Vrste električnih razelektritev v plinih

Električna razelektritev v plinih vključuje vse primere gibanja v plinih pod delovanjem električnega polja nabitih delcev (elektronov in ionov) kot posledica ionizacijskih procesov ... Predpogoj za nastanek razelektritve v plinih je prisotnost prostega naboji v njem - elektroni in ioni.

Plin, sestavljen le iz nevtralnih molekul, sploh ne prevaja električnega toka, tj. idealen dielektrik ... V realnih pogojih plin zaradi delovanja naravnih ionizatorjev (ultravijolično sevanje Sonca, kozmični žarki, radioaktivno sevanje Zemlje itd.) vedno vsebuje določeno količino prostih nabojev — ionov in elektroni, ki mu dajejo določeno električno prevodnost.

Moč naravnih ionizatorjev je zelo majhna: zaradi njihovega delovanja se v zraku vsako sekundo tvori približno en par nabojev v vsakem kubičnem centimetru, kar ustreza povečanju prostorninske gostote nabojev po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Enaka količina nabojev je vsako sekundo podvržena rekombinaciji. Število nabojev v 1 cm3 zraka hkrati ostane konstantno in enako 500-1000 parom ionov.

Če torej na plošče ploščatega zračnega kondenzatorja nanesemo napetost z razdaljo S med elektrodama, se bo v vezju vzpostavil tok, katerega gostota je J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2. .

Uporaba umetnih ionizatorjev večkrat poveča gostoto toka v plinu. Na primer, ko je plinska reža osvetljena z živosrebrno kvarčno žarnico, se gostota toka v plinu poveča na 10-12 A / cm2; v prisotnosti iskrenega praznjenja v bližini ioniziranega volumna, tokov reda 10-10 A / cm2 itd.

Razmislite o odvisnosti toka, ki teče skozi plinsko režo z enotnim električnim poljem, od vrednosti uporabljene napetosti i (slika 1).

riž. 1. Tokovno-napetostne karakteristike razelektritve plina

Na začetku, ko se napetost poveča, se tok v reži poveča zaradi dejstva, da naraščajoča količina nabojev pade pod delovanje električnega polja na elektrodah (odsek OA). V odseku AB se tok praktično ne spremeni, saj vsi naboji, ki nastanejo zaradi zunanjih ionizatorjev, padejo na elektrode. Tok nasičenja Is je določen z jakostjo ionizatorja, ki deluje na režo.

Z nadaljnjim povečanjem napetosti se tok močno poveča (odsek BC), kar kaže na intenziven razvoj procesov ionizacije plina pod delovanjem električnega polja. Pri napetosti U0 opazimo močno povečanje toka v reži, ki v tem primeru izgubi svoje dielektrične lastnosti in se spremeni v prevodnik.

Pojav, pri katerem se med elektrodama plinske reže pojavi visokoprevodni kanal, imenujemo električni preboj (preboj v plinu pogosto imenujemo električna razelektritev, kar pomeni celoten proces nastajanja preboja).

Električna razelektritev, ki ustreza odseku karakteristike OABS, se imenuje odvisna, saj je v tem odseku tok v plinski reži določen z intenzivnostjo aktivnega ionizatorja. Razelektritev v odseku za točko C se imenuje neodvisna, saj je razelektritveni tok v tem odseku odvisen le od parametrov samega električnega tokokroga (njegovega upora in moči vira energije) in za njegovo vzdrževanje nastanek nabitih delcev zaradi zunanjih ionizatorjev ni potreben. Napetost Wo, pri kateri se začne samopraznjenje, imenujemo začetna napetost.

Oblike samoraztapljanja v pline so lahko različne, odvisno od pogojev, pod katerimi poteka praznjenje.

Pri nizkem tlaku, ko zaradi majhnega števila molekul plina na enoto prostornine reža ne more pridobiti visoke prevodnosti, in žareča razelektritev ... Gostota toka v žareči razelektritvi je nizka (1-5 mA / cm2), razelektritev pokriva ves prostor med elektrodama.

riž. 2. Žareča razelektritev v plinu

Pri tlaku plina blizu atmosferskega in višjem, če je moč vira energije nizka ali je napetost za kratek čas priključena na režo, pride do iskričaste razelektritve... Primer iskrične razelektritve je razelektritev v obliki strele… Pri dolgotrajni izpostavljenosti napetosti se iskrica pojavi v obliki isker, ki se izmenično pojavljajo med elektrodama.

riž. 3. Iskrena razrešnica

V primeru velike moči vira energije se iskrica spremeni v oblok, v katerem lahko skozi režo teče tok, ki doseže stotine in tisoče amperov. Takšen tok prispeva k segrevanju izpustnega kanala, poveča njegovo prevodnost in posledično se tok še poveča. Ker ta proces traja nekaj časa, se s kratkotrajno uporabo napetosti razelektritev iskre ne spremeni v obločno razelektritev.

riž. 4. Obločna razelektritev

V zelo nehomogenih poljih se samopraznjenje vedno začne v obliki koronske razelektritve, ki se razvije samo v tistem delu plinske reže, kjer je poljska jakost največja (ob ostrih robovih elektrod). Pri koronski razelektritvi med elektrodama ne pride do visoke prevodnosti skozi kanal, kar pomeni, da prostor ohrani svoje izolacijske lastnosti. Z nadaljnjim povečevanjem uporabljene napetosti se koronska razelektritev spremeni v dobronamerno ali obločno razelektritev.

Koronska razelektritev - vrsta stacionarne električne razelektritve v plinu z zadostno gostoto, ki se pojavi v močnem nehomogenem električnem polju. Ionizacija in vzbujanje delcev nevtralnega plina z elektronskimi plazovi sta lokalizirana v omejenem območju (koronsko kapo ali ionizacijsko območje) močnega električnega polja v bližini elektrode z majhnim polmerom ukrivljenosti. Bledo modri ali vijoličasti sijaj plina znotraj ionizacijske cone je po analogiji s halo sončne korone povzročil ime te vrste razelektritve.

Poleg sevanja v vidnem, ultravijoličnem (predvsem) pa tudi v krajših valovnih dolžinah spektra, koronsko razelektritev spremlja gibanje delcev plina iz koronske elektrode — t.i. "Električni veter", brenčanje, včasih radijsko oddajanje, kemija, reakcije (na primer nastajanje ozona in dušikovih oksidov v zraku).

riž. 5. Koronska razelektritev v plin

Pravilnosti pojavljanja električnega praznjenja v različnih plinih so enake, razlika je v vrednostih koeficientov, ki označujejo proces.