Název školy Integrovaná střední škola technická, Vysoké Mýto, Mládežnická 380 Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0374 Inovace vzdělávacích metod EU - OP VK Číslo a název klíčové aktivity III/2 inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Autor Mgr. Jiří Čapek Číslo materiálu VY_32_INOVACE_FYZ_2U_CA_15_10 Název Vedení elektrického proudu v plynech Druh učebního materiálu Prezentace Předmět Fyzika Ročník druhý Tématický celek elektřina a magnetismus Anotace Zákonitosti vedení el. proudu v plynech a jeho využití Metodický pokyn Použít promítnutí pomocí dataprojektoru, 35 min Klíčová slova výboj v plynu, samostatný a nesamostatný výboj, korona, el. oblouk, jiskrový výboj, doutnavý výboj, doutnavky,výbojky, zářivky Očekávaný výstup Žák umí vysvětlit způsob vedení el. proudu v plynech, zná důsledky tohoto procesu a jejich využití v průmyslu. Datum vytvoření 10. 2. 2014

Vedení el. proudu v plynech Aby vznikl el. proud v plynech musí v nich být volní nositelé el. náboje. Plyny za normálních podmínek nositele el. náboje nemají, nebo jen velmi málo, a proto jsou izolanty. Nositelé el. náboje v plynech vzniknou tzv. ionizací. Ionizace probíhá tak, že dodáním energie se některé molekuly plynu „rozpadnou“ a vznikne volný elektron a kation. Následně může nastat, že elektron se „přichytí“ k jiné molekule a vznikne anion. Proces probíhá současně i opačně a nazývá se rekombinace. Elektrický proud v plynech je tedy realizován pomocí iontů a elektronů. Vedení el. proudu v plynu nazýváme výboj v plynu.

Vedení el. proudu v plynech Rozdělení výbojů Podle vzniku nosičů el. náboje: Nesamostatný výboj – vznik iontů a elektronů je způsoben vnějším zdrojem tzv. ionizátorem, elektrický proud prochází pokud působí tento ionizátor,jinak převládne rekombinace nad ionizací a výboj ustává. Zdrojem energie může být záření (UV, RTG, gama) nebo teplo. Samostatný výboj – vznik iontů nárazem – při dostatečně silném elektrickém poli ionty nebo elektrony urychlené tímto polem narážejí na dosud neutrální molekuly (atomy), a z nich vznikají nové ionty a elektrony, vzniká lavinová ionizace. Podle velikosti tlaku Za normálního tlaku Za sníženého tlaku Samostatný výboj podle velikosti proudu za normálního tlaku Korona – nejmenší proud Obloukový Jiskrový - největší krátkodobý proud

Vedení el. proudu v plynech Výboje za normálního tlaku Korona Je to počínající samostatný výboj vznikající v okolí elektrody, kde napětí u povrchu dosahuje dostatečné velikosti aby se spustila ionizace nárazem, což jsou plochy s malým poloměrem zakřivení (hroty). Projevuje se slyšitelným praskáním a modro-fialovo-červeným světlem kolem povrchu. Dříve nazývána také jako „Eliášovo světlo“. Využití: žádné, spíše komplikuje svojí existencí rozvod el. energie. b) Obloukový výboj Vzniká následkem krátkého dotyku elektrod, při kterém se konce elektrod rozžhaví a následným oddálením, v důsledku vysoké teploty a uvolněných elektronů, v plynu vzniká lavinová ionizace nárazem. Využití: obloukové svařování, oblouková pec, oblouková lampa, vysokotlaké výbojky

Vedení el. proudu v plynech Výboje za normálního tlaku c) Jiskrový výboj Nastává jestliže napětí mezi elektrodami je dostatečně vysoké, aby intenzita pole spustila lavinovou ionizaci. Současně zdroj není schopen udržet vysoké napětí trvale. Procházející proud je velmi vysoký a vzniká i velké teplo. Využití: elektrojiskrové obrábění, zážehové motory.

Vedení el. proudu v plynech Výboje za sníženého tlaku Probíhají v uzavřeném prostoru, kde je plyn s menším tlakem ( „zředěný“). Ve zředěných plynech lze dosáhnout výboje mnohem nižším napětím , než za normálního tlaku, neboť ionty mají mnohem větší volnou dráhu a získávají větší kinetickou energii potřebnou k ionizaci nárazem. Tento výboj nazýváme doutnavý. Při tomto výboji procházejí menší proudy než za normálního tlaku. Výboj - proud v plynu - je veden dvěma druhy částic kladnými ionty a elektrony. Doutnavý výboj doprovázen dvěma světelnými efekty: 1) katodové doutnavé světlo v blízkosti katody (modravé barvy) 2) anodové světlo vyplňující téměř celý zbytek trubice. Barva závisí na druhu plynu v trubici.

Vedení el. proudu v plynech Výboje za sníženého tlaku Využití: signalizační doutnavky Procházející proud je minimální. K zahájení výboje je ale třeba určitého zápalného napětí (80 – 150 V) Elektrody jsou blízko takže prostor pro světlo je minimální. Obvykle pracují na střídavé napětí. Takže katodové světlo vydávají obě elektrody. Zdroj :http://racvonka.cz/images/doutnavky.jpg zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Phasenpruefer_im_einsatz.jpg

Vedení el. proudu v plynech Výboje za sníženého tlaku Využití: Výbojky Slouží především jako zdroj světla Naplněny obvykle sodíkem . Anodové světlo má barvu podle plynu, který je ve výbojce. Dnes obvykle sodík. V minulosti se používal neon, který má jasně červené světlo do výbojek pro reklamní účely – odtud označení „světla neonů“. Zdroj: http://www.oehling.cz/data/imgs/54/0025954m.jpg Zdroj: http://www.vybojky-zarovky.cz/01/konstrukce2.jpg Zdroj: http://www.vybojka.eu/img/p/405-3017-thickbox.jpg

Vedení el. proudu v plynech Výboje za sníženého tlaku Využití: Zářivky Jsou to speciální výbojky. Obsahují páry rtuti a argon. Při doutnavém výboji vzniká ultrafialové záření. To dopadá na luminofor, který je na stěnách zářivkové trubice, a ten přemění ultrafialové záření na záření viditelného světla. Vznik doutnavého výboje je nutno nastartovat s dodáním volných elektronů pomocí termoemise nažhavením elektrod a startovacím napětím. Proto se u zářivek používají doplňkové součástky – startéry, které tento proces zajistí. Zdroj: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Fluorescent_lamp-function.gif