Τύποι ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέρια

Η ηλεκτρική εκκένωση στα αέρια περιλαμβάνει όλες τις περιπτώσεις κίνησης στα αέρια υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια και ιόντα) ως αποτέλεσμα διεργασιών ιονισμού... Προϋπόθεση για την εμφάνιση εκκένωσης στα αέρια είναι η παρουσία ελεύθερων φορτία σε αυτό - ηλεκτρόνια και ιόντα.

Ένα αέριο που αποτελείται μόνο από ουδέτερα μόρια δεν άγει καθόλου ηλεκτρικό ρεύμα, δηλ. ένα ιδανικό διηλεκτρικό... Σε πραγματικές συνθήκες, λόγω της δράσης φυσικών ιονιστών (υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο, κοσμικές ακτίνες, ραδιενεργή ακτινοβολία από τη Γη κ.λπ.), το αέριο περιέχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ελεύθερων φορτίων — ιόντα και ηλεκτρόνια, που του δίνουν μια ορισμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Η ισχύς των φυσικών ιονιστών είναι πολύ χαμηλή: ως αποτέλεσμα της δράσης τους, σχηματίζεται περίπου ένα ζεύγος φορτίων στον αέρα κάθε δευτερόλεπτο σε κάθε κυβικό εκατοστό, που αντιστοιχεί σε αύξηση της πυκνότητας όγκου των φορτίων po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Το ίδιο ποσό χρεώσεων υφίσταται ανασυνδυασμό κάθε δευτερόλεπτο. Ο αριθμός των φορτίων σε 1 cm3 αέρα ταυτόχρονα παραμένει σταθερός και ίσος με 500-1000 ζεύγη ιόντων.

Έτσι, αν εφαρμοστεί τάση στις πλάκες ενός επίπεδου πυκνωτή αέρα με απόσταση S μεταξύ των ηλεκτροδίων, τότε θα δημιουργηθεί ρεύμα στο κύκλωμα, η πυκνότητα του οποίου είναι J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Η χρήση τεχνητών ιονιστών αυξάνει πολλαπλάσια την πυκνότητα ρεύματος στο αέριο. Για παράδειγμα, όταν το διάκενο αερίου φωτίζεται με μια λάμπα υδραργύρου-χαλαζία, η πυκνότητα ρεύματος στο αέριο αυξάνεται σε 10 — 12 A / cm2. παρουσία ειλικρινούς εκκένωσης κοντά στον ιονισμένο όγκο, ρεύματα της τάξης των 10-10 A / cm2 κ.λπ.

Εξετάστε την εξάρτηση του ρεύματος που διέρχεται από ένα διάκενο αερίου με ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο από την τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης i (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης της εκκένωσης αερίου

Αρχικά, καθώς αυξάνεται η τάση, το ρεύμα στο διάκενο αυξάνεται λόγω του γεγονότος ότι η αυξανόμενη ποσότητα φορτίων εμπίπτει στη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου στα ηλεκτρόδια (τμήμα ΟΑ). Στο τμήμα ΑΒ, το ρεύμα πρακτικά δεν αλλάζει, καθώς όλα τα φορτία που σχηματίζονται λόγω εξωτερικών ιονιστών πέφτουν στα ηλεκτρόδια. Το ρεύμα κορεσμού Is καθορίζεται από την ένταση του ιονιστή που δρα στο διάκενο.

Με περαιτέρω αύξηση της τάσης, το ρεύμα αυξάνεται απότομα (τμήμα BC), γεγονός που υποδηλώνει την εντατική ανάπτυξη διεργασιών ιονισμού αερίου υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου. Στην τάση U0, παρατηρείται απότομη αύξηση του ρεύματος στο διάκενο, το οποίο σε αυτή την περίπτωση χάνει τις διηλεκτρικές του ιδιότητες και μετατρέπεται σε αγωγό.

Το φαινόμενο στο οποίο εμφανίζεται ένα κανάλι υψηλής αγωγιμότητας μεταξύ των ηλεκτροδίων του διακένου αερίου ονομάζεται ηλεκτρική διάσπαση (η διάσπαση σε ένα αέριο συχνά ονομάζεται ηλεκτρική εκκένωση, που σημαίνει ολόκληρη τη διαδικασία σχηματισμού διάσπασης).

Η ηλεκτρική εκκένωση που αντιστοιχεί στο τμήμα του χαρακτηριστικού OABS ονομάζεται εξαρτημένη, καθώς σε αυτό το τμήμα το ρεύμα στο διάκενο αερίου καθορίζεται από την ένταση του ενεργού ιονιστή. Η εκφόρτιση στο τμήμα μετά το σημείο C ονομάζεται ανεξάρτητη, καθώς το ρεύμα εκφόρτισης σε αυτό το τμήμα εξαρτάται μόνο από τις παραμέτρους του ίδιου του ηλεκτρικού κυκλώματος (την αντίστασή του και την ισχύ της πηγής ισχύος) και για τη συντήρησή του, το σχηματισμό φορτισμένων σωματιδίων λόγω εξωτερικών ιονιστών δεν απαιτείται. Η τάση Wo στην οποία αρχίζει η αυτοεκφόρτιση ονομάζεται αρχική τάση.

Μορφές αυτοδιάλυσης σε αέρια ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες γίνεται η εκκένωση, μπορεί να είναι διαφορετικές.

Σε χαμηλή πίεση, όταν λόγω του μικρού αριθμού μορίων αερίου ανά μονάδα όγκου, το διάκενο δεν μπορεί να αποκτήσει υψηλή αγωγιμότητα και εκκένωση πυράκτωσης... Η πυκνότητα ρεύματος σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι χαμηλή (1-5 mA / cm2), η Η εκκένωση καλύπτει ολόκληρο το διάστημα μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Ρύζι. 2. Εκκένωση πυράκτωσης στο αέριο

Σε πίεση αερίου κοντά στην ατμοσφαιρική και υψηλότερη, εάν η ισχύς της πηγής ισχύος είναι χαμηλή ή η τάση εφαρμόζεται στο διάκενο για μικρό χρονικό διάστημα, υπάρχει εκφόρτιση σπινθήρα... Ένα παράδειγμα εκφόρτισης σπινθήρα είναι η εκφόρτιση με τη μορφή κεραυνού… Με παρατεταμένη έκθεση στην τάση, η εκκένωση σπινθήρα παίρνει τη μορφή σπινθήρων που εμφανίζονται εναλλάξ μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Ρύζι. 3. Ειλικρινής απαλλαγή

Στην περίπτωση σημαντικής ισχύος της πηγής ενέργειας, η εκκένωση σπινθήρα μετατρέπεται σε τόξο, στο οποίο ένα ρεύμα μπορεί να ρέει μέσα από το διάκενο, φτάνοντας εκατοντάδες και χιλιάδες αμπέρ. Ένα τέτοιο ρεύμα συμβάλλει στη θέρμανση του καναλιού εκκένωσης, αυξάνοντας την αγωγιμότητά του και ως αποτέλεσμα, επιτυγχάνεται περαιτέρω αύξηση του ρεύματος. Δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία χρειάζεται λίγο χρόνο για να ολοκληρωθεί, τότε με μια βραχυπρόθεσμη εφαρμογή τάσης, η εκκένωση σπινθήρα δεν μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου.

Ρύζι. 4. Εκκένωση τόξου

Σε εξαιρετικά ανομοιογενή πεδία, η αυτοεκφόρτιση ξεκινά πάντα με τη μορφή εκκένωσης κορώνας, η οποία αναπτύσσεται μόνο σε εκείνο το τμήμα του διακένου αερίου όπου η ένταση του πεδίου είναι η υψηλότερη (κοντά στις αιχμηρές ακμές των ηλεκτροδίων). Στην περίπτωση εκκένωσης κορώνας, δεν υπάρχει υψηλή αγωγιμότητα μέσω ενός καναλιού μεταξύ των ηλεκτροδίων, δηλαδή ο χώρος διατηρεί τις μονωτικές του ιδιότητες. Καθώς η εφαρμοζόμενη τάση αυξάνεται περαιτέρω, η εκφόρτιση κορώνας μετατρέπεται σε εκφόρτιση καλής πίστης ή τόξου.

Εκκένωση κορώνας — ο τύπος σταθερής ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέριο επαρκούς πυκνότητας, που εμφανίζεται σε ισχυρό ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο. Ο ιονισμός και η διέγερση ουδέτερων σωματιδίων αερίου από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων εντοπίζεται σε μια περιορισμένη ποσότητα ζώνης (κάλυμμα κορώνας ή ζώνη ιονισμού) ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου κοντά σε ένα ηλεκτρόδιο με μικρή ακτίνα καμπυλότητας. Η απαλή μπλε ή ιώδης λάμψη του αερίου μέσα στη ζώνη ιονισμού, κατ' αναλογία με το φωτοστέφανο του ηλιακού στέμματος, έδωσε την αφορμή για το όνομα αυτού του τύπου εκκένωσης.

Εκτός από την ακτινοβολία στην ορατή, υπεριώδη (κυρίως), καθώς και στα μικρότερα μήκη κύματος του φάσματος, η εκκένωση κορώνας συνοδεύεται από την κίνηση των σωματιδίων αερίου από το ηλεκτρόδιο της κορώνας — το λεγόμενο «Ηλεκτρικός άνεμος», βουητό, μερικές φορές ραδιοφωνική εκπομπή, χημεία, αντιδράσεις (για παράδειγμα, σχηματισμός όζοντος και οξειδίων του αζώτου στον αέρα).

Ρύζι. 5. Εκκένωση κορώνας σε αέριο

Οι κανονικότητες της εμφάνισης ηλεκτρικής εκκένωσης σε διαφορετικά αέρια είναι οι ίδιες, η διαφορά έγκειται στις τιμές των συντελεστών που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία.