Bài 22. Dòng điện trong chất khí

Kiểm tra bài cũ:
Câu hỏi:
Hãy nêu bản chất của dòng điện trong kim loại và trong chất điện phân?
Đáp án:
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do.
Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường.
Đặt vấn đề:
Như chúng ta đã biết, tùy theo sự sắp xếp và tương tác giữa các phân tử trong một chất mà chất đó có thể ở trạng thái rắn, trạng thái lỏng hoặc trạng thái khí.
Qua những bài trước ta thấy rằng trong những điều kiện nhất định thì chất rắn và chất lỏng là những chất dẫn điện. Vậy chất khí có dẫn điện hay không? Để chất khí có thể dẫn điện thì cần những điều kiện gì? Bài hôm nay sẽ giúp các em trả lời được những câu hỏi đó.
Bài 40.dòng điện trong chất khí
1.Sự phóng điện trong chất khí
a.Thí nghiệm:
*.Dụng cụ:
- Một tụ điện không khí.
- Nguồn điện một chiều.
- Tĩnh điện kế.
- Đèn cồn.
*.Tiến hành:
-Mắc mạch tích điện cho tụ như hình vẽ.
-Mắc hai bản tụ vào tĩnh điện kế.
Nhận xét:
Hiệu điện thế giữa hai bản tụ không thay đổi .
Vậy ở điều kiện thường chất khí là một điện môi.
-Dùng đèn cồn đốt nóng không khí giữa hai bản tụ.
Hiện tượng gì sẽ xảy ra?
0
Nhận xét:
Khi đốt nóng lớp không khí giữa hai bản tụ thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ giảm rất nhanh.
Vậy không khí khi bị đốt nóng đã trở nên dẫn điện.
Ta nói rằng có sự phóng điện trong chất khí.
Tại sao hiệu điện thế giữa hai bản tụ
lại giảm?

*.Định nghĩa về hiện tượng phóng điện trong chất khí:
Hiện tượng phóng điện trong chất khí là hiện tượng khi đốt nóng hoặc dùng các bức xạ khác (như tia tử ngoại, tia Rơnghen.) tác động vào một khối khí và đặt vào khối khí đó một điện trường thì sẽ có một dòng điện chạy trong khối khí đó.
2.Bản chất dòng điện trong chất khí

Điều kiện để có dòng điện là gì?
Giữa hai bản tụ đã có điện trường,
tại sao vẫn không có dòng điện?
+
E
a) Trong điều kiện thường, chất khí hầu như hoàn toàn gồm những nguyên tử phân tử trung hòa về điện, vì vậy chất khí là điện môi.

Khi đốt nóng chất khí trở nên dẫn điện.
Vì sao?
Khi ta đốt nóng hoặc dùng các loại bức xạ khác tác động vào khối khí thì trong khối khí sẽ xuất hiện các hạt mang điện tự do: electron, iôn dương và iôn âm.
Hiện tượng này gọi là sự iôn hóa chất khí. Những tác động bên ngoài (như nhiệt độ, các loại bức xạ...) gây nên sự iôn hóa gọi là các tác nhân iôn hóa.
Khi chưa có điện trường ngoài các electron
và các iôn chuyển động như thế nào?

b) Khi không có điện trường ngoài tác động vào, các iôn và electron chuyển động nhiệt hỗn loạn, không ưu tiên hướng nào, nên không có dòng điện qua chất khí.
Trong khi chuyển động nhiệt hỗn loạn các electron có thể kết hợp lại với iôn dương thành nguyên tử trung hòa. Quá trình này gọi là sự tái hợp.
Nếu đặt vào khối khí một điện trường,
các điện tích sẽ chuyển động ra sao?
E

c) Khi có điện trường đặt vào khối khí đã bị iôn hoá:
- Các electron và các ion âm chuyển động về phía cực dương (anôt).
- Các iôn dương chuyển động về phía cực âm (catôt).
?Trong chất khí có dòng điện.

Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường.
Vậy bản chất của dòng điện
trong chất khí là gì?

3) Cường độ dòng điện trong chất khí
Để nghiên cứu sự phóng điện trong chất khí người ta dùng một ống thủy tinh có hai điện cực bằng kim loại, gọi là ống phóng điện.

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của I vào U
Khi hiệu điện thế tăng, số hạt mang điện đến các điện cực tăng lên, dòng điện I cũng tăng.
Khi U tăng đến một giá trị nào đó thì tất cả các hạt mang điện do tác nhân iôn hoá tạo ra trong khối khí đều về đến các điện cực. Lúc đó mặc dù ta tăng U, dòng điện I cũng không tăng nữa. Ta nói rằng dòng điện đã đạt đến giá trị bão hoà.
Nếu tiếp tục tăng U lên nữa ta thấy: Khi U lớn hơn giá trị Uc nào đó thì cường độ dòng điện lại tăng nhanh đột ngột. Lúc này sự phóng điện vẫn được duy trì ngay cả khi tác nhân iôn hoá đã dừng lại.
*. Giải thích sự tăng nhanh đột ngột của I khi U >Uc:
Khi U > Uc cường độ điện trường trong chất khí rất lớn, do đó các electron thu được động năng rất lớn. Khi va chạm vào các phân tử khí chúng làm iôn hoá các phân tử khí, tạo ra các electron và các iôn dương. Quá trình iôn hoá tiếp diễn làm số hạt mang điện tăng lên rất nhanh. Quá trình này gọi là sự iôn hoá chất khí do va chạm.
Quá trình phóng điện trong chất khí thường kèm theo sự phát sáng.
Lí do:
Khi electron đến va chạm với phân tử khí hoặc iôn dương thì năng lượng mà chúng nhận được có thể được giải phóng dưới dạng ánh sáng.

Hãy so sánh sự dẫn điện của
chất khí và của chất điện phân?
Củng cố bài:
- Phải nhờ các tác nhân làm iôn hoá chất khí mới làm xuất hiện các điện tích.
- Có sẵn các hạt mang điện, khi có điện trường đặt vào thì lập tức có dòng điện.
- Các hạt dẫn là các iôn.
- Các hạt dẫn là các iôn và các electron.
Chất khí
Chất điện phân
Khi tác nhân iôn hoá đã bị ngắt,
chất khí có tiếp tục dẫn điện không?
E
Khi tác nhân iôn hoá bị ngắt, dòng điện trong chất khí không mất ngay vì các iôn và các electron thu được động năng vẫn tiếp tục chuyển động về các điện cực. Phải mất một thời gian để các electron và các iôn âm hoặc va chạm với iôn âm tạo thành các phân tử trung hoà hoặc về hết các điện cực.
Nhưng nếu hiệu điện thế đặt vào hai cực vượt quá giới hạn Ud - gọi là hiệu điện thế cháy - thì chất khí vẫn tiếp tục dẫn điện khi đã ngắt tác nhân iôn hoá. Lúc này chất khí chuyển sang giai đoạn phóng điện tự lực.

Dòng điện trong chất khí có tuân theo
định luật Ôm không?

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của I vào U
Khi cường độ dòng điện nhỏ hơn cường dòng điện bão hoà thì dòng điện trong chất khí sẽ tuân theo định luật Ôm.
Khi hiệu điện thế lớn, cường độ dòng điện đến mức độ bão hoà thì định luật Ôm không còn đúng nữa.