T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
226
ISSN:3030-3613
GAZLARDA ELEKTR TO'KI MUSTAQIL VA MUSTAQIL BO'LMAGAN
GAZ RAZRYADLARI
Mamatova Go’zaloy Jo’ramirzayevna
Fizika va texnologiya kafedrasi v.b.dotsenti
Mirabdullayeva Dilafruz kenjaboy qizi
Ibrohimova Muborak Yodgorbek qizi
Andijon davlat pedagogika instituti
Kimyo yo’nalishi talabasi
Annotatsiya:
Ushbu mavzuda gaz muhitida elektr tokining o'tishi, ya'ni gazlarda
elektr razryadlari jarayoni o‘rganiladi. Mustaqil bo‘lmagan razryad tashqi
ionlashtiruvchi manbaga ehtiyoj sezadi, masalan, ultrabinafsha nurlanish, rentgen
nurlari yoki radioaktiv zarralar. Mustaqil razryad esa ionlashishning zanjirli jarayonlari
natijasida tashqi manbasiz ham davom eta oladi. Ushbu mavzu elektr va plazma
fizikasi, texnikada gaz razryadli qurilmalarning ishlash prinsiplarini tushunishda
muhim ahamiyatga ega.
Аннотация:
Данная тема посвящена электрическим разрядам в газах,
которые играют важную роль в различных областях науки и техники, таких как
электроника, плазменные технологии и атмосферные явления. В аннотации
рассматриваются два типа газовых разрядов: несамостоятельные (инициируются
внешним источником и существуют только при его наличии) и самостоятельные
(продолжаются без внешнего ионизирующего воздействия). Описываются
механизмы ионизации, условия возникновения разрядов, а также примеры их
практического применения, включая неоновые лампы, газоразрядные
индикаторы и молнии.
Annotation:
This topic focuses on electric discharges in gases, which are
essential in various scientific and technical fields such as electronics, plasma
technology, and atmospheric phenomena. The annotation discusses two types of gas
discharges: non-self-sustained (initiated and maintained only with an external ionizing
source) and self-sustained (continue without external influence). It covers ionization
mechanisms, the conditions required for discharges to occur, and practical applications,
including neon lights, gas discharge indicators, and lightning.
Kalit so’zlar
Gaz razryadi, Mustaqil gaz razryadi, Mustaqil bo‘lmagan gaz
razryadi, Ionlanish, Elektr toki, Elektr maydoni, Plazma fizikasi, Neon chiroq,
Rentgen trubkasi, Yashin hodisasi
Ключевые слова:
Газовый разряд, Самостоятельный газовый разряд,
Несамостоятельный газовый разряд, Ионизация, Электрический ток,
Электрическое поле, Физика плазмы, Неоновая лампа, Рентгеновская трубк.
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
227
ISSN:3030-3613
Keywords:
Gas discharge, Self-sustained discharge, Non-self-sustained
discharge, Ionization, Electric current, Electric field, Plasma physics, Neon lamp,
X-ray tube, Lightning
Gazlarda elektr toki: Gazlar orqali elektr tokning
o’tishini tekshirish uchun 1–rasmda tasvirlangan shema
asosida elektr zanjir tuzaylik. Bu zanjirning bir qismi,
ya’ni
M va N plastinalar (elektrodlar) orasidagi qismi biror
gazdan iborat bo’lsin. Shemadagi gal vanometr zanjir
bo’ylab elektr tok oqmayotganligini ko’rsatadi, chunki
oddiy sharoitlarda gazda zaryad tashuvchilar bo’lmaydi.
Demak, zanjir M va N elektrodlar orasida uzilgan bo’ladi.
Shuning uchun zanjir orqali elektr tok oqishini
ta’minlamoqchi bo’lsak, elektrodlar oralig’iga zaryad
tashuvchilar kiritish yoki biror usul bilan elektrodlar orasidagi gazda zaryad
tashuvchilar vujudga keltirish kerak. Gazda zaryad tashuvchilar vujudga keltirishning
barcha usullarini ikki gruppaga ajratish mumkin: 1–rasm a) gazdagi zaryad
tashuvchilar tashqi faktorlar tufayli vujudga kelishi natijasida kuzatiladigan elektr
tokni nomustaqil gaz razryad deyiladi; b) M va N elektrodlar orasidagi elektr maydon
ta’sirida vujudga kelgan zaryad tashuvchilar tufayli kuzatiladigan elektr tokni mustaqil
gaz razryad deyiladi.
Nomustaqil gaz razryad:
Agar M va N elektrodlar orasidagi gazni qizdirsak yoki
,
,
, rentgen, ul trabinafsha nurlar bilan nurlantirsak, gaz molekulalarining
ionlashuvi sodir bo’ladi. Ionlashuv jarayonining mohiyati quyidagidan iborat. Tashqi
faktorlardan olgan energiya tufayli gaz molekulasidagi bir yoki bir necha elektron
molekuladan ajralib chiqadi. Natijada molekula musbat zaryadlangan ionga aylanib
qoladi. Ajralib chiqqan elektronlarning bir qismi neytral molekulalar bilan birlashib
manfiy zaryadlangan ionlarni vujudga keltiradi. Shuning uchun ham gazdagi
(ionlashish jarayoniga sababchi bo’lgan tashqi faktorni ionizator (ionlashtiruvchi) deb
ataladi. Ionlanish jarayoni bilan bir qatorda gazda rekombinatsiya jarayoni ham sodir
bo’ladi. Rekombinatsiya ionlanishga teskari jarayon bo’lib, bunda musbat va manfiy
ionlarning yoki elektron va musbat ionning to’qnashuvi natijasida neytral molekulalar
hosil bo’ladi. Shunday qilib, gazlarda ionlanish jarayonida manfiy zaryad tashuvchilar
(elektronlar va manfiy ionlar) hamda musbat zaryad tashuvchilar (musbat ionlar) teng
miqdorda hosil bo’ladi, rekombinatsiya jarayonida esa teng miqdorda yuqoladi.
Ionizator ta’sirida gazning birlik hajmida birlik vaqtda n
dona musbat va n– dona
manfiy zaryad tashuvchilar vujudga kelayotgan bo’lsin. Odatda n
n– bo’lganligi
uchun, oddiygina qilib, n juft zaryad tashuvchilar vujudga kelyapti, deylik.
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
228
ISSN:3030-3613
Rekombinatsiya jarayoni tufayli
n
juft ion kamayayotgan bo’lsin. Elektr maydon
tufayli musbat zaryad tashuvchilar manfiy zaryadlangan N elektrodga, manfiy zaryad
tashuvchilar esa musbat zaryadlangan M elektrodga tortiladi va ularda neytrallanadi.
Buning natijasida
n
juft ionlar kamayotgan bo’lsin. U holda gazning birlik hajmida
birlik vaqtda kamayayotgan ionlarning umumiy soni
n
n
n
(1.1)
ifoda bilan aniqlanadi. Bu ifodadagi qo’shiluvchilarning hissalari elektr
maydonga bog’liq. Ikki chegaraviy holni ko’raylik. 1. Elektrodlarga berilgan
kuchlanishning ancha kichik qiymatlarida, ya’ni kuchsiz elektr maydonlarda ionlar
asosan rekombinatsiya tufayli kamayadi (
n
>>
n
). Lekin bir qism ionlar elektr
maydon tufayli qarama-qarshi zaryadlangan elektrodlarga etib boradi va kuchsiz elektr
tokni vujudga kelishiga sababchi bo’ladi. Elektr maydon ta’sirida musbat va manfiy
zaryad tashuvchilar mos ravishda quyidagi tezliklar bilan harakat qiladi:
v
u
E, v–
u–E, (1.2)
bu ifodalarda E – elektr maydon kuchlanganligi, u
va u– lar esa mos ravishda
musbat va manfiy zaryad tashuvchilarning harakatchanliklari. Ionning harakatchanligi
– kuchlanganligi 1 V bo’lgan elektr maydon ta’sirida ion erishgan tezlik bilan
harakterlanib, turli gazlar uchun turlicha qiymatlarga ega bo’ladi.
(1.2) ifoda bilan aniqlanuvchi tezliklar bilan tartibli harakat qiluvchi ionlar
t vaqt
ichida plastinalarga quyidagi zaryadlarni yetkazadi:
Q
qnv
S
t
qnu
ES
t,
Q–
qnv–S
t
qnu–ES
t, (1.3)
Bunda Q
va Q– – mos ravishda manfiy va musbat zaryadlangan elektrodlarga
ionlar tashib yetkazayotgan zaryad miqdorlari, q – ionning zaryadi, S – elektrodning
yuzi. Elektr maydon tomonidan ko’chirilgan umumiy zaryad miqdori
Q
|Q
|
|Q–|
qn(u
u–)ES
t (1.4)
ifoda bilan aniqlanadi. Birlik yuz orqali birlik vaqtda ko’chirilgan zaryad tok
zichligi j ni ifodalar edi. Shuning uchun
j
S Q
t
qn(u
u–)E, (1.5)
bu ifodadagi q, u
, u– – lar ayni tajriba sharoiti uchun doimiy kattaliklardir. n esa
unchalik katta bo’lmagan elektr maydonlar uchun o’zgarmas hisoblanadi. Demak,
kuchsiz elektr maydonlarda (1.5) ifodadagi qn(u
u–)
ko’paytuvchini o’zgarmas
kattalik deb hisoblash mumkin. U holda (1.5) ifoda gazlar orqali o’tuvchi elektr tok
uchun Om qonunini ifodalaydi:
j
E (1.6)
Endi M va N elektrodlarga berilgan kuchlanish yetarlicha katta bo’lgan holni
ko’raylik. Bu holda elektr maydon ta’sirida ionlar ancha katta tezliklarga erishadi.
Shuning uchun ionizator ta’sirida vujudga kelayotgan ionlarning deyarli hammasi
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
229
ISSN:3030-3613
rekombinatsiyalashishga ulgurmasdanoq elektrodlarga etib oladi U holda bir-biridan l
uzoqlikda joylashgan S yuzli ikki elektrod orasidagi hajm S
l ga teng bo’lganligi uchun,
bu ikki elektrod oralig’ida
t vaqt ichida umumiy zaryadi. Ionizator ta’sirida gazning
birlik hajmida birlik vaqtda n juft ion vujudga keladi, deb hisoblangan edi.
Q
qnSl
t (1.7)
bo’lgan ionlar vujudga keladi. Bu ionlarning hammasi tok tashishda
qatnashayotganligi uchun gaz orqali o’tayotgan elektr tokning qiymati to’yinish toki
deyiladi va bu tuyinish tokining zichligi uchun quyidagi ifoda o’rinlidir:
2–rasm da nomustaqil gaz razryadda elektr maydon kuchlanganligi qiymatiga
bog’liq ravishda tok zichligining o’zgarishini tasvirlovchi grafik chizilgan. Grafikning
Oa qismi kuchsiz elektr maydonga mos keladi. Bunday maydonlarda zaryad
tushuvchilar kichik tezliklar bilan harakatlanib, ko’pincha elektrodlarga etib
bormasdanoq, rekombinatsiyalashadi. Lekin elektr maydon
kuchaygan sari ionlar tezligi ortib ularning
rekombinatsiyalashuv ehtimolligi kamayib boradi. Bu esa
tokning ortishiga sabab bo’ladi. Bu sohada
j
va
E
orasidagi bog’lanish Om qonuniga bo’ysunadi,
ab
qismda
esa
j
ning
E
ga chiziqli bog’liqligi buziladi. Grafikning bu
qismini
oraliq soha
yoki
o’tish sohasi
deyiladi.
bs
qismi
to’yinish tokiga mos keladi. Maydon kuchlanganligi
Eb
,
E
,
Ec
bo’lganda ionizator ta’sirida vujudga kelgan
ionlarning hammasi tok tashishda qatnashadi. Lekin maydon kuchlanganligi
Ec
dan
ortganda zarbdan ionlanish tufayli tok keskin ortib ketadi (rasmdagi
cd
qism).
Mustaqil gaz razryad:
Tashqi ionizator ta’sir qilmasa ham, nihoyat kuchli elektr
maydonlar ta’sirida zaryad tashuvchilar vujudga kelishi mumkin. Zaryad
tashuvchilarning vujudga kelishini ta’minlovchi asosiy jarayonlar quyidagilardan
iborat.
1.
Zarbdan ionlanish.
Oddiy sharoitlardagi gazda turli sabablar tufayli
vujudga kelgan elektronlar va ionlar mavjud. Lekin ularning soni nihoyat darajada kam
bo’lganligi uchun oddiy sharoitlardagi gaz amalda elektr tokni o’tkazmaydi, deyish
mumkin. Kuchlanganligi
E
bo’lgan elektr maydonga
q
zaryadli tok tashuvchi (ion yoki
elektron) ga
qE
kuch ta’sir etadi. Bu kuch ta’sirida tok tashuvchi ikki ketma-ket
to’qnashuv orasida erkin bosib o’tilgan
l
yo’lda
kinetik energiyaga erishadi. Agar bu energiya gaz molekulasining ionlanishi uchun
bajarilishi lozim bo’lgan
A
i ishdan katta bo’lsa, ya’ni
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
230
ISSN:3030-3613
shart bajarilsa, tok tashuvchining neytral molekula bilan to’qnashishi natijasida
molekula ikki qismga – erkin elektronga va musbat zaryadlangan ionga ajraladi. Bu
jarayonni
zarbdan ionlanish
deyiladi. Yangi vujudga kelgan tok tashuvchilar ham o’z
navbatida elektr maydon tomonidan tezlatiladi. Shuning uchun ular yana ionlanishiga
sababchi bo’lishi mumkin. Shu tariqa gazda ionlanish nihoyat katta qiymatlarga
erishadi. Bu hodisa tog’lardagi qor ko’chkisini eslatadi. Ma’lumki, qor ko’chkisining
vujudga kelishiga bir siqimgina qor sababchi bo’la oladi. Shuning uchun yuqorida
bayon etilgan jarayon ionlar ko’chkisi (quyuni) deyiladi.
2.
Ikkilamchi elektron emissiya.
Gazdagi musbat zaryadli ionlar elektr
maydon ta’sirida ancha katta energiyalarga erishgach, manfiy elektrodga urilishi
natijasida elektroddan elektronlar ajralib chiqadi. Bu hodisani ikkilamchi elektron
emissiya deyiladi.
3.
Avtoelektron emissiya.
Bu hodisa nihoyat kuchli elektr maydonlarda
(
E
108 V m) sodir bo’ladi. Bunda nihoyat kuchli elektr maydon metallardan
elektronlarni yulib (tortib) oladi, deyish mumkin.
4.
Fotoionlanish.
Zarbdan ionlanish natijasida vujudga kelgan ion
uyg’otilgan holatda bo’lishi mumkin (uyg’otilgan holatdagi sistemaning energiyasi
asosiy holatdagiga qaraganda kattaroq bo’ladi). Bu ion uyg’otilgan holatdan asosiy
holatga o’tayotganda qisqa to’lqin uzunlikli nur chiqaradi. Bunday nur energiyasi
molekulaning ionlanishiga yetarli bo’lib qolganda fotoionlanish hodisasi ro’y beradi.
5.
Termoelektron emissiya.
Manfiy elektrod temperaturasi yetarlicha yuqori
bo’lgan hollarda termoelektron emissiya tufayli anchagina elektronlar vujudga keladi.
Mustaqil gaz razryadlarning ba’zi turlari bilan tanishaylik. Oldin oddiy atmosfera
bosimlaridagi gazlarda ro’y beradigan razryadlarni tekshiramiz.
1.
Toj razryad.
Razryadning bu turi vujudga kelganda elektrodlar yaqinida
huddi quyosh tojiga o’hshagan nurlanish kuzatiladi. Toj razryad vujudga kelishi uchun
nihoyat kuchli notekis elektr maydon mavjud bo’lishi shart. Masalan, katta
kuchlanishli elektr toklarni o’tkazuvchi simlarni ko’raylik. Sim va erni
kondensatorning ikki qoplamasi deb qarash mumkin. Bu kondensatordagi elektr
maydon notekis bo’lib, maydon kuchlanganligi sim yaqinida juda katta qiymatga
erishadi. Bu sohadagi gaz elektr maydon ta’sirida nihoyat intensiv ravishda ionlashadi.
Shuning uchun bu sohada simni qar tomondan o’rab olgan nurlanish, ya’ni mustaqil
gaz razryad kuzatiladi. Bu esa elektr energiyaning isrof bo’lishiga sabab bo’ladi. Toj
razryad faqat simlar atrofidagina emas, balki kuchli va notekis elektr maydon vujudga
kelgan elektrodlar atrofida ham vujudga keladi. Masalan, elektrodning biror qismi
egrilik radiusi kichik bo’lgan uchlikka ega bo’lsa, bu sohada (uchlikda) elektr
zaryadning kontsentratsiyasi juda ortib ketadi. Shuning uchun bu uchlik atrofida
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
231
ISSN:3030-3613
nurlanish kuzatiladi. Toj razryad kema machtalarining, darahtlarning uchlarida ham
kuzatiladi. Qadim vaqtlarda bu hodisalarni «avliyo El ma chiroqlari» deb atashgan.
2.
Uchqunli razryad
(
uchqun
)
.
Kondensator qoplamalari yoki induksion
g’altak chulg’amining ikki uchi orasidagi kuchlanish nihoyat katta bo’lganda gazning
turtki ravishda zarbdan ionlanishi natijasida qisqa vaqtli razryad – uchqun vujudga
keladi. Eng ulkan uchqun razryad – yashindir. Yashin bulutlar orasida yoki bulut bilan
Yer oralig’ida katta poteptsiallar farqi vujudga kelishi natijasida paydo bo’ladi.
Uchqun yaqinidagi gaz yuqori temperaturalargacha qiziydi va keskin kengayadi. Bu
esa o’z navbatida tovush to’lqinlarining vujudga kelishiga sababchi bo’ladi.
Yashinning uzunligi 50 kilometrgacha, tok kuchi 20000 A gacha etadi. Shuning
uchun ham Yashin tufayli vujudga keladigan tovush, ya’ni momaqaldiroq juda kuchli
bo’ladi.
3.
Ey razryad
(
elektr yoyi
)
.
Agar 3–rasmda tasvirlangan elektrodlarni bir-
biriga tegizsak va elektr tok o’tkazsak, elektrodlarning bir-biriga
tegib turgan uchlari qiziydi. So’ng ularni bir-biridan bir oz
uzoqlashtiraylik. Katod. bo’lib hizmat qiluvchi elektrod juda ko’p
termoelektronlar chiqaradi. Bu termoelektronlar elektrodlar
oralig’idagi gazni ionlashtiradi. Natijada elektrodlar orasida yoy
shaklidagi kuchli (ko’zni qamashtiradigan darajada yorug’) shu’la
paydo bo’ladi. Buni elektr yoyi yoki Petrov yoyi deyiladi. Elektr
yoyi uchqundan farqli o’laroq, uzluksiz davom etadi. Tajribalar
asosida yoy razryad unchalik katta bo’lmagan kuchlanishlarda (40
V) sodir bo’lishi aniqlandi. Lekin tok kuchi katta (3000 A) bo’lishi mumkin.
Elekgrodlarning temperaturalari (2500-4000)°C gacha ko’tariladi
.
Temperaturaning
bu qadar ko’tarilishi metallarni elektr payvandlashda, kuchli yorug’lik tarqatilishi esa
yoy lampalarda foydalaniladi.
Endi siyraklashtirilgan gazlarda kuzatiladigan razryad bilan tanishaylik. 4
a
–
rasmda tasvirlangan shisha naychaning ikki tomoniga metall elektrodlar
kavsharlangan. Bu naycha ichidagi gaz bosimi 0,1 mm simob ustuniga, elektrodlarga
berilgan kuchlanish bir necha yuz voltga teng bo’lganda naychadagi gazda mustaqil
razryad kuzatiladi. Razryad tuzilishining mayda tafsilotlari bilan qiziqmay, uni ikki
qismdan iborat deb ko’rishimiz mumkin. Katodga yaqin joylashgan nurlanish sodir
bo’lmayotgan sohani katod qorong’i fazosi deyiladi. Razryadning qolgan (anodgacha
davom etgan) qismida miltillagan nurlanish kuzatiladi. Razryadning bu qismini
nurlanuvchi anod ustuni deyiladi.
Yolqin razryad
deb nomlangan bu razryadda katod
hamma vaqt sovuqligicha qoladi. U holda ionlar qanday vujudga keladi? Bu savolga
javob berish uchun katod bilan anod oralig’idagi nuqtalarda potensialning o’zgarishi
bilan tanishaylik. 4
b
–rasmda katod va naycha ichidagi tekshirilayotgan nuqta orasidagi
kuchlanish
U
ni katoddan ushbu nuqtagacha bo’lgan masofa
l
ga bog’liqlik grafigi
T A D Q I Q O T L A R
jahon ilmiy – metodik jurnali
https://scientific-jl.com
61-son_1-to’plam_May-2025
232
ISSN:3030-3613
tasvirlangan. Bu grafikdan ko’rinishicha, potensialning asosiy tushuvi katod qorong’i
fazosiga to’g’ri keladi. Shuning uchun ham uni katod potensial tushuvi deb ataladi.
Katod tomon tortilayotgan musbat ionlar bu sohada katta energiyalarga erishadi va
katodga urilgach, undan bir necha elektron ajralib chiqishiga sababchi bo’ladi. Bu
elektronlar o’z navbatida katod potensiali ta’sirida tezlashib gaz molekulalari bilan
to’qnashganda zarbdan ionlanishni vujudga keltiradi. Vujudga kelgan yangi ionlar
yana katod tomon intiladi, katod potensiali ta’sirida yana tezlashadi, katoddan
elektronlarni urib chiqaradi va hokazo.
Xulosa:
Demak, elektrodlar oralig’ida kuchlanish mavjud bo’lsa, razryad
uzluksiz davom etaveradi. Shuni ham qayd qilib o’taylikki, fanda elektronlar bilan
birinchi tanishuv yuqorida bayon etilgan tajribadagi katoddan ajralib chiqayotgan
elektronlar oqimini tekshirish natijasida ro’y bergan. Shuning uchun bu elektronlar
oqimi katod nurlari deb atalgan. Katoddan elektronlarni urib chiqarayotgan musbat
ionlar esa anod nurlari deb atalgan.
Naychadagi gazni o’zgartirganda nurlanishning rangi qam o’zgaradi. Masalan,
neon – qizil, argon – ko’kish, geliy – sariq rangdagi nurlanish beradi. Yolqin
razryadning bu xususiyatlaridan kunduzgi yorug’lik lampalarida, vitrinalarni yoritish,
bezash maqsadlarida foydalaniladi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1.
М.С. Бродянский, Ю.А. Будянский –
Общая физика. Электричество и
магнетизм
– Москва: Высшая школа, 2001.
2.
Сивухин Д.В. –
Общий курс физики. Том 3. Электричество
– Москва:
Наука, 2003.
3.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. –
Фейнмановские лекции по физике. Том
2
– Москва: Мир, 1977.
4.
А.И. Каплуновский, Г.М. Зислин –
Основы плазменной электроники
–
Москва: Энергия, 1981.
5.
Бекназаров Ш.К. –
Umumiy fizika kursi. II qism: Elektr va magnetizm
–
Toshkent: O‘zbekiston Milliy Universiteti, 2010.
6.
А.А. Андреев, А.А. Гликман –
Физика газового разряда
– Москва:
Физматлит, 2004.
7.
Т. Исмоилов, Қ. Арипов –
Fizika (umumiy kurs)
– Toshkent: O‘qituvchi, 2005.
