukolezi wa mtoa huduma huamua asili ya kutokwa.
Aina za kutokwa kwa umeme
Hebu tuorodheshe spishi hizi, na kisha tutaainisha kila moja yao kwa undani zaidi. Kwa hivyo, uvujaji wote katika midia ya gesi kwa kawaida hugawanywa katika zifuatazo:
- kuvuta moshi;
- cheche;
- arc;
- taji.
Kimwili, hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa nguvu tu (wingi wa sasa) na, kwa sababu hiyo, katika halijoto, na vile vile katika hali ya udhihirisho wao kwa wakati. Katika visa vyote, tunazungumza juu ya uhamishaji wa malipo chanya (cations) kwa cathode (eneo la uwezo mdogo) na malipo hasi (anions, elektroni) hadi anode (eneo la uwezo wa juu).
Kutokwa kwa Mwanga
Kwa uwepo wake, ni muhimu kuunda shinikizo la chini la gesi (mamia na maelfu ya mara chini ya shinikizo la anga). Kutokwa kwa mwanga huzingatiwa katika zilizopo za cathode ambazo zimejaa aina fulani ya gesi (kwa mfano, Ne, Ar, Kr, na wengine). Matumizi ya voltage kwa electrodes ya tube husababisha uanzishaji wa mchakato wafuatayo: inapatikana katika gesications huanza kuhamia kwa kasi, kufikia cathode, wanaipiga, kuhamisha kasi na kugonga elektroni. Mwisho, mbele ya nishati ya kutosha ya kinetic, inaweza kusababisha ionization ya molekuli ya gesi ya neutral. Mchakato ulioelezewa utakuwa wa kujitegemea tu katika kesi ya nishati ya kutosha ya cations bombarding cathode na kiasi fulani chao, ambayo inategemea tofauti inayoweza kutokea katika electrodes na shinikizo la gesi katika tube.
Ming'aro ya kutokwa na mwanga. Utoaji wa mawimbi ya sumakuumeme unatokana na michakato miwili sambamba:
- ujumuishaji upya wa jozi za mkato wa elektroni unaoambatana na kutolewa kwa nishati;
- mpito wa molekuli za gesi zisizoegemea upande wowote (atomi) kutoka hali ya msisimko hadi hali ya ardhini.
Sifa za kawaida za aina hii ya utiririshaji ni mikondo midogo (milliamp chache) na voltages ndogo za stationary (100-400 V), lakini kizingiti cha voltage ni volti elfu kadhaa, kulingana na shinikizo la gesi.
Mifano ya kutokwa kwa mwanga ni taa za fluorescent na neon. Kwa asili, aina hii inaweza kuhusishwa na taa za kaskazini (mwendo wa ioni unapita kwenye uwanja wa sumaku wa Dunia).
kutokwa kwa cheche
Hii ni mtiririko wa kawaida wa umeme wa angahewa unaoonekana kama umeme. Kwa kuwepo kwake, si tu kuwepo kwa shinikizo la juu la gesi (1 atm au zaidi), lakini pia matatizo makubwa ni muhimu. Hewa ni dielectri nzuri (insulator). Upenyezaji wake ni kati ya 4 hadi 30 kV / cm, kulingana nauwepo wa unyevu na chembe imara ndani yake. Takwimu hizi zinaonyesha kuwa kiwango cha chini cha volti 4,000,000 lazima kitumike kwa kila mita ya hewa ili kutoa mkanganyiko (cheche)!
Kwa asili, hali kama hizi hutokea katika mawingu ya cumulus, wakati, kama matokeo ya msuguano kati ya molekuli ya hewa, convection ya hewa na fuwele (condensation), chaji husambazwa tena kwa njia ambayo tabaka za chini za mawingu zinagawanywa. kushtakiwa hasi, na tabaka za juu vyema. Tofauti inayowezekana hatua kwa hatua hujilimbikiza, wakati thamani yake inapoanza kuzidi uwezo wa kuhami wa hewa (volts milioni kadhaa kwa mita), basi umeme hutokea - kutokwa kwa umeme ambayo hudumu kwa sehemu ya sekunde. Nguvu ya sasa ndani yake hufikia amperes elfu 10-40, na joto la plasma kwenye chaneli huongezeka hadi 20,000 K.
Kiwango cha chini kabisa cha nishati kinachotolewa wakati wa mchakato wa umeme kinaweza kuhesabiwa ikiwa tutazingatia data ifuatayo: mchakato hukua wakati wa t=110-6 s, I=10 000 A, U=109 B, kisha tunapata:
E=IUt=milioni 10 J
Takwimu inayotokana ni sawa na nishati iliyotolewa na mlipuko wa kilo 250 za baruti.
Utoaji wa Tao
Pamoja na cheche, hutokea wakati kuna shinikizo la kutosha kwenye gesi. Sifa zake zinakaribia kufanana kabisa na cheche, lakini kuna tofauti:
- Kwanza, mikondo hufikia amperes elfu kumi, lakini voltage wakati huo huo ni volts mia kadhaa, ambayo inahusishwa naupitishaji wa hali ya juu;
- pili, utokaji wa arc upo kwa wakati unaofaa, tofauti na cheche.
Mpito kwa aina hii ya uondoaji unafanywa na ongezeko la taratibu la voltage. Utekelezaji huhifadhiwa kutokana na utoaji wa thermionic kutoka kwa cathode. Mfano mzuri wa hii ni safu ya kulehemu.
Kutoka kwa Corona
Aina hii ya utiririshaji wa umeme katika gesi mara nyingi ilizingatiwa na mabaharia waliosafiri hadi Ulimwengu Mpya uliogunduliwa na Columbus. Waliita mwanga wa samawati kwenye ncha za mlingoti "taa za St. Elmo."
Kutokwa na corona hutokea karibu na vitu ambavyo vina nguvu kubwa sana ya uwanja wa umeme. Hali kama hizo huundwa karibu na vitu vikali (milingo ya meli, majengo yenye paa za gabled). Wakati mwili una malipo ya tuli, basi nguvu ya shamba kwenye ncha zake husababisha ionization ya hewa inayozunguka. Ioni zinazotokana huanza kupeperuka kuelekea chanzo cha shamba. Mikondo hii dhaifu, ambayo husababisha michakato sawa na katika hali ya kutokwa kwa mwanga, husababisha kuonekana kwa mwanga.
Hatari ya kutokwa na uchafu kwa afya ya binadamu
Vichafu vya Corona na mwanga havileti hatari mahususi kwa wanadamu, kwani vina sifa ya mikondo ya chini (milliamps). Maji mengine mawili kati ya yaliyo hapo juu ni hatari sana iwapo yataguswa nayo moja kwa moja.
Iwapo mtu atatazama kukaribia kwa umeme, basi lazima azime vifaa vyote vya umeme (pamoja na simu za rununu), na pia ajipange ili asijitokeze kutoka kwa eneo linalomzunguka.urefu.
