بحث عن عملية التفريغ الكهربائي خلال الغازات
درسنا في الوحدة الثالثة الوصلة الثنائية والترانزستور والدوائر المتكاملة وفي هذه الوحدة سوف ندرس بعضاً من تطبيقاتها ومن تلك التطبيقات استخدامها في أجهزة الراديو والتلفاز (العادي والملون) والرادار وغيرها ولكن قبل دراسة هذه الأجهزة الإلكترونية ينبغي علينا إعطاء نبذة عن عملية التوصيل الكهربائي خلال الغازات (التفريغ الكهربائي خلال الغازات) .
من
خلال دراستنا للوحدة السابقة وجدنا أن المواد تنقسم من حيث توصيلها للتيار
الكهربائي إلى :
1ـ مواد جيدة التوصيل للتيار الكهربائي . 2- مواد رديئة التوصيل للتيار الكهربائي
3ـ مواد شبه موصلة وهذه المواد ليست جيدة التوصيل وليست
رديئة التوصيل ( أي أنها تقع بين الموصلات والعوازل)
إلى أي الأصناف السابقة تنتمي الغازات
؟
*.
تعد الغازات مواد عازله عند درجة الحرارة العادية (علل) وذلك لأن ذرات الغازات عند هذه الظروف
تكون متعادلة كهربائياً (أي متعادلة الشحنة), كما أنها تعد مواد موصلة عند رفع درجة حرارتها أو تعرضها لأشعة
مؤينة أو قصفها بجسيمات سريعة (علل)وذلك بسبب تأين ذرات الغازات
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ملاحظة مهمة:1ـ حاملات الشحنة في المعادن أو الفلزات هي الإلكترونات السالبة وحاملات
الشحنة في السوائل(المحاليل) هي الأيونات
السالبة والأيونات الموجبة وحاملات الشحنة في أشباه الموصلات هي الإلكترونات السالبة والفجوات الموجبة وحاملات الشحنة في الغازات هي الإلكترونات السالبة والأيونات الموجبة والأيونات
السالبة .
2ـ
تجمع الغازات بين نوعين من التوصيل هما التوصيل في الفلزات والتوصيل في السوائل .
س: علل
تجمع الغازات بين السوائل والمعادن في التوصيل للتيار الكهربائي . وزاري (2009/2010م)
جـ:
........................................................................................................................................................................
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
س: اشرح
تجربة توضح من خلالها أن الغازات الساخنة موصلة للتيار الكهربائي .
|
أدوات التجربة : قرص
الكشاف ،
|
 |
جـ: نشحن ورقتي كشاف بشحنة كهربائية (سالبة أو موجبة ) فنلاحظ انفراج ورقتي الكشاف نتيجة تشابه الشحنات عليها.
نترك الكشاف
في درجة حرارة الغرفة فنلاحظ عدم تأثر ورقتي الكشاف وتظل منفرجتين
نقرب شمعة من
قرص الكشاف فنلاحظ زوال انفراج ورقتي الكشاف
الاستنتاج: الغازات تكون عازلة في الظروف
الاعتيادية حيث تكون ذراته متعادلة الشحنة
عند التسخين الشديد لجزيئات الغاز فإن ذرات
الغاز تصبح موصلة للتيار والسبب في ذلك هو تأين بعض جزيئات الغاز (أي تتحلل إلى
إلكترونات وأيونات موجبة) وأحياناً تتكون أيونات سالبة(علل) بسبب اكتساب الذرات
المتعادلة للإلكترونات.
وتفسير سبب توصيل الغازات للتيار بارتفاع
درجة حرارته هو أن الحرارة الشديدة تزيد من حركة جزيئات الغازات مما يجعل قسم منها
يتحلل إلى الكترونات وأيونات
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
التوصيل الكهربائي
في الغازات
التفريغ
الكهربائي في الغازات: هي عملية مرور التيار الكهربائي خلال الغازات
هنالك شروط
يجب توفرها لكي يصبح الغاز موصلاً للتيار الكهربي هي:
1)
استعمال أنبوبة زجاجية ذات قطبين معدنيين عند طرفيها يسمى احدهما
الآنود ( المصعد ) وهو القطب الموجب والآخر يسمى الكاثود ( المهبط ) وهو القطب
السالب مع خفض الضغط داخل الأنبوبة .
2)
تطبيق فرق جهد عالي بين قطبي الأنبوبة
ولدراسة توصيل الغاز للتيار الكهربائي :
نطبق فرق جهد
عالي (5×410 فولت ) بين قطبي الأنبوبة ونجعل ضغط الغاز في الأنبوبة
منخفضاً
نلاحظ : أن الغاز يصبح موصلاً للتيار
الكهربائي ويأخذ شكل ضياء متوهج يملأ الأنبوبة وقد يختفي ويعتمد ذلك على ضغط الغاز
داخل الأنبوبة .
.* في عام 1808 م لاحظ العالم الألماني
بلوكر بأنه عن ضغط منخفض مقداره (1.3×10-4 ) ضغط جوي (بار) أي حوالي
(0.1 ملم زئبق ) تنبعث أشعة غير مرئية تسرى خلال الأنبوبة ويستدل على وجودها ظهور
وميض يميل إلى الزرقة عند اصطدام هذه الأشعة بجدار الأنبوبة أو بالآنود الموجب
سميت هذه
الأشعة بالأشعة المهبطية(علل) لأنها
تنبعث منه وقد سميت فيما بعد بالإلكترونات
الالكترونات ( أشعة المهبط ): هي أشعة الكترونية سالبة الشحنة غير
مرئية تنبعث من الكاثود يستدل على وجودها بظهور وميض يميل إلى الزرقة عند اصطدامها
بجدار الأنبوبة أو بالآنود .
س: ماذا
سيحدث داخل الأنبوبة إذا استمر زيادة فرق الجهد بين قطبي الأنبوبة أكثر مما وصلت
إلية ؟
جـ: سيحدث أن
الطاقة الحركية للإلكترونات تزداد بسبب زيادة شغل المجال الكهربائي الناتج عند فرق
الجهد العالي بين القطبين حيث
طح = ش جـ ( تناسب طردي بين طاقة الحركة
والجهد )
فإذا اصطدمت
هذه الالكترونات ذات الطاقة الحركية العالية بذرات الغاز الموجود في الأنبوبة فإنه
يحدث احد أمرين:
1) تثار ذرات الغاز داخل الأنبوبة
فتنتقل بعض الكترونات الذرة من مستويات
طاقة أدنى إلى مستويات طاقة أعلى نتيجة لاكتسابها طاقة
وعند عودت الالكترونات إلى مستوياتها الأصلية
تشع الطاقة التي اكتسبتها على هيئة ضوء ,ويحدث هذا عندما تكون طاقة حركة
الالكترونات أقل من طاقة تأين الذرة
المتعادلة .
2) تصطدم
الالكترونات ذات الطاقة الحركية العالية بذرات الغاز فتؤينها وينتج عن ذك انبعاث
الكترونيين بدلاً من إلكترون واحد وهما
(
الإلكترون الذي يصطدم بالذرة والإلكترون الذي يخرج من الذرة نتيجة تأينها )
وسوف
تزداد الطاقة الحركية للإلكترونين بسبب المجال الكهربي بين قطبي الأنبوبة فتتأين
ذرات أخرى في طريقها و نتيجة لذلك فإن عدد
الجسيمات
المشحونة ( الكترونات وايونات ) سوف يزداد بسرعة كبيره بسبب تأين ذرات الغاز .
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
* لا يمكن استمرار التأين عن طريق تصادم الالكترونات ( الصدمة
الالكترونية ) لوحدها ( علل ) لأن الالكترونات الناشئة عن الصدمة
الالكترونية تتحرك باتجاه الآنود
وتختفي .
ولكي يستمر التأين يجب أن يستمر
انبعاث الالكترونات من الكاثود
وهنالك سببين لاستمرار انبعاث
الإلكترونات من الكاثود هما:
الانبعاث الالكتروني الثانوي: وهو عبارة عن عملية انبعاث الالكترونات من المهبط نتيجة لتصادم الايونات
الموجبة التي تمتلك طاقة حركية
اكبر من
طاقة ارتباط الالكترونات بذرات المهبط .
الانبعاث الالكتروني الحراري: هو علمية انبعاث الالكترونات من الكاثود نتيجة لتسخينه إلى درجة
حرارة عالية بسبب اصطدام الايونات
الموجبة
التي طاقتها الحركية اقل من طاقة ارتباط الإلكترون بسطح الكاثود.
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ملاحظات: 1ـ تحدث أثناء عملية التأين للغازات عملية
إعادة الإتحاد بين الإلكترونات
والايونات الموجبة لتكوين ذرات متعادلة مرة أخرى
ونتيجة لهذا
تشع ذرات الغاز الطاقة التي اكتسبتها عند تأينها على شكل فوتونات ( ضوء ) وهذا هو
سبب توهج أنبوبة التفريغ
2ـ إن ظهور الوميض أو التوهج داخل الأنبوبة له سببان هما :
أ) إثارة الذرات ب) حدوث عملية إعادة الاتحاد
تعريف عملية إعادة الاتحاد :هي عملية إعادة الاتحاد بين الالكترونات السالبة والايونات الموجبة
لتكون ذرات متعادلة مره أخرى .
س: علل
لا يمكن استمرار التأين عن طريق الصدمة الإلكترونية في التفريغ الكهربي . وزاري (2009/2010ــ 2011م)
جـ:
..........................................................................................................................................
س: اكتب
المفهوم العلمي لما تعنيه كل من العبارات الآتية :
1- أيونات موجبة ذات
طاقة حركية كبيرة ، عندما تصطدم بالكاثود تنتزع منه إلكترونات . وزاري
(2009/2010م)
2- جـ:...................................................................................................................................
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ