ગેસ વાહકતા

વાયુઓ સામાન્ય રીતે સારા ડાઇલેક્ટ્રિક હોય છે (દા.ત. સ્વચ્છ, બિન-આયોનાઇઝ્ડ હવા). જો કે, જો વાયુઓમાં કાર્બનિક અને અકાર્બનિક કણો સાથે મિશ્રિત ભેજ હોય ​​​​છે અને તે જ સમયે આયનાઇઝ્ડ હોય, તો તે વીજળીનું સંચાલન કરે છે.

તમામ વાયુઓમાં, તેમના પર ઇલેક્ટ્રિક વોલ્ટેજ લાગુ થાય તે પહેલાં પણ, ત્યાં હંમેશા ચોક્કસ માત્રામાં વિદ્યુત ચાર્જ કણો-ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો-જે રેન્ડમ થર્મલ ગતિમાં હોય છે. આ વાયુના ચાર્જ કણો તેમજ ઘન અને પ્રવાહીના ચાર્જ થયેલા કણો - અશુદ્ધિઓ મળી શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, હવામાં.

ગેસિયસ ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલા કણોની રચના બાહ્ય ઉર્જા સ્ત્રોતો (બાહ્ય ionizers): કોસ્મિક અને સૌર કિરણો, પૃથ્વીના કિરણોત્સર્ગી કિરણોત્સર્ગ વગેરેમાંથી ગેસ આયનીકરણને કારણે થાય છે.

વાયુઓની વિદ્યુત વાહકતા મુખ્યત્વે તેમના આયનીકરણની ડિગ્રી પર આધાર રાખે છે, જે વિવિધ રીતે હાથ ધરવામાં આવી શકે છે. સામાન્ય રીતે, ગેસનું આયનીકરણ તટસ્થ ગેસના પરમાણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોન છોડવાના પરિણામે થાય છે.

ગેસના પરમાણુમાંથી મુક્ત થયેલો ઈલેક્ટ્રોન ગેસની આંતરપરમાણુ જગ્યામાં ભળે છે અને અહીં, ગેસના પ્રકારને આધારે, તે તેની હિલચાલની પ્રમાણમાં લાંબી "સ્વતંત્રતા" જાળવી શકે છે (ઉદાહરણ તરીકે, આવા વાયુઓમાં હાઈડ્રોજન આંચકો H2) , નાઇટ્રોજન n2) અથવા , તેનાથી વિપરિત, ઝડપથી તટસ્થ પરમાણુમાં પ્રવેશ કરે છે, તેને નકારાત્મક આયનમાં ફેરવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ઓક્સિજન).

વાયુઓના આયનીકરણની સૌથી મોટી અસર તેમને એક્સ-રે, કેથોડ કિરણો અથવા કિરણોત્સર્ગી પદાર્થો દ્વારા ઉત્સર્જિત કિરણો સાથે ઇરેડિયેટ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.

ઉનાળામાં વાતાવરણીય હવા સૂર્યપ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ ખૂબ જ સઘન રીતે આયનોઇઝ્ડ હોય છે. હવામાં ભેજ તેના આયનો પર ઘટ્ટ થાય છે, જે વીજળીથી ચાર્જ થતા પાણીના નાના ટીપાં બનાવે છે. આખરે, વીજળી સાથેના ગર્જનાના વાદળો વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલા પાણીના ટીપાંમાંથી બને છે, એટલે કે. વાતાવરણીય વીજળીનું વિદ્યુત વિસર્જન.

બાહ્ય ionizers દ્વારા ગેસ આયનીકરણની પ્રક્રિયા એ છે કે તેઓ ઊર્જાનો એક ભાગ ગેસ પરમાણુમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આ કિસ્સામાં, વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન વધારાની ઊર્જા મેળવે છે અને તેમના અણુઓથી અલગ થઈ જાય છે, જે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા કણો બની જાય છે - હકારાત્મક આયનો.

રચાયેલા મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન લાંબા સમય સુધી ગેસમાં ચળવળથી તેમની સ્વતંત્રતા જાળવી શકે છે (ઉદાહરણ તરીકે, હાઇડ્રોજન, નાઇટ્રોજનમાં) અથવા થોડા સમય પછી ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ અણુઓ અને ગેસના પરમાણુઓ સાથે જોડાય છે, તેમને નકારાત્મક આયનોમાં ફેરવે છે.

ગેસમાં ઈલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલા કણોનો દેખાવ મેટલ ઈલેક્ટ્રોડ્સની સપાટી પરથી ઈલેક્ટ્રોન છોડવાને કારણે પણ થઈ શકે છે જ્યારે તેઓ ગરમ થાય છે અથવા તેજસ્વી ઊર્જાના સંપર્કમાં આવે છે.જ્યારે વિક્ષેપિત થર્મલ ગતિમાં, કેટલાક વિપરીત ચાર્જ (ઇલેક્ટ્રોન) અને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ (આયન) કણો એકબીજા સાથે એક થાય છે અને વિદ્યુત તટસ્થ અણુઓ અને ગેસ પરમાણુઓ બનાવે છે. આ પ્રક્રિયાને રિપેર અથવા રિકોમ્બિનેશન કહેવામાં આવે છે.

જો ધાતુના ઇલેક્ટ્રોડ્સ (ડિસ્ક, બોલ) વચ્ચે ગેસનો જથ્થો બંધાયેલો હોય, તો જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર ઇલેક્ટ્રિક વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ ગેસમાં ચાર્જ થયેલા કણો પર કાર્ય કરશે - ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ.

આ દળોની ક્રિયા હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો એક ઇલેક્ટ્રોડથી બીજામાં જશે, ગેસમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવશે.

ગેસમાં વર્તમાન વધુ હશે, તેમાં સમયના એકમ દીઠ વિવિધ ડાઇલેક્ટ્રિક સાથે વધુ ચાર્જ થયેલા કણો રચાય છે અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દળોની ક્રિયા હેઠળ તેઓ જેટલી વધુ ઝડપ મેળવે છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે ગેસના આપેલ વોલ્યુમ પર લાગુ વોલ્ટેજ વધે છે, ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો પર કાર્ય કરતી વિદ્યુત શક્તિઓ વધે છે. આ કિસ્સામાં, ચાર્જ થયેલા કણોનો વેગ અને તેથી ગેસમાં વર્તમાન વધે છે.

ગેસના જથ્થા પર લાગુ થતા વોલ્ટેજના કાર્ય તરીકે વર્તમાનની તીવ્રતામાં ફેરફાર વોલ્ટ-એમ્પીયર લાક્ષણિકતા તરીકે ઓળખાતા વળાંકના સ્વરૂપમાં ગ્રાફિકલી રીતે વ્યક્ત થાય છે.

વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક માટે વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

વર્તમાન-વોલ્ટેજની લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે કે નબળા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોના ક્ષેત્રમાં, જ્યારે ચાર્જ થયેલા કણો પર કામ કરતા ઇલેક્ટ્રિક દળો પ્રમાણમાં નાના હોય છે (ગ્રાફમાં વિસ્તાર I), ત્યારે ગેસમાં વર્તમાન લાગુ વોલ્ટેજના મૂલ્યના પ્રમાણમાં વધે છે. . આ વિસ્તારમાં, વર્તમાન ઓહ્મના કાયદા અનુસાર બદલાય છે.

જેમ જેમ વોલ્ટેજ વધુ વધે છે (પ્રદેશ II), વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વચ્ચેનું પ્રમાણ તૂટી જાય છે. આ પ્રદેશમાં, વહન પ્રવાહ વોલ્ટેજ પર આધારિત નથી. અહીં, ચાર્જ્ડ ગેસ કણો - ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોમાંથી ઊર્જા સંચિત થાય છે.

વોલ્ટેજ (પ્રદેશ III) માં વધુ વધારા સાથે, ચાર્જ કરેલા કણોની ગતિ ઝડપથી વધે છે, પરિણામે તેઓ ઘણીવાર તટસ્થ ગેસ કણો સાથે અથડાય છે. આ સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો તેમની કેટલીક સંચિત ઊર્જાને તટસ્થ ગેસ કણોમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓમાંથી છીનવાઈ જાય છે. આ કિસ્સામાં, નવા ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ કણો રચાય છે: મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો.

વાયુના અણુઓ અને પરમાણુઓ સાથે ઉડતા ચાર્જ કણો ઘણી વાર અથડાય છે તે હકીકતને કારણે, નવા વિદ્યુત ચાર્જ કણોની રચના ખૂબ જ સઘન રીતે થાય છે. આ પ્રક્રિયાને શોક ગેસ આયનાઇઝેશન કહેવામાં આવે છે.

અસર આયનીકરણ પ્રદેશમાં (આકૃતિમાં પ્રદેશ III), વોલ્ટેજમાં સૌથી નાના વધારા સાથે ગેસમાં વર્તમાન ઝડપથી વધે છે. વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં અસર આયનીકરણ પ્રક્રિયા ગેસના વોલ્યુમ પ્રતિકારમાં તીવ્ર ઘટાડો અને તેમાં વધારો સાથે છે. ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન સ્પર્શક.

સ્વાભાવિક રીતે, વાયુયુક્ત ડાઇલેક્ટ્રિક્સનો ઉપયોગ તે મૂલ્યો કરતાં ઓછા વોલ્ટેજ પર થઈ શકે છે કે જેના પર અસર આયનીકરણ પ્રક્રિયા થાય છે. આ કિસ્સામાં, વાયુઓ ખૂબ સારા ડાઇલેક્ટ્રિક્સ છે, જ્યાં વોલ્યુમ ચોક્કસ પ્રતિકાર ખૂબ જ વધારે છે (1020 ઓહ્મ) x સેમી) અને ડાઇલેક્ટ્રિક નુકશાન કોણની સ્પર્શક ખૂબ નાની છે (tgδ ≈ 10-6).તેથી, વાયુઓ, ખાસ કરીને હવા, કેપેસિટર, ગેસ ભરેલા કેબલ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સર્કિટ બ્રેકર્સ.

ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્ટ્રક્ચર્સમાં ડાઇલેક્ટ્રિક તરીકે ગેસની ભૂમિકા

કોઈપણ ઇન્સ્યુલેટીંગ માળખામાં, હવા અથવા અન્ય ગેસ અમુક અંશે ઇન્સ્યુલેશનના તત્વ તરીકે હાજર હોય છે. ઓવરહેડ લાઇન્સ (VL), બસબાર્સ, ટ્રાન્સફોર્મર ટર્મિનલ્સ અને વિવિધ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઉપકરણોના વાહક ગાબડા દ્વારા એકબીજાથી અલગ પડે છે, એકમાત્ર ઇન્સ્યુલેટીંગ માધ્યમ જેમાં હવા છે.

આવી રચનાઓની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિનું ઉલ્લંઘન એ ડાઇલેક્ટ્રિકના વિનાશ દ્વારા થઈ શકે છે જેમાંથી ઇન્સ્યુલેટર બનાવવામાં આવે છે, અને હવામાં અથવા ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પરના વિસર્જનના પરિણામે.

ઇન્સ્યુલેટર ભંગાણથી વિપરીત, જે તેની સંપૂર્ણ નિષ્ફળતા તરફ દોરી જાય છે, સપાટીનું વિસર્જન સામાન્ય રીતે નિષ્ફળતા સાથે થતું નથી. તેથી, જો ઇન્સ્યુલેટીંગ માળખું એવી રીતે બનાવવામાં આવે છે કે હવામાં સપાટી ઓવરલેપ વોલ્ટેજ અથવા બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ ઇન્સ્યુલેટરના બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોય, તો આવા બંધારણોની વાસ્તવિક ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત હવાની ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત દ્વારા નક્કી કરવામાં આવશે.

ઉપરોક્ત કિસ્સાઓમાં, હવા કુદરતી ગેસ માધ્યમ તરીકે સંબંધિત છે જેમાં ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્ટ્રક્ચર્સ સ્થિત છે. વધુમાં, કેબલ, કેપેસિટર્સ, ટ્રાન્સફોર્મર્સ અને અન્ય વિદ્યુત ઉપકરણોને ઇન્સ્યુલેટ કરવા માટે હવા અથવા અન્ય ગેસનો ઉપયોગ ઘણીવાર મુખ્ય અવાહક સામગ્રી તરીકે થાય છે.

ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્ટ્રક્ચર્સની વિશ્વસનીય અને મુશ્કેલી-મુક્ત કામગીરીની ખાતરી કરવા માટે, તે જાણવું જરૂરી છે કે વિવિધ પરિબળો ગેસની ડાઇલેક્ટ્રિક શક્તિને કેવી રીતે અસર કરે છે, જેમ કે વોલ્ટેજનું સ્વરૂપ અને અવધિ, ગેસનું તાપમાન અને દબાણ, ગેસની પ્રકૃતિ. વિદ્યુત ક્ષેત્ર, વગેરે.

આ વિષય પર જુઓ: વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જના પ્રકાર