Co prozradí svíčka o elektrickém výboji?

14. duben 2014 | 06.10 |

Za běžných podmínek není vzduch elektrickým vodičem. Aby se stal vodivým, musí obsahovat vhodné množství částic s elektrickým nábojem, které se mohou volně pohybovat. Tyto náboje vznikají ve vzduchu ionizací. Ke vzniku elektrického výboje v plynech tedy potřebujeme vhodný ionizátor. Dodáním ionizační energie dojde k rozštěpení neutrálních molekul na kladné ionty a elektrony. Elektrony se pak dále mohou srážet s dalšími molekulami za vzniku záporně nabitých iontů. Ionizační energie může být molekulám poskytnuta ionizátorem ve formě jejich zahřátí už například plamenem svíčky, rentgenovým nebo radioaktivním zářením. Pokud se mezi dvěma elektrodami připojenými ke zdroji elektrického pole nachází dostatečné množství ionizovaného vzduchu, vzniká elektrický proud jako uspořádaný pohyb kladných iontů k záporně nabité katodě a záporných iontů a elektronů ke kladně nabité anodě.

Při dostatečně vysokém napětí, které bývá označováno jako zápalné, dochází k ionizaci nárazem. Takové napětí mívá obvykle hodnoty až několik desítek tisíc voltů. Z katody uvolněné elektrony a ionty, jsou urychlovány elektrickým polem, narážejí při svém pohybu směrem k elektrodám na neutrální molekuly. Tím jim předávají část své pohybové energie a mohou způsobit jejich ionizaci.

Ionizací nárazem se počet iontů lavinovitě zvětšuje. Ionizace začne převládat nad rekombinací (spojováním nesouhlasně nabitých iontů či elektronů s kationty v neutrální molekuly plynu). Nastává výboj nezávislý na vnějším ionizátoru, tzv. samostatný výboj.

Na videu je mezi 2 kruhovými elektrodami připojenými ke zdroji napětí kolem 20 000 V, hořící svíčka. Její plamínek nemá nyní charakteristický tvar, ale je roztažen do tvaru "křídel motýla". Plyn je v něm velmi slabě ionizován, můžeme v něm detekovat elektricky nabité částice, ale přesto o plazmatu se v tomto případě nehovoří. Roztažený a zploštělý plamínek svíčky do tvaru "motýlých křídel" nám dokumentuje proudění kladných iontů do záporné elektrody a záporných iontů směrem opačným.

Vzduch je dobrý elektrický izolátor, ale při napětí kolem 10 000 V dojde k přeskočení elektrického výboje v podobě jisker z elektrod vzdálených od sebe 1 cm. Při napětí 20 000 V je tato vzdálenost pro přeskok výboje z elektrod ještě menší a jiskry jsou proto krátké. V blízkosti plamene svíčky však je dostatečná ionizace vzduchu, aby jiskry mohly dosahovat délky i přes 10 cm.

Dostatečně silné elektrické pole může rovněž uhasit plamen svíčky. Když však plamen zhasne, stopa kouře nesměřuje směrem vzhůru, ale rozdělí se na dvě části, z nichž každá zamíří k opačně nabité desce. Také ve vzniklém kouři jsou volné ionty, které se pohybují k opačně nabité elektrodě, a přitom na ní zanechávají stopu v podobě prachových částeček zplodin vzniklých hořením svíčky.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře