Tiểu luận Dòng điện trong các môi trường

ngược: dòng tunnel của electron từ miền bán dẫn lọai p sang miền bán dẫn loại n xảy ra mạnh do phần lớn electron trong dải hóa trị bên p có năng lượng bằng trạng thái năng lượng còn trống ở trong dải dẫn bên n. Dòng này là dòng do các hạt thiểu số gây ra, nên đuợc gọi là dòng điện ngược. Dòng điện ngược của điôt tunnel tăng nhanh với điện áp ngoài tăng và không có đoạn bão hòa nào Khi mắc điện áp thuận: điện áp ngoài ngược chiều điện áp trong làm cho hàng rào thế năng giảm xuống , số êlectron từ bán dẫn loại n khuếch tán sang bán dẫn loại p tăng lên. Các hạt tải đa số di chuyển qua lớp chuyển tiếp p-n bằng cả hai dòng khuếch tán và tunnel, trong đó dòng điện gây nên bởi phương thức tunnel là chủ yếu. Do electron từ dải dẫn của bán dẫn loại n dễ dàng xuyên hầm qua vùng tiếp xúc chiếm các trạng thái còn trống bên bán dẫn loại p. Khi tăng điện áp thuận, số electron chiếm đầy bên n đối diện với mức trống bên p tăng dòng thuận tăng nhanh đột ngột. Dòng thuận do hiệu ứng tunnel sinh ra đạt giá trị cực đại khi số mức năng lượng bị electron chiếm đầy bên n đối điện với số mức năng lượng bên p là lớn nhất Sau đó tiếp tục tăng điện áp, dòng thuận sẽ giảm, vì số mức năng lượng bị chiếm đầy bên n đối diện với mức năng lượng còn trống bên p bắt đầu giảm. Đây là phần quan trọng nhất trong đường đặc trưng vôn- ampe của diod tunnel vì nó xuất hiện đoạn điện trở vi phân âm, dòng điện giảm khi điện áp tăng. Điện áp tăng, dòng điện thuận do hiệu ứng tunnel giảm dần xuống cực tiểu khi đáy dải dẫn bên n ngang với đỉnh dải hóa trị bên p Tiếp tục tăng điện áp, đáy dải dẫn bên n tiếp tục dâng cao. Khoảng cách giữa đáy dải dẫn bên n và đỉnh dải hóa trị bên p là khe cấm. Biểu đồ dải năng lượng giống như bán dẫn thông thường. Dòng do hiệu ứng tunnel không còn nữa, dòng khuếch tán đóng vai trò chủ yếu. Đặc tuyến có dạng hàm mũ như các diod chỉnh lưu thông thường Điểm đặc biệt của diod tunnel là có đoạn điện trở âm nên nó được dùng làm linh kiện khuếch đại tín hiệu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như máy phát dao động, cái chuyển mạch Transitor có lớp chuyển tiếp, transitor trường Transitor có lớp chuyển tiếp Trong các linh kiện điện tử, có những linh kiện có thể hoạt động mà không cần cung cấp nguồn điện cho chúng. Ví dụ như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, diod… Những linh kiện đó đuợc gọi là nhũng linh kiện thụ động. Đối lập với linh kiện thụ động là linh kiện tích cực như transitor. Để các linh kiện này hoạt động với chức năng khuếch đại và đóng ngắt dòng điện chạy trong mạch cần phải cung cấp nguồn điện cho nó Hình 2.14: kí hiệu Transitor n-p-n và p-n-p Transitor có lớp chuyển tiếp cấu tạo từ hai lớp bán dẫn cùng loại kẹp giữa là một lớp bán dẫn rất mỏng khác loại nên gọi là transitor loại n-p-n và transitor loại p-n-n Lớp mỏng ở giữa là miền bazơ với nồng độ tạp chất nhỏ nhất (gọi là cực gốc:p), hai lớp bên ngoài dày hơn đuợc gọi lả miền emitor có nồng độ tạo chất lớn nhất (gọi là cực phát e) và miền có colector có nồng độ tạp chất trung bình (cực gốc c). Transitor đuợc mắc vào mạch sao cho lớp chuyển tiếp giữa emitor và bazơ đuợc phân cực thuận, lớp chuyển tiếp giữa bazơ và colector phân cực ngược. Transitor có ba cực ebc, nên được gọi là triod bán dẫn. Hai lớp chuyển tiếp p-n trong transitor không độc lập mà có tác dụng tương hỗ với nhau Với các cách phân cực khác nhau mà transitor có thể làm việc các chế độ khác nhau Chế độ đóng mở : cả hai lớp chuyển tiếp e và c đều phân cực ngược. Transitor có điện trở lớn chỉ có một dòng điện rất nhỏ đi qua transitor Chế độ bảo hòa cả hai lớp chuyển tiếp ec đều phân cực thuận, transitor có điện trở nhỏ, dòng điện qua transitor rất lớn Chế độ khuếch đại: một lớp chuyển tiếp phân cực thuận còn lớp kia phân cực ngược Chế độ khuếch đại đuợc sùng phổ biến cho các mạch tương tự còn chế độ đóng mở và bảo hòa được dùng cho các mạch số, hay còn gọi là các mạch logic Đối với chế độ khuếch đại, tiếp giáp e-b phải phân cực thuận b-c phải phân cực ngược khi chưa có điện áp ngoài transitor n-p-n có mức fermi đồng đều trong cả 3 miền chiều cao rào thế của chuyển tiếp emitor và colector có giá trị xác định Hình 2.15: phân cực để trnsitor ở chế độ khuếch đại Để transitor làm việc ở chế độ khuếch đại, chuyển tiếp emitor-bazơ đuợc phân cực thuận làm miền nghèo hẹp lại, chiều cao rào thế của chuyển tiếp emitor giảm xuống. Electron là hạt tải điện chủ yếu ở miền emitor (bán dẫn loại n) đuợc phun vào bazơ loại p tạo nên dòng IE. Các electron tiếp tục khuếch tán trong miền bazơ trong đó một số electron tái hợp với lỗ trống tạo nên dòng IB. Nếu hai lớp chuyển tiếp đủ gần nhau, hầu hết các electron này sẽ tới đuợc lớp chuyển tiếp bazơ-colector. Chuyển tiếp bazơ-colector phân cực ngược, electron là hạt thiểu số của bán dẫn loại p (miền bazơ) nên electron bị điện trường cuốn đi, thu góp về colector (bán dẫn lọai n) tạo thành dòng Ic. Từ đó rút ra được hệ thức cơ bản của dòng điện trong transitor IE = IB + IC Transitor đuợc sử dụng trong các mạch điện tử để thực hiện các chức năng khuếch đại tín hiệu, làm khóa điện tử công tác ở chế độ đóng mở, làm bộ chuyển mạch dùng một dòng nhỏ (dòng bazơ) để đóng ngắt một dòng lớn (dòng colector) Khi sử dụng transitor về nguyên tắc có thể lấy hai trong ba cực của transitor làm đầu vào và cực thứ ba còn lại cùng với một cực đầu vào làm đầu ra. Trong số 6 cách mắc ấy chỉ có 3 cách mắc chung emitor (EC), chung bazơ (BC), chung colector (CC) có thể khuếch đại công suất và được dùng phổ biến Các linh kiện bán dẫn có rất nhiều ứng dụng trong phát thanh và truyền hình. Sơ đồ hình 2.20 là một sơ đồ điển hình của máy thu khuếch đại trực tiếp có mạch điện đơn giản Hình 2.16: sơ đồ máy thu thanh ba transitor Họat động của sơ đồ máy thu thanh được diễn giải như sau: Anten đưa tín hiệu vào khung cộng hưởng LC để lựa chọn sóng đài phát thanh cần thu. Tín hiệu được đưa qua tụ C1 vào cực B của T1 để khuếch đại cao tần, Tín hiệu của khuếch đại đủ lớn được đưa qua tần tách sóng D. Tín hiệu sau tách sóng có hai thành phần chính, thành phần cao tần theo tụ C3 xuống đất, còn thành phần âm tần đi qua tụ C4 để vào tần khuếch đại âm tần T2. Tín hiệu sau khi khuếch đại điện áp được đưa qua tụ C6 để vào tần khuếch đại công suất. Tín hiệu ra cuối cùng lấy từ cực C của T3 ra loa. Yêu cầu trở kháng loa phải lớn để phù hợp với trở kháng ra của tần. Muốn thực hiện tốt hơn về chế độ chọn lọc cần có cuộn Z để lấy tín hiệu ra từ cuộn cộng hưởng. Muốn tăng cường độ nhạy và độ chọn lọc phải lắp thêm mạch tái sinh. Transitor hiệu ứng trường(FET) FET họat động dựa trên nguyên lí hiệu ứng trường, điều khiển độ dẫn điện của tinh thể bán dẫn nhờ tác dụng của một điện trường ngòai. Dòng điện trong FET chỉ do một lọai hạt dẫn tạo ra. FET có hai nhóm chuẩn lại: lọai cực cửa có lớp chuyển tiếp p-n và lọai cực cửa cách li Transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp Transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp được phát minh vào năm 1952, đó là một dụng cụ dựa trên nguyên tắc vật lý khác với transitor có hai lớp chuyển tiếp. Transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp, miền nghèo của lớp chuyển tiếp p-n được phân cực ngược, dùng để điều chỉnh thiết diện kênh dẫn có dòng điện chạy qua. Dòng điện là dòng chuyển dời của các hạt tải điện chỉ có một cực tính. Vì vậy, transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp là một dụng cụ đơn cực, ngược với transitor có hai lớp chuyển tiếp là một dụng cụ lưỡng cực, do nó liên quan đến hai lọai hạt tải điện Cấu tạo của transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp Đế của transitor hiệu ứng trường là bán dẫn lọai n, xung quanh đế được tạo bởi bán dẫn lọai p với nồng độ pha tạp cao hơn so với đế. Người ta phủ một lớp kim lọai để nối ra ba điện cực : cực nguồn S, cực máng D va cực cửa G. Giữa cực nguồn S và cực máng D được nối bằng bán dẫn lọai n và được gọi là kênh dẫn lọai n. cực cửa G được cách li với kênh dẫn lọai n bằng lớp bán dẫn lọai p. Như vậy giữa cực cửa G và kênh dẫn hình thành lớp chuyển tiếp p-n. Bằng cách tương tự, nếu đế là bán dẫn lọai p sẽ tạo ra transitor trường bán dẫn lọai p Hình 2.17: sơ đồ cấu tạo và mạch nguyên lí của JFET Để phân cực transitor trường có lớp chuyển tiếp người ta dùng hai nguồn UDS >0 và UGS<0, trong kênh dẫn n có dòng electron di chuyển từ cực nguồn s đến cực máng D tạo ra dòng máng ID có chiều ngược lại. Khi UDS tăng, dòng ID tăng và điện thế dọc theo kênh sẽ tăng từ nguồn S đến máng D. Khi đặt điện áp UGS<0, nghĩa là lớp chuyển tiếp p-n được phân cực ngược và dọc theo kênh dẫn từ nguồn tới máng điện áp phân cực ngược ngày càng mạnh. Độ rộng các miền nghèo tăng và mở rộng về phía bán dẫn pha tạp yếu làm kênh dẫn thu nhỏ dần dọc theo kênh Điện áp UDS điều khiển độ rộng của kênh nên nó như một van điều khiển dòng điện chạy trong kênh Dòng điện trong kênh dẫn phụ thuộc vào giá trị của UDS và UGS, nên mối quan hệ giữa dòng điện và hiệu điện thế của transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp Transitor hiệu ứng trường cửa cách li Đế của transitor là bán dẫn lọai p pha tạp chất nồng độ cao. Hai hòn đảo chất bán dẫn lọai n pha tạp nồng độnthấp hơn được nhúng vào mặt trên của đế tạo nên cực máng D và cực nguồn S. Hai cực này được nối thông với nhau bằng một kênh dẫn mỏng bán dẫn lọai n pha tạp yếu hoặc kênh dẫn cảm ứng chỉ hình thành khi có điện trường ngòai tác động, Trên bề mặt kênh dẫn được phủ một lớp điện môi SiO2. Hai điện cực D và S được tạo lớp tiếp xúc kim lọai để nối ra ngòai. Bề mặt đối diện với kênh dẫn n được phủ một lớp kim lọai làm điện cực được gọi là cực cửa G. Như vậy giữa cực cửa G và kênh dẫn được ngăn cách bằng lớp điện môi SiO2 có điện trở rất cao khòang 1015 Để phân cực transitor hiệu ứng trường cực cửa cách li, người ta đặt một điện áp UDS>0, các electron sẽ chuyển động trong kênh từ nguồn tới máng. Do đó dòng điện IDS sẽ đi từ máng đến nguồn qua kênh dẫn lọai n ngay cả khi UGS=0( nếu đế là bán dẫn lọai n thì ta có kênh dẫn lọai p). Để điều khiển dòng điện chuyển động trong kênh, có thể sử dụng điện thế cực cửa. Nếu UGS<0 các electron bị đẩy từ kênh n vào đế làm rộng thêm vùng nghèo, kênh dẫn bị thu hẹp, dòng IDS giảm. Ngược lại nếu UGS >0, điện thế này sẽ hút các electron vào kênh n làm vùng nghèo hẹp lại, kênh dẫn được mở rộng, dòng IDS tăng Như vậy bằng cách thay đổi điện áp UGS ta có thể thay đổi dòng điện trong kênh. Lọai kênh cảm ứng sẽ không có dòng IDS khi UGS0, vì vậy transitor lọai này chỉ họat động ở chế độ mở rộng kênh dẫn. Transitor hiệu ứng trường được sử dụng trong mạch logic của máy tính với tính chất như khóa đóng mở dòng điện tạo ra các tín hiệu số hệ nhị phân. Chương 3: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Thí nghiệm Đặt hai bản cực kim loại tích điện trái dấu gần nhau trong môi trường không khí ở trạng thái bình thường. Nối hai bản cực với điện kế nhạy G qua một mạch điện có suất điện động khoảng vài chục vôn (hình 3.1). Hình 3.1: thí nghiệm khảo sát dònh điện trong chất khí Ở trạng thái bình thường, kim điện kế gần như chỉ số 0, vì vậy không có dòng điện trong mạch. Điều đó cho thấy không khí là chất điện môi. Khi dung đèn cồn đốt nóng khối không khí giữa hai bản cực, kim tĩnh điện kế lệch khỏi vị trí 0. Không khí trở nên dẫn điện, nghĩa là đã có dòng điện qua khối không khí giữa hai bản cực. Đó là sự phóng điện trong không khí. Hình 3.2: các quá trình ion hóa chầt khí và sự tái hợp Khi tắt đèn cồn, kim tĩnh điện kế trở về vị trí 0. Nếu thay vị trí đèn cồn đốt nóng không khí bằng cách chiếu đèn thủy ngân, bức xạ tia tử ngoại hoặc các nguồn bức xạ khác hoặc tiến hành thí nghiệm với các môi trường khí khác nhau, hiện tượng phóng điện trong chất khí cũng xảy ra. Kết quả thí nghiệm trên được giải thích như sau: ở trạng thái bình thường, chất khí gồm những phân tử trung hòa về điện nên chúng không dẫn điện được. Khi đốt nóng hoặc dung các tác nhân bức xạ như tia tử ngoại, tia Rontghen tác dụng vào chất khí làm chất khí bị ion hóa. Một số nguyên tử, phân tử khí mất bớt electron trở thành ion dương. Các ion dương, ion âm và các electron xuất hiện trong khối khí bị ion hóa làm chất khí trở thành vật dẫn. Trong chuyển động hỗn loạn, một số electron tự do kết hợp với ion dương để trở thành nguyên tử, phân tử trung hòa. Nếu đặt khối không khí này vào trong điện trường, các hạt mang điện ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn còn có them chuyển động có hướng. Các ion mang điện tích trái dấu sẽ chuyển động ngược chiều nhau về hai điện cực tạo nên dòng điện trong chất khí. Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và ion âm, electron ngược chiều điện trường. Quãng đường tự do trung bình của electron trong chất khí Trong chất khí, các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn, khi electron chuyển động trong khối khí nó va chạm với các phân tử hoàn toàn ngẫu nhiên. Vì vậy, ta chỉ có thể tính được quãng đường đi trung bình của electron giữa hai lần va chạm với các phân tử. Hình 3.3: thể tích các electron va chạm với các phân tử khí Khoảng cách trung bình mà một electron động hoàn toàn tự do giữa hai lần va chạm liên tiếp được gọi là quãng đường tự do trung bình và kí hiệu là. Nó là một thuộc tính quan trọng của chất khí và độ lớn của nó phụ thuộc vào áp suất của bình chứa khí. Thời gian tự do trung bình là khoảng thời gian trung bình giữa hai lần va chạm liên tiếp của electron với các phân tử và được kí hiệu là . Giữa hai đại lượng này có mối liên hệ: (3.1) Với v là vận tốc trung bình của electron. Sự ion hóa chất khí, năng lượng ion hóa và điện thế ion hóa. Sự ion hóa chất khí: Sự ion hóa chất khí là điều kiện cần thiết để chất khí trở nên dẫn điện. Phân tử (hay nguyên tử) khí là một hệ các hạt tích điện (hạt nhân và các electron) liên kết bền vững. Muốn ion hóa phân tử (hay nguyên tử) ta cần cung cấp năng lượng để electron thực hiện công thắng lực liên kết đó bức ra khỏi nguyên tử. Nguyên tử bị ion hóa trở thành hệ mới bao gồm hạt nhân và các electron liên kết còn lại. Năng lượng này được gọi là năng lượng ion hóa Wi. Độ lớn của năng lượng ion hóa Wi phụ thuộc bản chất hóa học của chất khí và trạng thái năng lượng của electron được bức ra khỏi nguyên tử. Electron ngoài cùng liên kết với hạt nhân yếu hơn cả, để bứt nó ra khỏi nguyên tử cần năng lượng ion hóa Wi nhỏ. Sau khi một electron được bứt ra khỏi nguyên tử , các electron còn lại liên kết với hạt nhân bền vững hơn. Vì vậy, để bứt các electron kế tiếp đòi hỏi năng lượng ion hóa phải lớn hơn.. . SỰ PHÓNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Ở ÁP SUẤT BÌNH THƯỜNG Sự phóng điện không tự lực của chất khí. Hình 3.4: thí nghiệm ion hóa chất khí bằng bức xạ Một chất khí nằm giữa hai điện cực phẳng đặt song song chịu tác dụng không ngừng bởi một tác nhân ion hóa là đèn thủy ngân phát ra tia tử ngoại Do khối lượng của electron rất nhỏ hơn khối lượng ion, nên trong điện trường electron được gia tốc mạnh và đạt được vận tốc lớn hơn ion nhiều. Vì thế electron đóng vai trò quan trọng, số electron sinh ra rất nhanh tạo thành thác electron thì dù có ngừng tác nhân ion hóa sự phóng điện vẫn được duy trì. Đó là sự phóng điện tự lực. Giai đoạn chuyển tiếp của quá trình phóng điện không tự lực và phóng điện tự lực được ứng dụng để chế tạo ống đếm tỉ lệ. Đó là dụng cụ dùng để phát hiện, ghi và đếm các tia phóng xạ, tia Rontgen, tia gamma. Ống đếm tỉ lệ Khi một photon Rontgen va chạm với nguyên tử khí trơ, nguyên tử có thể bị ion hóa tạo ra một electron và một ion dương gọi là một cặp ion. Ví dụ trường hợp của khí xênon (Xe) : Năng lượng để bứt một eletron ra khỏi nguyên tử xênon trung hòa vào khoảng 20,8eV. Phần lớn khí trơ có thế năng ion hóa hiệu dụng vào khoảng 20-30 eV. Trong trường hợp ống đếm thu bức xạ Rontgen của đối catod đồng, mỗi photon có năng lượng khoảng 8,04 keV. Như vậy mỗi photon có thể sinh ra cặp ion. Hình 3.5: cấu tạo của ống đếm tỉ lệ Trong buồng ống đếm, các electron được tạo ra dưới tác động của bức xạ Rontgen có thể nhận được một năng lượng đủ lớn để gây ra sự ion hóa do va chạm các phân tử chất khí.Các ion sinh ra do quá trình ion hóa thứ cấp này lại có thể gây ra quá trình ion hóa tiếp theo. Điện tích tập hợp trên các điện cực sẽ lớn hơn điện tích sinh ra trong quá trình ion hóa sơ cấp A lần. A được gọi là hệ số khuếch đại khí. Trong điều kiện thích hợp, A có thể đạt giá trị 102 – 106. Các ống đếm làm việc trong điều kiện khuếch đại khí được gọi là các ống đếm tỉ lệ, bởi vì khi có một photon bức xạ Rontgen gây ion hóa bay vào buồng đo, trên các điện cực sẽ xuất hiện một xung điện tỉ lệ với năng lượng của phôtôn đó. Ống đếm gồm một vỏ hình trụ kim loại rỗng là catod, một sợi dây kim loại mảnh (đường kính0,1mm) căng xuyên tâm dọc trục ống, cách điện với vỏ là anod. Anod được đặt cao thế 1,5 – 2 kV, vỏ hình trụ là catod được nối với đất Những quá trình dẫn đến phóng điện tự lực Thác electron Giả thiết rằng có dòng điện truyền trong chất khí trong khoảng không gian giữa hai điện cực phẳng anod (A) và catod (K). Dưới tác dụng của tia tử ngoại, từ catod phát xạ ra một electron. Dưới tác dụng của điện trường, electron chuyển động có gia tốc trên suốt quãng đường tự do và giả sử trước khi va chạm nó có động năng không nhỏ hơn năng lượng ion hóa. Trong điều kiện đó, khi electron va chạm với phân tử, nó sẽ ion hóa phân tử và làm xuất hiện thêm một electron và ion dương. Ion dương chuyển động về catod còn electron chuyển động về anod. Sau va chạm, các electron lại thu được năng lượng của điện trường và sau lần va chạm thứ hai thì xuất hiện 4 electron. Các lần va chạm tiếp theo sau sẽ làm xuất hiện 8 electron, 16 electron.. Hình 3.6:sự tạo thác electron và lớp điện tích không khí Thực nghiệm xác định được trong điên trường đủ mạnh, tốc độ electron khoảng 2.105m/s và ion khoảng 2.103 m/s đủ để gây ra sự ion hóa do va chạm. Do tốc electron gấp trăm lần ion dương nên có thể coi như ion dương đứng yên và quá trình phóng điện chủ yếu do thác electron gây ra. Thác electron lan truyền nhanh đến cực dương và để lại sau nó lớp điện tích không gian dương. Các điện tích không gian này gây ra sự thay đổi điện trường giữa hai điện cực Điều kiện phát sính sự phóng điện tự lực Sự phát sinh thác electron trong chất khí vẫn chưa phải là sự phóng điện tự lực. Nếu số electron sơ cấp n0 thì số electron đến trên mặt anod na=0, nghĩa là khi ngắt tác nhân ion hóa thì dòng electron từ catod đến anod bằng không, dòng điện tắt. Muốn cho sự phóng điện trở thành tự lực thì electron phải tạo ra các điều kiện duy trì eletron, nghĩa là trong chất khí phải có quá trình khác liên tục tạo ra các electron mới thay thế cho số electron đi về anod. CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN Ở ÁP SUẤT THƯỜNG. Sự phóng điện hình tia : Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất khí quyển khi có tác dụng của điện trường đủ mạnh để làm ion hóa khí, biến phân tử khí trung hòa thành ion dương và electron tự do. Tia lửa điện xuyên qua khoảng không gian phóng điện rất nhanh rồi tắt, xong lại xuất hiện tia lửa khác. Tia lửa điện không có dạng nhất định, thường là một chùm tia ngoằn ngèo có nhiều nhánh. Do hình dạng của nó nên người ta gọi đó là sự phóng điện hình tia. Nguyên nhân sự phóng điện hình tia được giải thích do quá trình va chạm của electron làm ion hóa chất khí. Tia lửa điện được dùng trong động cơ để đốt hỗn hợp khí và xăng. Bộ phận tao ra tia lửa điện là bugi. Đó là hai điện cực được gắn vào một khối sứ cách điện, hai điện cực được đặt cách nhau khoảng 0,2mm. Tia lửa điện cũng được dùng trong thiết bị tạo khí ôzon để khử trùng. Trong công nghiệp, tia lửa điện được ứng dụng để khoan, cắt kim loại. Sét Sét phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa đám mây tích điện với mặt đất tạo thành tia lửa điện khổng lồ. Quan sát thực nghiệm cho thấy, ở lớp khí quyển gần mặt đất luôn tồn tại một điện trường và điện trường này tăng lên rất mạnh trước mỗi cơn dông. Khi không có cơn dông, điện trường của lớp khí quyển hướng từ trên xuống dưới (mặt đất tích điện âm) và cường độ điện trường khoảng 100 V/m. Điện trường đó tăng mạnh trước mỗi cơn dông là do sự tích điện của các đám mây. Ở những phần khác nhau của các đám mây có mang những điện tích khác dấu nhau. Thông thường thì ở phần dưới đám mây mang điện tích âm còn phần trên mang điện tích dương. Vì vậy, ở phía dưới đám mây điện trường hướng từ đất đến các điện tích âm ở phần dưới đám mây. Tia lửa sét là sự phóng điện giữa đám mây với mặt đất hoặc giữa các đám mây. Hiệu điện thế gây ra sét có thể lớn tới 108- 109 V và cường độ dòng điện trong sét tăng lên tới 10000 – 50000 A. Tia lửa điện khổng lồ của sét làm áp suất không khí tăng đột ngột, gây ra tiếng nổ lớn. Tiếng nổ đó được gọi là tiếng sấm. Hồ quang điện Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn lắm. Hồ quang điện có thể kèm theo sự tỏa nhiệt và phát sáng rất mạnh. Nếu sau khi có sự phóng điện hình tia, ta giảm dần điện trở của mạch thì cường độ dòng điện tăng lên. Khi điện trở nhỏ đến một mức nào đó thì sự phóng điện sẽ chuyển từ không liên tục sang liên tục. Khi đó sẽ có dạng phóng điện khác trong chất khí gọi là hồ quang điện. Hồ quang điện cũng có thể được tạo ra bằng hiệu điện thế thấp mà không qua giai đoạn phóng điện hình tia. Sự dẫn điện tốt của hồ quang điện được giải thích do sự phát xạ nhiệt electron ỨNG DỤNG Hồ quang điện có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và kĩ thuật. Hàn điện Hồ quang được dùng phổ biến nhất trong hàn điện. Một cực hồ quang là vật bằng kim loại cần hàn được nối với đất, cực kia được gắn que hàn. Do giữa hai cực có nhiệt độ cao, nên anot là que hàn bị nóng chảy, lấp đầy vào chỗ cần hàn trên vật kim loại cần hàn. Đèn chiếu sáng  Đèn chiếu sáng là ứng dụng của hồ quang áp suất thấp. Nguyên tắc hoạt động của đèn chiếu sáng như sau : trong các bóng thủy tinh kín có chứa các khối hơi như Natri (Na), thủy ngân (Hg), argon (Ar), krypton (Kr) ở áp suất thấp. Trong đèn có các điện cực làm bằng vonfam (W). Khi có hồ quang, các electron phát xạ nhiệt từ catod được gia tốc về anod. Trên đường đi, các electron va chạm không đàn hồi với các nguyên tử khí để chúng chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao hơn. Trạng thái năng lượng cao của nguyên tử là không bền. Nguyên tử nhanh chóng trở về trạng thái bền vững có năng lượng thấp hơn và giải phóng năng lượng dưới dạng các photon. Người ta phủ lên mặt trong của đèn một lớp bột huỳnh quang. Các electron của nguyên tử huỳnh quang hấp thụ các bức xạ tử ngoại do nguyên tử khí phát ra sẽ nhảy lên mức năng lượng cao hơn, khi về trạng thái cơ bản nó sẽ phát ra các photon. Màu của các đèn phát ra phụ thuộc vào khí trong ống và các chất làm bột huỳnh quang. Hình 3.7: Sơ đồ mạch mắc đèn hùynh quang . Phún xạ catod Phương pháp chế tạo màng mỏng dựa trên sự phóng điện giữa hai điện cực, chất làm catot chuyển sang trạng thái hơi và tạo thành một lớp mỏng trên thành ống. Hiện tượng này gọi là sự phún xạ catod và được thực hiện trong môi trường chân không. Nguyên nhân của sự phún xạ catod là mỗi ion dương khi va chạm với catod, truyền năng lượng của mình cho một nhóm nguyên tử của catod làm cho nhiệt độ ở cùng nhỏ bé quanh đó nóng lên. Nhiệt độ tại vùng này rất cao, nó làm cho các nguyên tử tạo thành catod hóa hơi. Mặt khác, nếu điện tường giữa hai điện cực lớn, ion dương được gia tốc có năng lượng lớn khi đập vào catod có thể thắng lực liên kết và giải phóng các nguyên tử ở catod. Trong quá trình phún xạ trong môi trường chân không, hơi kim loại từ catod sẽ chuyển động ra không gian xung quanh mà không va chạm. Nếu đặt các đế đối diện với catod có khả năng chế tạo các màng sạch, mạ được các chi tiết phức tạp dùng trong kĩ thuật và đời sống như mạ gương vàng có độ phản xạ cao dùng trong buồng cộng hưởng của laser, tạo ra các lớp kim loại quý phủ đồ trang sức, mạ pha đèn và các lớp phủ bảo vệ. SỰ PHÓNG ĐIỆN Ở ÁP SUẤT THẤP Sự phóng điện thành miền Sự phóng điện thành miền (hay còn gọi là sự phóng điện tách vùng) được quan sát trong chất khí ở áp suất thấp. Dụng cụ là một ống thủy tinh dài 0,3 mm – 0,5 mm, trong ống có một chất khí áp suất khoảng 0,1 mm – 0,01 mm Hg. Khi hiệu điện thế đặt vào hai cực anod (A) và catod (K) đạt giá trị khoảng vài trăm vôn thì có dòng điện đi qua ống, chất khí phát sáng thành những miền sáng chủ yếu sau đây Hình 3.8: sự phóng điện thành miền . Tia catod và tia Rontgen, tia dương Tia catod Trong sự phóng điện thành miền, các electron thoát ra khỏi catod do tác dụng bắn phá của các ion dương. Trong miền tối Crookes gần catod (còn gọi là miền tối catod), các electron này chuyển động không bị va chạm, chuyển động của dòng electron được xem là chuyển động tự do trong chân không. Dòng electron trong chân không được William Crookes (1832-1919) nhà vật lí người Anh, phát hiện lần đầu tiên vào cuối thế kỉ XIX trong khi nghiên cứu sự phóng điện thành miền và được gọi là tia catod (hay tia âm cực). Tia catod là một dòng electron chuyển động nhanh mà ta có thể nhận được nhờ sự phát xạ nhiệt electron, phát xạ catot lạnh hoặc bằng các phương pháp khác. Tia catod nhận được trong sự phóng điện t