Видове електрически разряд в газове

Електрически разряд в газове включва всички случаи на движение в газове под действието на електрическо поле от заредени частици (електрони и йони) в резултат на йонизационни процеси… Предпоставка за възникване на разряд в газовете е наличието на свободни заряди в него — електрони и йони.

Газ, състоящ се само от неутрални молекули, изобщо не провежда електрически ток, т.е. идеален диелектрик… В реални условия, поради действието на естествени йонизатори (ултравиолетово лъчение от Слънцето, космически лъчи, радиоактивно излъчване от Земята и др.), Газът винаги съдържа определено количество свободни заряди — йони и електрони, които придават определен електрическа проводимост към него.

Мощността на естествените йонизатори е много ниска: в резултат на тяхното действие във въздуха всяка секунда се образува около една двойка заряди във всеки кубичен сантиметър, което съответства на увеличаване на обемната плътност на зарядите po = 1,6-19 CL / (см3 x в). Същата сума на таксите се подлага на рекомбинация всяка секунда. Броят на зарядите в 1 cm3 въздухът в същото време остава постоянен и равен на 500-1000 двойки йони.

По този начин, ако се приложи напрежение към плочите на плосък въздушен кондензатор с разстояние S между електродите, тогава във веригата ще се установи ток, чиято плътност е J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2.

Използването на изкуствени йонизатори увеличава многократно плътността на тока в газа. Например, когато газовата междина е осветена с живачно -кварцова лампа, плътността на тока в газа се увеличава до 10 — 12 A / cm2; при наличие на искрен разряд близо до йонизирания обем, токове от порядъка на 10-10 A / cm2 и др.

Обмисли зависимост на тока, преминаващ през газова междина с равномерно електрическо поле, от стойността на приложеното напрежениеi (фиг. 1).

Ориз. 1. Токово-волтална характеристика на газовия разряд

Първоначално с увеличаване на напрежението токът в пролуката се увеличава поради факта, че нарастващото количество заряди попада под действието на електрическо поле върху електродите (раздел ОА). В секцията AB токът практически не се променя, тъй като всички заряди, образувани поради външни йонизатори, падат върху електродите. Токът на насищане Is се определя от интензитета на йонизатора, действащ върху пролуката.

При по -нататъшно увеличаване на напрежението токът рязко се увеличава (участък BC), което показва интензивното развитие на процесите на йонизация на газ под действието на електрическо поле. При напрежение U0 се наблюдава рязко увеличаване на тока в процепа, който в този случай губи диелектричните си свойства и се превръща в проводник.

Явлението, при което между електродите на газовата междина възниква канал с висока проводимост, се нарича електрическа повреда (разбивката в газ често се нарича електрически разряд, което означава целия процес на образуване на разрушаване).

Електрическият разряд, съответстващ на сечението на характеристиката OABS, се нарича зависим, тъй като в този раздел токът в газовата междина се определя от интензивността на действащия йонизатор. Изпускането в сечението след точка С се нарича независими, тъй като разрядният ток в този раздел зависи само от параметрите на самата електрическа верига (нейното съпротивление и мощността на източника на захранване) и за поддържането му не се изисква образуване на заредени частици поради външни йонизатори. Волтаж Уо при което започва самостоятелно изхвърляне се нарича начално напрежение.

Форми за саморазреждане в газове в зависимост от условията, при които се извършва изхвърлянето, те могат да бъдат различни.

При ниско налягане, когато поради малкия брой молекули газ на единица обем, пролуката не може да придобие висока проводимост, a светещ разряд… Плътността на тока в светещ разряд е ниска (1-5 mA / cm2), разрядът обхваща цялото пространство между електродите.

Ориз. 2. Светещ разряд в газ

При налягане на газа, близко до атмосферното и по -високо, ако мощността на източника на захранване е ниска или напрежението се приложи към пролуката за кратко време, има искрово разреждане… Пример за искрен разряд е разрядът под формата на мълния… При продължително излагане на напрежение искровият разряд има формата на искри, които се появяват последователно между електродите.

Ориз. 3. Искрен разряд

В случай на значителна мощност на източника на енергия, искровият разряд се превръща в дъга, при който през пролуката може да тече ток, достигайки стотици и хиляди ампера. Такъв ток допринася за нагряване на разрядния канал, увеличаване на неговата проводимост и в резултат на това се получава допълнително увеличаване на тока. Тъй като този процес отнема известно време, за да завърши, тогава при краткосрочно прилагане на напрежение, искровият разряд не преминава в дъговия разряд.

Ориз. 4. Дъгов разряд

В силно нехомогенни полета, самостоятелно разреждане винаги започва под формата коронен разряд, която се развива само в онази част от газовата междина, където силата на полето е най -висока (близо до острите ръбове на електродите). В случай на коронен разряд, висока проводимост през канал не възниква между електродите, т.е.пространството запазва своите изолационни свойства. При по -нататъшно увеличаване на приложеното напрежение, коронният разряд се трансформира в искрен или дъгов разряд.

Коронно изхвърляне — вида на неподвижния електрически разряд в газ с достатъчна плътност, възникващ в силно нехомогенно електрическо поле. Йонизацията и възбуждането на неутрални газови частици чрез електронни лавини са локализирани в ограничено количество зона (коронен капак или йонизационна зона) на силно електрическо поле в близост до електрод с малък радиус на кривина. Бледото синьо или виолетово сияние на газа навътре зоната на йонизация, по аналогия с ореола на слънчевата корона, даде началото на името на този вид разряд.

В допълнение към радиацията във видимия, ултравиолетовия (главно), както и в по -късите дължини на вълните на спектъра, коронният разряд е придружен от движението на газови частици от коронния електрод — т.нар. „Електрически вятър“, шумолене, понякога радиоизлъчване, химия, реакции (например образуването на озон и азотни оксиди във въздуха).

Ориз. 5. Коронно изпускане в газ

Закономерностите на появата на електрически разряд в различни газове са еднакви, разликата се крие в стойностите на коефициентите, характеризиращи процеса.