ELEKTRIČNA STRUJA U GASOVIMA
---jonizacija gasova, nesamostalne i samostalne struje u gasovima, nastanak vetra---
Gasovi su pod normalnim okolnostima loši provodnici elektriciteta. Zbog toga je i moguće da se elektricitet zadrži izvesno vreme na izolovanim provodnicima. Već je Kulon zaključio da naelektrisani provodnici ipak gube svoje naelektrisanje kroz okolni vazduh.
Ogledi pokazuju da naelektrisani elektrostatički metar, bilo pozitivnim ili negativnim elektricitetom, naglo se isprazni ako mu približimo zapaljenu sveću ili neki plamen, usijanu metalnu žicu ili ako ga obasjamo ultraljubičastim zracima, rendgenovim ili radioaktivnim zracima.
Ovi ogledi dokazuju da vazduh pod izvesnim spoljnjim uzrocima gubi izolatorsku moć i dobija sposobnost da provodi elektricitet. Prolaz električne struje kroz gasove nazivamo - električnim pražnjenjem.
Ispitivanje ovih pojava dovelo je do zaključka da je električna provodljivost vazduha ili nekog drugog gasa uslovljena njihovom jonizacijom.
Pod jonizacijom gasa podrazumevamo pojavu da se neutralni atomi odnosno molekuli gasova pod izvesnim uslovima razdvajaju na dve suprotno naelektrisane čestice koje nazivamo - jonima.
Za razliku od elektrolitičkih jona, ovi joni u gasovima nazivaju se - gasnim jonima.
Pri procesu jonizacije neutralni atomi odnosno molekuli gasa izgube jedan ili više elektrona. Usled toga ovakvi ostaci atoma odnosno molekula su pozitivno naelektrisani pa ih nazivamo - pozitivnim jonima. Otrgnuti elektroni iz atoma odnosno molekula gasa kao slobodni elektroni tj. elementarna naelektrisanja, mogu ostati sami ili se pridružiti nekim neutralnim atomima ili molekulima pa sa njima obrazuju negativne jone. Sredstva kojima se izaziva jonizacija gasova nazivamo - jonizatorima.
Jonizacija gasa nastaje uglavnom pod dejstvom zrakova kratkih talasa, na primer, kosmičkih zrakova, ultraljubičastih zrakova, Rendgenskih zrakova i Gama zraka ili dejstvom brzih čestica kao kod Alfa i Beta zračenja. Ovakva jonizacija gasova, koja nastaje dejstvom pomenutog zračenja zove se - zapreminskom jonizacijom.
Treba imati u vidu da se u vazduhu, kao i drugim gasovima, uvek nalazi izvestan mali broj jona usled dejstva kosmičkih zrakova i radio aktivnog zračenja.
No jonizacija gasova nastaje i pri usijavanju raznih materija. Na primer, poznato je da su plameni gasova uvek jako jonizovani. Ova jonizacija međutim, nastaje usled sudara jona, koji su već postojali u gasu, sa neutralnim molekulima. Ova se jonizacija razlikuje od jonizacije koja nastaje pri usijavanju čvrstih tela. Na primer, utvrđeno je da sa površine metala odlaze elektroni. Dakle u ovom slučaju se joni unose u gas. Stoga ovu pojavu nazivamo - površinskom jonizacijom.
Kao što možemo zaključiti, kretanje jona izaziva struju vazduha oko tela koje je jonizovano ili kretanje većih vazdušnih masa, ako su jonizovane. Nagla, prejaka jonizacija izaziva pojavu koju zovemo - konvektivno praženjenje.
Pri konvenktivnom pražnjenju pod uticajem električnog polja, koje potiče od datog naelektrisanog tela, joni vazduha ili nekog drugog gasa u kome se provodnik nalazi, moraju se kretati tako da jedni idu ka provodniku, a drugi odlaze od njega. Otud u gasovima nastaju za to vreme konvektivne struje, kao i u elektrolitima. Pošto se u gasovima pod normalnim atmosferskim pritiskom nalazi mali broj jona, jasno je da su i električne struje koje u njima vladaju vrlo slabe. Specijalnim uređajima, možemo utvrditi da jačina takve struje iznosi 10 na minus 14 do 10 na minus 15 ampera. Zato se gasovi ponašaju kao vrlo loši provodnici elektriciteta.
Međutim, ako na gasove, koji se nalaze u električnom polju, deluje jonizator, tj sredstvo koje izaziva jonizaciju, onda oni za to vreme imaju sposobnost da provode struju.
Njihovo kretanje je tada munjevito, što prouzrokuje kretanje svih hemijskih elemenata prisutnih u gasu - nastaje jonski vetar, ili ono što poznajemo kao strujanje vazduha u primzemlju i na velikim visinama.
Experimenti pokazuju, da veoma mali nivoi jonizacije mogu generisati veliko kretanje jona i pojavu snažnog vetra. Upravo je, kada poznajemo ovu činjenicu, zastrašujuće pomisliti šta se tek dešava na atmosferskom nivou, kada na ogromnu količinu gasa u atmosferi deluje jedan snažan jonizator kao što je to Sunce i jonizacijom gasa stavlja u pokret velike mase vazduha, koje su često dovoljno snažne da mogu okretati kocku leta veličine kuće, na veoma malom prostoru. Naravno, meteorološki gledano, iz ove pojave nastaju dalje mnoge druge poznate širom zemljine kugle, za svaku oblast specifično.
Pošto je struja u gasovima konventivne prirode, njena jačina zavisi od broja prisutnih jona, tj od toga da li je gas jače ili slabije jonizovan.
Pri svakom procesu jonizacije uvek nastaje istovremeno i privlačenje tj nastaju ponovo neutralni gasni molekuli. Ovaj proces zovemo - ponovnim spajanjem ili rekombinacijom. Uopšte, sve opisano možemo shvatiti kao ništa drugo, do ELEKTRIČNU TURBULENCIJU vazduha u našoj okolini.
Pri jonizaciji može nastupiti slučaj kada se u svakoj sekundi iz jona rekombinuje isto toliko molekula, koliko se neutralnih molekula, odnosno atoma, razdvoji na jone. Tada kažemo da je nastupila - dinamička ravnoteža. Jer isto kao što se možemo pitati o izvornom nastajanju vetra, moramo se upitati i o njegovom prestajanju.
Brzine kretanja gasnih jona u električnom polju znatno su veće od brzine elektrolitičkih jona u elektrolitima. Negativni joni gasova kreću se brže od pozitivnih. Brzina mol-jona ili teških jona je 100-1000 puta manja od brzine pojedinih gasnih jona.
Utvrđeno je da joni u vlažnim gasovima imaju manje brzine nego u suvim, zbog toga što se na njima tada talože molekuli vodene pare, pa im se povećava masa. Uopšte pri obrazovanju magle, gasni joni imaju ulogu kondenzacionih jezgara, pa je uvreženo mišljenje da elektrostatika nema veze sa nastajanjem i regulacijom vodene pare u vazduhu, pomalo neosnovana.
Joni u vazduhu sastoje se uglavnom iz molekula azota i kiseonika od kojih jedni nose jedan pozitivan a drugi jedan negativan električni elementarni kvantum elektriciteta, kao i malog broja slobodnih elektrona i teških jona.
Svaki gas postaje provodnik i bez uticaja jonizatora kada se u njemu nalaze dva mesta između kojih vlada visok napon, kao što je slučaj pri oluji i s time pojavi električne varnice. Naime, pod uticajem jakog polja tj visokog napona, joni koji se nalaze u vazduhu, makar i u malom broju, dobiće velike brzine. Usled njihovog sudara sa neutralnim molekulima vazduha nastaće deljenje molekula na nove jone i molekule, koji će se takođe sudarati sa drugim molekulima koji su neutralni. To se događa u svakom gasu kao i u vazduhu.
Isto tako u zagrejanim gasovima atomi odnosno molekuli međusobnim sudarima sa jonima, koji već postoje, razdvajaju se obilno u nove jone pa zato plameni gasova i provode struju. Ovaj proces jonizacije zovemo - sudarnom jonizacijom.
Struju koja nastaje i održava se u nekom gasu usled sudarne jonizacije zovemo - samostalnom strujom.
Kao što se može primetiti kod samostalnog pražnjenja gasni joni nastaju samim mehanizmom pražnjenja i to usled sudarne jonizacije. To može nastati samo ako između dva mesta u gasu postoji izvestan napon, za svaki slučaj posebne veličine. Taj napon ispod čije vrednosti ne može postojati samostalno pražnjenje nazivamo - naponom paljenja.
Svi ovi termini su malko čudni isprva, jer tek nakon što malo bolje razmislimo, videćemo da se oni mogu povezati direktno sa atmosferom.
Prema tome, svako samostalno pražnjenje u gasu počinje slabim nesamostalnim pražnjenjem tzv. Tauzendovim efektom (Tauwnsend) koji će u trenutku paljenja preći u samostalno pražnjenje, pri čemu će jonizaciona struja naglo porasti.
Jonizacija sudarom nastaje u vazduhu oko naelektrisanih šiljaka jer oko njih postoji jako električno polje. Usled toga šiljak jako odbija jone vazduha koji su naelektrisani istoimenim elektricitetom kao što je onaj koji se nalazi na šiljku, a privlači jone sa raznoimenim elektricitetom. Pri tome negativni joni zbog svoje mase imaju velike brzine pa sudarajući se sa neutračnim molekulima vazduha naglo proizvode nove parove jona, proces pri kome nastaje snažno strujanje vazduha.
Kretanje odbijenih jona sa naelektrisanih tela kao i gasa koji su u dodiru sa njegovom površinom, tako je snažno da nastaje vazdušna struja koja od njih polazi. Ovako nastalu vazdušnu struju zovemo ELEKTRIČNI VETAR.
Ovo se može pokazati jednostavnim ogledom, ako naelektrisano telo stavimo u blizinu plamena sveće. Plamen sveće povijaće se suprotno naelektrisanom telu, pa i ugasiti, ako je napon dovoljno veliki.
Praktični podatak o vetru kao osnovnoj jedinici meteorolgije, zasnivao bi se na merenju elektrostatičkog potencijala između oblaka i zemlje, pri čemu je vetar direktno povezan sa izmerenim naelektrisanjem, odnosno nije prateća pojava vetru, niti je vetar nuspojava napona. Ove dve naizgled različite pojave su usko povezane u jedinstven sistem kretanja gasa u atmosferi - vetra.
Stoga je pored merenja temperature vetra i njegove jačine i pravca, veoma bitna činjenica i merenje napona vetra, tj gasa koji se kreće.
Tema: Nastajanje vetra (Pročitano 6168 puta)