Definicija ionizacije, disociacije in vzbujanja ter primeri

Opredelitev ionizacije

Ionizacija je postopek pretvorbe molekul ali atomov v ione z zmanjšanjem ali dodajanjem nabitih delcev, kot so drugi navadni elektroni. Proces ionizacije negativnih ali pozitivnih nabojev je nekoliko drugačen. Pozitivno nabit ion dobimo, ko elektron, vezan na molekulo ali atom, absorbira dovolj energije, da uide električnemu potencialu, ki ga veže. Potrebna energija je znana tudi kot ionizacijski potencial.

---

Negativno nabiti ioni se dobijo, ko se prosti elektroni razpršijo z atomi in ujamejo v atomske lupine z določenim električnim potencialom. Ionizacija je sestavljena iz dveh vrst, in sicer zaporedne ionizacije in nesekvenčne ionizacije. V klasični fiziki lahko pride le do zaporedne ionizacije, zato jo imenujemo klasična ionizacija. Nesekvenčna ionizacija krši nekatere zakone klasične fizike in bo razložena v poglavju o kvantni ionizaciji.

Preberite tudi: Razlika med ionskimi spojinami in molekulami

---

Klasična ionizacija

Na osnovi klasične fizike in Bohsovega atomskega modela je atomska in molekularna ionizacijska obremenitev močno določena. Po klasični fiziki energija elektrona presega električno potencialno energijo lupine, v kateri je elektron drugačen, elektron se bo premikal. To lahko primerjamo z osebo, ki ne bo mogla skočiti čez en meter ograje, če ne bo mogla skočiti niti metra visoko.

---

Elektron ne more skozi električno potencialno lupino 13,6 eV, če nima vsaj 13,6 eV energije. Po tem principu morajo imeti prosti elektroni energijo večjo od potencialnih lupin.

---

Če ima elektron za to dovolj energije, bo šel na najnižjo raven razumevanja, preostala energija pa bo sevana. Zaporedna ionizacija v bistvu opisuje, da je atomsko število iona mogoče dobiti le iz najbližjega naboja in je eno število. Na primer, ion z nabojem +2 lahko dobimo samo iz iona z nabojem +1 ali +3.

---

Osnovni postopek ionizacije

Idealen zrak je plin, ki je sestavljen le iz nevtralnih molekul, zato ne more prevajati električnega toka. Toda v resnici resnični zrak ni sestavljen samo iz nevtralnih molekul, ampak obstajajo majhni deli iz njega v obliki ionov in prostih elektronov, zaradi katerih bo zrak in plin tekel, čeprav je omejen. Električna okvara v zraku ali plinu je odvisna predvsem od števila prostih elektronov v zraku ali plinu.

---

Koncentracija teh prostih elektronov je običajno zelo majhna in jo določajo zunanji radioaktivni vplivi. Ta vpliv je lahko v obliki ultravijoličnega sevanja sončne svetlobe, radioaktivnega sevanja zemlje, sevanje vesoljskih žarkov iz vesolja in tako naprej, kar lahko povzroči zrak ionizirano. Če med njimi deluje napetost V, se bo pojavilo električno polje E, ki ima določeno velikost in smer. V električnem polju bodo prosti elektroni dobili dovolj močno energijo, da bodo lahko spodbudili ionizacijski proces.

Preberite tudi: Opredelitev elementov, atomov in izotopov

---

Količina energije je:

U = e. V = .m_e.v_e²

Kje ;

e = naboj elektronov

V = potencialna razlika med obema elektrodama

m_e= masa elektronov

v_e = hitrost elektrona

---

• Ionizacija zaradi elektronskega trka

Če je napetostni gradient dovolj visok, bo število ioniziranih elektronov večje od števila ionov, ki jih zajamejo molekule kisika. Vsak od teh elektronov bo nato neprekinjeno potoval do anode, medtem ko bo pri trkih sproščal več elektronov. Ionizacija zaradi udarca je pomemben osnovni postopek pri okvari zraka ali plina.

---

En sam elektron, sproščen z zunanjim vplivom, bo povzročil poplavo elektronov (plaz), ki je skupina elektronov, ki se hitro povečuje in se premika naprej. puščanje pozitivnega iona na svoji poti.učinkovitost ionizacije zaradi trkov (trkov) elektronov določa energija (glej enačbo 1-1) ali hitrost udarca elektrona to je:

V_e= √ (2.v.e / m_e)

Če je hitrost elektronov zelo počasna, na primer, ker je uporabljena napetost V nizka, ne bo Pojavi se postopek ionizacije, ker proizvedena energija ni dovolj močna, da bi sprostila elektrone Naslednji. Če je hitrost elektronov previsoka, je tudi ionizacija težavna. V takšni situaciji obstaja možnost, da se prosti elektroni v svojem gibanju približajo atomu, ne da bi iz njega odstranili elektrone. Iz teh dveh stvari je mogoče sklepati, da v procesu ionizacije obstaja optimalna hitrost elektronov, kjer je verjetnost (verjetnost 0 je največja).

---

Optimalna hitrost elektronov pomeni hitrost, ki je prava, da lahko atome razbije na elektrone in ione. Poleg tega se mora ta optimalna hitrost pojavljati pogosto, tako da če prvi premik ne more udaril atom, potem naj bi naslednje gibanje zadelo atom in osvobodilo elektrone njemu. V ionizacijskem procesu je definirana ionizacijska enota ali verjetnost ionizacije. kot število ionskih parov, ki jih lahko sprostijo elektroni, ki se v plinu gibljejo po 1 cm poti pri tlaku 1 mm Hg.

---

• Ionizacija zaradi svetlobe (fotoionizacija)

Za omogočanje procesizacije je potrebna energija. Žar (svetloba) s frekvenco bo imel energijo:

U = hν

Kje

h = Planckova konstanta

Ta kvantna energija ali foton lahko ionizira nevtralno molekulo v plinu, če

U = hν eVi 

Kje

Vi = ionizacijski potencial.

Iz enačbe je razvidno, da mora biti vhodna energija večja ali enaka energiji, ki je potrebna za sprostitev elektrona iz molekule plina.

Ko je hν eVi

 Takrat energija, ki pride, ne bo povzročila ionizacije. Toda to energijo bo molekula absorbirala ali pa se bo atom dvignil na višjo raven kot prvotna energija. To lahko izrazimo kot:

A + hν - ›A1

Ko je hν eV1

Potem se bo ta presežek energije prenesel na osvobojene elektrone v obliki kinetične energije

hν = eV1 + m_ev²

---

• Ionizacija zaradi toplote (termična ionizacija)

Načeloma se postopek ionizacije zaradi toplote ne razlikuje od procesa ionizacije zaradi udarca in svetlobe. Razlika je v vrsti energije, ki jo daje molekula ali nevtralni plin. Če se plin segreje na dovolj visoko temperaturo, bo veliko nevtralnih atomov pridobilo energijo, potrebno za ionizacijo atomov, s katerimi trčijo.

---

elektroni, sproščeni s postopkom ionizacije

Izraz toplotna ionizacija na splošno vključuje naslednje:

• Ionizacija zaradi trkov med molekulami ali atomi plina, ki se zaradi visokih temperatur premikajo z veliko hitrostjo.
• Ionizacija zaradi toplotnega sevanja / trka elektronov. Toplotna ionizacija je glavni vir ionizacije v visokotlačnih plamenih in lokah.

---

Opredelitev disociacije

V biokemiji in kemiji je disociacija postopek, pri katerem se ionske spojine (kompleksi ali soli) ločijo in v manjše delce, ione ali radikale in jih na splošno lahko vrnemo kot sprva.

---

Primer

Na primer, ko v vodo damo Brønsted-Lowryjevo kislino, so kovalentne vezi med atomi elektronegativni z atomom vodika se razcepi s heterolitično cepitvijo, ki lahko tvori negativne ione in protoni. Disociacija je nasprotje povezovanja in rekombinacije. Postopek ni podoben ionizaciji.

Preberite tudi: Opredelitev osnovne rešitve

---

Opredelitev vzbujanja

Vzbujanje (fizika) je dodajanje diskretne količine energije (energije vzbujanja) kot sistema, kot je atom ali molekula, atomsko jedro, da lahko povzroči spremembo, na splošno iz stanja z najnižjo energijo (v osnovnem stanju) v eno od višjih energij (stanje) navdušen).

---

V jedrskih, molekularnih in atomskih sistemih vzbujenih stanj ni treba razporediti, imajo pa določene ločene energijske vrednosti. To pomeni, da se lahko zunanja energija (energija vzbujanja) absorbira v ločenih količinah.

---

Tako je v atomu vodika (v krožnem elektronu je povezan jedro enega protona) energija Za pogon elektronov iz osnovnega stanja v vzbujeno je potrebno vzbujanje 10,2 elektronskih voltov najprej. Za dvig elektrona iz osnovnega stanja v drugo vzbujeno stanje bo potrebna drugačna energija vzbujanja (912,1 elektronskih voltov).

---

Sistem vzbujanja

1. Sistem vzbujanja s čopičem

V sistemu vzbujanja s pomočjo krtače vir električne energije prihaja iz generatorja enosmernega toka (DC) ali generator izmeničnega toka (AC), ki se najprej odpravi z uporabo usmernik.

Če uporabljate vir električne energije iz izmeničnega generatorja ali uporabljate generator stalnih magnetov (PMG), je magnetno polje trajni magnet. V usmerniški omari se napetost izmeničnega toka pretvori ali odpravi v enosmerno napetost za nadzor glavne tuljave vzbujalnega polja.

Za odvajanje vzbujevalnega toka od glavnega vzbujevalnika do rotorja generatorja s pomočjo drsnih obročev in ščetk za oglje ter porazdelitve toka od pilotskega vzbujevalnika do glavnega vzbujevalca.

Slika 1. Sistem vzbujanja s čopičem (Brush Excitation).

---

Načelo delovanja sistema vzbujanja ščetk

Prvi ojačevalni generator je enosmerni generator enosmernega toka, ki proizvaja ojačevalni tok za drugi ojačevalni generator. Ojačevalnik generatorja (vzbujevalnik) za sinhroni generator je glavni generator, ki se napaja.

Preberite tudi: Termokemija: definicija, enačbe, reakcije, formule in primeri problemov

Regulacija napetosti na glavnem generatorju se izvede s prilagoditvijo količine vzbujevalnega toka (ojačevalni tok) s prilagoditvijo potenciometra ali zagonskega upora. Potenciometer ali zagonski upor uravnava ojačevalni tok prvega generatorja, drugi generator pa proizvaja glavni tok generatorja. Na ta način reguliran ojačevalni tok ni prevelike vrednosti (v primerjavi z drugim ojačevalnim tokom generatorja), tako da izguba moči v potenciometru ni prevelika. Ojačevalni tok glavnega generatorja PMT je opremljen z uporom, ki prilagodi energijo magnetnega polja glavnega generatorja, ker je treba, če je izklopljen, ojačevalni tok glavnega generatorja izpustiti v upor.

Zdaj so številni generatorji izmeničnega toka opremljeni z usmerniki, ki proizvajajo enosmerni tok, ki ga lahko uporabimo za ojačanje glavni generator, tako da porazdelitev enosmernega toka za ojačitev glavnega generatorja, pri drugem ojačevalnem generatorju ne zahteva drsnega obroča Ker. Usmernik se vrti z gredjo generatorja. Strižni obroč se uporablja za prenos toka iz prvega ojačevalnega generatorja v ojačevalno polje drugega ojačevalnega generatorja. Vrednost ojačevalnega toka je majhna, zato uporaba drsnih obročev ne povzroča težav.
Nastavitev jakosti ojačevalnega toka glavnega generatorja se izvede z avtomatskim regulatorjem napetosti, tako da je vrednost napetosti spone generatorja konstantna. Samodejna regulacija napetosti je prvotno temeljila na mehanskih načelih, zdaj pa je postala elektronska.

Razvoj sistema vzbujanja na sinhronem generatorju z brezkrtačnim sistemom vzbujanja, ker lahko krtača pri visoki hitrosti povzroči požarni skok. Za odstranitev ščetk se uporabljajo vrtljive diode, nameščene na sidru. Slika 2 prikazuje brezkrtačni sistem vzbujanja.

---

2. Brezkrtačni sistem vzbujanja

Uporaba ščetk ali drsnih obročev za usmerjanje vzbujevalnega toka na rotor generatorja ima šibkost, ker je količina toka, ki se lahko pretaka na krtačo za oglje, razmeroma majhna. Da bi premagali omejitve krtače za oglje, se uporablja sistem vzbujanja brez ščetk.

Prednosti brezkrtačnega sistema vzbujanja vključujejo:

1. Energija, potrebna za vzbujanje, se pridobiva iz glavne gredi, zato je zanesljivost visoka
2. Stroški vzdrževanja se zmanjšajo, ker brezkrtačni vzbujevalni sistem ne vsebuje ščetk, komutatorjev in drsnih obročev.
3. V brezkrtačnem vzbujevalnem sistemu ni poškodb izolacije zaradi pritrditve ogljikovega prahu na oblogo zaradi krtače za oglje.
4. Zmanjša škodo (težave) zaradi slabega zraka (slaba atmosfera), ker je vsa oprema nameščena v zaprti sobi
5. Med delovanjem ni potrebna zamenjava krtač, kar povečuje zanesljivost neprekinjenega delovanja za daljši čas.
6. Odklopniki polja, generatorji polja in vzbujevalniki vodila ali kabli niso več potrebni
7. Stroški temeljev se zmanjšajo, ker zračni vodi in vzbujevalniki vodila ali kabli ne potrebujejo temelja

Slika 2. Brezkrtačni vznemirljivi sistem

Napis:

JAZ: Glavni vzbujalec

MG: Glavni generator

PE: pilotski vzbujalec

AVR: samodejni regulator napetosti

V: Napetost generatorja

Izmenični tok (izmenični tok)

Enosmerni tok: enosmerni tok

Slika 3. Brezkrtačni sistem vzbujanja

---

Načelo delovanja brezkrtačnega vzbujalnega sistema

Prvi ojačevalni generator se imenuje pilotni vzbujevalnik, drugi ojačevalni generator pa glavni vzbujevalnik. Glavni vzbujevalnik je generator izmeničnega toka s polovi na statorju. Rotor proizvaja izmenični tok z diodo, ki se vrti na glavni vzbujalni gredi (ena gred z glavnim generatorjem). Enosmerni tok, ki ga ustvari dioda, se vrti v ojačevalni tok glavnega generatorja. Pilot vzbujevalnik na generatorju izmeničnega toka z rotorjem v obliki vrtečega se trajnega magnetnega pola inducira navitje statorja. Izmenična napetost se odpravi z diodnim usmernikom in tvori enosmerni tok, ki se napaja na magnetne polove glavnega vzbujalnega statorja. Količina enosmernega toka, ki teče na glavni vzbujevalni pol, uravnava avtomatski regulator napetosti (AVR).

Količina toka vpliva na količino toka, ki ga ustvari glavni vzbujevalnik, zato velikost glavnega vzbujevalnega toka vpliva tudi na količino napetosti, ki jo ustvarja glavni generator.

V brezkrtačnih vzbujalnih sistemih se pojavijo težave v primeru kratkega stika ali okvare tla v rotorju in če je katera od varovalk vrtljive diode pregorela, mora to imeti možnost zaznano. Motnje v vrtljivem rotorju lahko povzročijo izkrivljanje magnetnega polja v glavnem generatorju in lahko povzročijo prekomerne vibracije v generatorju.