Električno pražnjenje
<s>Električno pražnjenje, izbijanje ili izboj je prolazak električnoga naboja kroz plinove u električnom polju pri kojem zbog sudara među česticama dolazi do određenih (svjetlosnih, akustičkih, toplinskih) popratnih pojava.</s><s>Plinovi su izvrsni izolatori na temperaturama nižim od 1000 K (727 °C), pa će električna struja poteći tek ako se zbog nekoga vanjskog utjecaja (na primjer zračenja) u njima pojave slobodni nosioci električnoga naboja (elektroni, ioni).</s><s>Svojstva električnih izboja ovise o uvjetima u kojima je došlo do izboja (na primjer električnom naponu električnog polja, tlaku, temperaturi i vrsti plina).</s><s>Uvjeti nastanka i svojstva električnih izboja proučavaju se prilikom osmišljavanja gradnje rasvjetnih tijela i izrade visokonaponske električne opreme.</s>

<s>Pojave vezane za električni izboj su električni luk, vatra svetog Ilije, ionizacija, Sunčeva korona i munja.</s>

<s>Vatra svetog Ilije</s>

<s>Vatra svetog Ilije, vatra svetog Nikole ili vatra svetog Elma je gotovo neprekidno slabo do umjereno električno izbijanje u atmosferi praćeno svjetlošću, koje se zapaža na povišenim objektima (gromobranima, vjetruljama, jarbolima, općenito šiljcima i izloženim dijelovima, pa i na krilima i elisama zrakoplova).</s><s>Pojavljuje se za izraženih grmljavinskih oluja kada je vrlo pojačano električno polje u donjem sloju atmosfere.</s><s>U hrvatskoj se tradiciji ta pojava vezuje uz svetog Nikolu, zaštitnika pomoraca i putnika, pa se koristi i naziv vatra svetog Nikole (prvi zapis kod Benedikta Kotruljevića u djelu O plovidbi, 1464.).</s><s>U meteorologiji je u uporabi i naziv vatra svetog Ilije.</s>

<s>Električni luk</s>

<s>Električni luk je trajno samostalno izbijanje elektriciteta u plinovima, među grafitnim ili metalnim elektrodama, označeno visokom temperaturom i velikom gustoćom struje, pojavom užarene katodne mrlje s jakom termoelektronskom i fotoelektronskom emisijom, te padajućom značajkom napon – električna struja.</s><s>Zbog složenosti eksperimentalnih istraživanja, još su i danas neka pitanja teorije luka nedovoljno objašnjena, premda je do prvih otkrića o luku došlo već početkom 19. stoljeća (Vasilij V. Petrov 1802., Humphry Davy 1809).</s><s>Podizanjem narinutoga napona dolazi najprije do različitih vrsta pražnjenja (tamno, tinjavo, prameno izbijanje) uz neznatne gustoće struje, što na kraju dovodi do trenutačnoga proboja u obliku iskre.</s><s>Ako je izvor struje dovoljno jak, iskra prelazi u električni luk.</s>

<s>Svjetlosni i toplinski učinci električnoga luka imaju raznovrsnu tehničku primjenu (lučnice, živine i slične žarulje, lučne peći za taljenje, aparat za ručno elektrolučno zavarivanje).</s><s>Važna je uloga električnoga luka u procesima prekidanja strujnih krugova u električnim sklopnim aparatima i u procesima ispravljanja izmjenične struje u elekričnim živinim ispravljačima.</s>

<s>Ionizacija</s>

<s>Ioniziranje ili ionizacija je nastajanje električki nabijenih čestica, iona, iz neutralnih atoma ili molekula.</s><s>Ionizaciju može izazvati druga električki nabijena čestica (ion, elektron, pozitron, mezon, proton, alfa-čestica, deuteron) koja se giba kroz plinovitu, kapljevitu ili čvrstu tvar, ako je kinetička energija čestice dovoljno velika da u sudaru s neutralnim atomima ili molekulama izbaci iz njih elektrone.</s><s>Najmanja za to potrebna energija je energija ionizacije (ionizacijski potencijal), to jest energija koja je dovoljna da izolirani atom ili molekula u plinovitom stanju izgube jedan elektron, pri čemu nastaje ionski par: pozitivno nabijeni ion i izbačeni elektron.</s><s>Energija ionizacije mjera je sposobnosti nekog kemijskog elementa da ulazi u kemijske reakcije uz stvaranje iona.</s><s>Prva energija ionizacije odnosi se na gubitak najslabije vezanog elektrona u neutralnom atomu, druga, veća energija ionizacije odnosi se na ionizaciju tako nastaloga kationa i tako dalje.</s><s>Ukupan broj ionskih parova nastalih na jedinici duljine uzduž puta čestice naziva se ionizacijska gustoća (specifična ionizacija) i mjeri se najčešće u odnosu prema ionizacijskoj gustoći u zraku.</s><s>Ona ovisi o energiji, masi i naboju čestice, za razliku od totalne ionizacije, to jest ukupnoga broja ionskih parova nastalih uzduž cijele staze čestice, koji ovisi uglavnom samo o energiji s kojom je čestica ušla u tvar.</s><s>Atomi ili molekule mogu ionizacijom izgubiti po jedan elektron ili više njih, a izbačeni elektron može kratko vrijeme ostati slobodan, može se vezati uz neki neutralni atom ili molekulu i tako stvoriti negativno nabijen ion, ili se pak spojiti s nekim pozitivno nabijenim ionom.</s><s>Prosječni put koji oslobođeni elektron prijeđe prije nego što se spoji s drugom česticom naziva se srednji slobodni put i ovisi uglavnom o tlaku plina i stupnju ionizacije, to jest o omjeru između broja nastalih iona i preostalih neutralnih atoma, odnosno molekula.</s><s>Gibajući se kroz sredstvo, čestica koja uzrokuje ionizaciju postupno gubi energiju i konačno se može zaustaviti.</s><s>U zraku pri temperaturi od 15 °C i tlaku od 101 325 Pa utrošak energije po nastajanju jednog ionskoga para iznosi oko 32,5 eV i ne ovisi o uzročniku ionizacije.</s>

<s>Uz primarnu ionizaciju, koju izravno uzrokuje čestica, zbiva se i sekundarna ionizacija, to jest proces nastajanja iona djelovanjem elektrona i iona koji su nastali primarnom ionizacijom, ako su prilikom svojega postanka dobili dovoljno veliku energiju.</s><s>Neutralne čestice, na primjer neutron ili neutralni mezon, mogu uzrokovati samo sekundarnu ionizaciju, predajući ili svu svoju energiju ili samo njezin dio nekoj električki nabijenoj čestici, na primjer protonu.</s>

<s>Električno izbijanje u razrijeđenim plinovima 
Plinovi i pare su loši vodiči elektriciteta kod običnog tlaka i niskog električnog napona.</s><s>Tek onda kad se približe dva tijela, između kojih postoji visoki napon od nekoliko tisuća volti, preskočit će električna iskra.</s><s>Tako je na primjer zrak kod običnog tlaka vrlo loš vodič elektriciteta, pa za preskok iskre treba vrlo veliki napon, oko 30 000 V po centimetru duljine iskre.</s>

<s>U razrijeđenim plinovima pojave električnog pražnjenja su savim drugačije.</s><s>Uzme se staklena cijev koja je cjevčicom spojena sa zračnom sisaljkom.</s><s>Staklena cijev duga je oko 400 mm, promjera 40 mm i ispunjena zrakom.</s><s>Cijev se postepeno isisava zračnom sisaljkom.</s><s>Na krajevima cijevi nalaze se polne elektrode.</s><s>Pozitivna elektroda ili anoda sastoji se od tanke aluminijske niti, a negativna elektroda ili katoda je okrugla aluminijska pločica.</s><s>Elektrode se mogu spojiti s izvorom struje visokog napona.</s><s>Dok je zrak još pod atmosferskim tlakom od oko 1 bar, u cijevi ne postoji nikakvo izbijanje.</s><s>Kod razrjeđenja od 0,05 bara pojavi se između polova tanka vijugava, plavkasta svijetla nit.</s><s>Snizujemo li tlak i dalje, nit postaje sve šira, pa će kod tlaka od 0,001 bar ispuniti gotovo cijelu staklenu cijev, tako da ispred anode bude ljubičasta svjetlost koja se zove pozitivni stup svjetlosti.</s><s>Na katodi se javlja tanki sloj plave svjetlosti koja se zove tinjava svjetlost.</s><s>Između tinjave svjetlosti na katodi i pozitivnog stupa na anodi nalazi se tamno područje, takozvani Faradayev tamni prostor.</s><s>Kod razjeđenja od 0,000 5 bara nestaje pozitivni stup svjetlosti, a negativna tinjava svjetlost dolazi gotovo do anode, dok se Crookesov tamni prostor proširuje.</s><s>Kad tlak padne na 0,000 03 bara, nestaje i negativne tinjave svjetlosti, pa se izbijanje više ne vidi.</s><s>Kod ovog razrjeđenja u cijevi iz katode izlaze zrake koje na staklenoj cijevi prouzrokuju svjetlucanje (fluorescencija).</s><s>Te se zrake zovu katodne zrake.</s><s>Kod razrjeđenja od 0,000 001 bar prestaje fluorescencija i svaki prolaz električne struje kroz razrijeđeni plin.</s>

<s>Sve ove pojave su posljedica ionizacije razrijeđenog zraka koju proizvode elektroni.</s><s>U svakom se naime plinu, pa i u zraku, nalaze uz neutralne atome i atomi s električnim nabojem, takozvani ioni.</s><s>Na te ione djeluje električno polje privlačnom silom i nastaje gibanje pozitivnih iona prema katodi, a negativnih iona prema anodi.</s><s>U dugačkim cijevima dobivaju ioni velike brzine, a time i veliku kinetičku energiju, pa dolazi do sudara s drugim molekulama iz kojih izbijaju elektroni i tako stvaraju nove električne naboje.</s><s>Svjetlosne pojave koje se javljaju u razrijeđenim plinovima iskorišćuju se kod različitih svjetiljki.</s><s>Pozitivnu svjetlost iskorišćuju takozvane fluorescentne cijevi koje se sve više upotrebljavaju za električnu rasvjetu jer daju jaču svjetlost nego električne žarulje, a osim toga troše mnogo manje električne energije.</s>

<s>To su ravne staklene cijevi koje se izrađuju u duljinama od 230 do 1 500 mm s promjerom od 16 do 54 mm.</s><s>Na svakom kraju cijevi nalazi se elektroda, načinjena od volframove žice u obliku spirale.</s><s>Cijev je ispunjena argonom pod malim tlakom, i u njoj se nalazi mala kapljica žive.</s><s>Cijevi su fluoroscentne jer su s unutarnje strane premazane specijalnom masom koja se zove luminofor.</s><s>Kako se u cijevi razvijaju ultraljubičaste zrake, to luminofor fluorescira pod njihovim utjecajem.</s><s>Boja svjetla koju daje cijev ovisi o materijalu koji je upotrijebljen kao luminofor.</s><s>Mogu se postići različite boje svjetla, pa i posve bijelo svjetlo i svjetlo slično danjem.</s><s>Za paljenje takve svjetiljke treba poseban upaljač ili starter i prigušnica.</s><s>Kad se priključi na električni napon, strujni krug je zatvoren preko upaljača (startera) fluoroscentne cijevi.</s><s>Uslijed toka struje ugriju se elektrode.</s><s>Nakon kratkog vremena upaljač prekida strujni krug.</s><s>Kad se struja prekine, nastaje uslijed samoindukcije prigušnice relativno veliki napon između elektroda.</s><s>Zbog toga se cijev upali, pa je strujni krug zatvoren kroz cijev mimo upaljača, koji je otvoren.</s>

<s>Među svjetiljke na udarnu ionizaciju spadaju također tinjalice koje iskorišćuju negativnu tinjavu svjetlost.</s>

<s>Katodno zračenje</s>

<s>Katodno zračenje je naziv za struju elektrona koji u cijevima s plinskim izbojem ili u elektronskim cijevima struje od katode prema anodi.</s><s>Danas je naziv katodno zračenje proširen na svako odašiljanje elektrona iz katode.</s><s>Rabi se u nekim vrstama elektronskih cijevi, za dobivanje rendgenskoga zračenja i drugo (na primjer katodna cijev).</s>

<s>Geisslerova cijev</s>

<s>Geisslerova cijev je staklena cijev s utaljenim elektrodama, u kojima se pod sniženim tlakom nalazi neki plin (na primjer neon ili helij) ili smjesa plinova.</s><s>Nazvane su prema njemačkom staklopuhaču Heinrichu Geissleru, koji ih je izrađivao po narudžbi njemačkoga fizičara Juliusa Plückera (zato su se katkad nazivale i Plückerovim cijevima).</s><s>Pri visokom naponu nastaje između elektroda u cijevi električno izbijanje, a zbog ionizacije plina nastaju i svjetlosne pojave.</s><s>Cijevi namijenjene istraživanju svjetlosnoga spektra u sredini su stanjene u kapilaru.</s><s>Od Geisslerovih cijevi razvile su se svijetleće cijevi, koje služe za rasvjetu i danas se, oblikovane u slova, znakove ili likove, vrlo mnogo upotrebljavaju za izradbu svijetlećih natpisa, reklama i slično.</s><s>Boja svjetlosti ovisi o vrsti i tlaku plina u cijevi te o vrsti i boji stakla, a postiže se i dodatkom para nekih metala, pa tako cijevi punjene neonom svijetle crveno, one punjene argonom i živinim parama plavo, a natrijevim parama žuto itd.</s>

<s>Crookesova cijev</s>

<s>Crookesova cijev je vakuumska cijev, preteča rendgenske cijevi kojom su otkrivene katodne zrake.</s><s>To je staklena cijev punjena plinom niskoga tlaka, s dvije elektrode na koje se dovodi visoki napon.</s><s>Nazvana je po njenom otkrivaču Williamu Crookesu.</s>

<s>Rendgenska cijev</s>

<s>Rendgenska cijev je izvor rendgenskog zračenja u današnjim rendgenskim uređajima i strojevima.</s><s>Danas se upotrebljavaju rendgenske cijevi s užarenom katodom, koje su mnogo učinkovitije u emitiranju elektrona od hladne katode u ionskim cijevima, kao što su bile Crookesova cijev ili Coolidgeova cijev.</s>

<s>Korona</s>

<s>U fizici i elektrotehnici, korona je svjetleći izboj koji se pojavljuje obično na mjestima gdje su vodiči visokog napona svinuti pod oštrim kutom.</s><s>Uz određene meteorološke uvjete koji pogoduju stvaranju iona, korona se opaža na prostoru oko ovjesišta dalekovodnih žica.</s><s>Pojava djeluje korozivno, a uzrokuje i gubitke električne energije, pa se pri konstrukciji dalekovoda nastoje izbjeći oštre promjene smjera vodiča.</s>

<s>Munja</s>

<s>Munja je naglo pražnjenje atmosferskog električnoga naboja koncentriranog u olujnim, grmljavinskim oblacima (kumulonimbusima), povezano s pojavom intenzivnoga bljeska i snažnoga zvučnog udara (grom).</s><s>Unutar grmljavinskih oblaka električni potencijal naraste i do 3 milijuna Volti pa zrak više nije dostatan izolator i nastaje izbijanje električnoga naboja unutar oblaka, prema drugom oblaku, prema okolnomu zraku ili prema tlu (jedno takvo izbijanje na svakih deset).</s><s>Munja se može vidjeti i na udaljenostima do 150 kilometara.</s><s>Najčešća je izlomljena linearna munja.</s><s>Od njezina glavnog puta često se odvaja više grana.</s><s>Istraživanja linearne munje ultrabrzim kamerama pokazala su da munja između oblaka i tla nastaje u nekoliko faza: svakoj munji prethodi početno, slabije pretpražnjenje, koje napreduje brzinom od približno 50 m/s i postupnom ionizacijom zraka stvara takozvani kanal munje, svjetlosni, intenzivno ugrijan (do 30 000 K) koridor promjera nekoliko centimetara.</s><s>Kada kanal poveže oblak i tlo (ili dva suprotno nabijena oblaka), nastupi kroza nj u suprotnom smjeru obilno električno pražnjenje, glavni udar munje, koji češće putuje od tla (ili morske površine) prema oblaku nego obratno.</s><s>Takvih je povratnih udara u jednoj munji više, prosječno dva, ali ih može biti i do 40, s vremenskim razmakom od prosječno 0,03 sekunde.</s>

<s>Električni naponi između krajnjih točka munje iznose i do 100 milijuna Volta; maksimalne su struje nekih munja 100 000 Ampera, a traju od 0,1 do 0,6 sekunda, uz temperaturu u kanalu munje višu od 20 000 Kelvina.</s><s>Zbog zagrijavanja, ionizacije i disocijacije uzduž puta munje naglo se i drastično mijenja tlak zraka, što je uzrok nastanka groma.</s><s>Opažene su i tihe munje.</s><s>Munje pokazuju dvostruk razorni učinak: kod vrlo jakih struja nastaje kratkotrajno, ali vrlo jako magnetsko polje, koje daje eksplozivni učinak; struje do 500 A teku dosta dugo (s obzirom na trajanje samoga svjetlosnog efekta munje), pa uzrokuju jak toplinski učinak, koji djeluje razorno, osobito na vodiče.</s>

<s>Uz često zapažene oblike razgranate munje, koja udara prema tlu, pojavljuje se gdjekad i takozvana biserna munja u obliku niza od 20 do 30 svjetlosnih zrna, promjera približno 10 cm i odvojenih tamnim prostorima.</s><s>Plošna munja električno je izbijanje unutar oblaka, kod kojega su osvijetljene velike površine oblaka, no sam kanal munje nije zamjetljiv.</s><s>Toplinska munja pojava je munje na velikoj udaljenosti od promatrača, prevelikoj da bi se čula grmljavina; ona može biti crvene boje zbog raspršenja i apsorpcije svjetlosti u zraku.</s><s>Kuglasta munja vrlo je rijetka i do danas još nerazjašnjena pojava električnoga izbijanja; pojavljuje se u obliku žute do crvene svjetleće kugle promjera 10 do 20 cm, rijetko i do 1 m, u kojoj je temperatura 4000 do 5000 °C. Kratko se vrijeme lagano kreće i nestaje tiho ili uz prasak, ostavljajući za sobom jak miris po sumporu i nitritu.</s>

<s>Kada se zbog povišene vlage poveća električna provodnost zraka, kao za grmljavinskih procesa, može se na istaknutim vrhovima planina, šiljcima visokih zgrada, jarbolima i stupovima pojaviti takozvana vatra svetog Ilije ili vatra svetog Elma, električno izbijanje u obliku svjetleće zelenkaste ili plavičaste korone.</s><s>Poznat je i takozvani plavi mlaz, slabi mlaz plave svjetlosti koja izbija iz vrha kumulonimbusa i diže se nepoznatim mehanizmom do visine od 40 do 50 km brzinom većom od 90 km/s, te takozvani crveni vilenjak, svjetlosna pojava u mezosferi, crvenkaste do plave boje i najraznovrsnijih oblika, od velikih mjehura do oblika nalik na veliku hobotnicu, povezana sa snažnim električnim izbijanjem iz kumulonimbusa u tlo.</s>

<s>Izvori</s>

<s>Vidi još 
 Električni potencijal
 Električni naboj</s>

<s>Elektromagnetizam</s>

