Typer elektrisk utladning i gasser

Elektrisk utladning i gasser inkluderer alle tilfeller av bevegelse i gasser under påvirkning av et elektrisk felt av ladede partikler (elektroner og ioner) som et resultat av ioniseringsprosesser... En forutsetning for forekomsten av en utladning i gasser er tilstedeværelsen av frie ladninger i den - elektroner og ioner.

En gass som kun består av nøytrale molekyler leder ikke en elektrisk strøm i det hele tatt, dvs. et ideelt dielektrisk... Under virkelige forhold, på grunn av virkningen av naturlige ionisatorer (ultrafiolett stråling fra solen, kosmiske stråler, radioaktiv stråling fra jorden, etc.), inneholder gassen alltid en viss mengde gratis ladninger - ioner og elektroner, som gir den en viss elektrisk ledningsevne.

Kraften til naturlige ionisatorer er svært lav: som et resultat av deres virkning dannes omtrent ett par ladninger i luften hvert sekund i hver kubikkcentimeter, noe som tilsvarer en økning i volumtettheten til ladninger po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Samme mengde ladninger gjennomgår rekombinasjon hvert sekund. Antall ladninger i 1 cm3 luft på samme tid forblir konstant og lik 500-1000 par ioner.

Således, hvis en spenning påføres platene til en flat luftkondensator med en avstand S mellom elektrodene, vil det etableres en strøm i kretsen, hvis tetthet er J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Bruken av kunstige ionisatorer øker mange ganger strømtettheten i gassen. For eksempel, når gassgapet er opplyst med en kvikksølvkvartslampe, øker strømtettheten i gassen til 10 — 12 A / cm2; i nærvær av en oppriktig utladning nær det ioniserte volumet, strømmer i størrelsesorden 10-10 A / cm2, etc.

Tenk på avhengigheten av strømmen som går gjennom et gassgap med et jevnt elektrisk felt på verdien av den påførte spenningen i (fig. 1).

Ris. 1. Strømspenningskarakteristikker til gassutladningen

Til å begynne med, når spenningen øker, øker strømmen i gapet på grunn av det faktum at den økende mengden ladninger faller under virkningen av et elektrisk felt på elektrodene (seksjon OA). I seksjon AB endres strømmen praktisk talt ikke, siden alle ladningene som dannes på grunn av eksterne ionisatorer faller på elektrodene. Metningsstrømmen Is bestemmes av intensiteten til ionisatoren som virker på gapet.

Med en ytterligere økning i spenningen øker strømmen kraftig (seksjon BC), noe som indikerer den intensive utviklingen av gassioniseringsprosesser under påvirkning av et elektrisk felt. Ved spenning U0 observeres en kraftig økning i strømmen i gapet, som i dette tilfellet mister sine dielektriske egenskaper og blir til en leder.

Fenomenet der det oppstår en kanal med høy ledningsevne mellom elektrodene i gassgapet kalles elektrisk sammenbrudd (sammenbrudd i en gass kalles ofte elektrisk utladning, som betyr hele prosessen med sammenbruddsdannelse).

Den elektriske utladningen som tilsvarer delen av OABS-karakteristikken kalles avhengig, siden strømmen i gassgapet i denne delen bestemmes av intensiteten til den aktive ionisatoren. Utladningen i seksjonen etter punkt C kalles uavhengig, siden utladningsstrømmen i denne seksjonen bare avhenger av parametrene til selve den elektriske kretsen (dens motstand og kraften til strømkilden) og for vedlikehold, dannelsen av ladede partikler på grunn av eksterne ionisatorer er ikke nødvendig. Spenningen Wo som selvutladningen begynner med kalles startspenningen.

Former for selvoppløsning til gasser avhengig av forholdene utslippet finner sted under, de kan være forskjellige.

Ved lavt trykk, når på grunn av det lille antallet gassmolekyler per volumenhet, kan gapet ikke oppnå høy ledningsevne, og en glødeutladning... Strømtettheten i en glødeutladning er lav (1-5 mA / cm2), utladning dekker hele rommet mellom elektrodene.

Ris. 2. Glødeutslipp i gass

Ved gasstrykk nær atmosfærisk og høyere, hvis kraften til kraftkilden er lav eller spenningen påføres gapet i kort tid, er det en gnistutladning... Et eksempel på en gnistutladning er utladningen i form av lyn… Ved langvarig eksponering for spenning tar gnistutladningen form av gnister som oppstår vekselvis mellom elektrodene.

Ris. 3. Oppriktig utskrivning

I tilfelle av betydelig kraft til energikilden, blir gnistutladningen til en bue, der en strøm kan flyte gjennom gapet og nå hundrevis og tusenvis av ampere. En slik strøm bidrar til å varme utløpskanalen, øke dens ledningsevne, og som et resultat oppnås en ytterligere økning i strømmen. Siden denne prosessen tar litt tid å fullføre, blir ikke gnistutladningen til en lysbueutladning med en kortvarig påføring av spenning.

Ris. 4. Lysbueutladning

I svært inhomogene felt starter alltid selvutladning i form av koronautladning, som utvikler seg kun i den delen av gassgapet hvor feltstyrken er høyest (nær de skarpe kantene på elektrodene). Ved koronautladning oppstår det ikke høy ledningsevne gjennom en kanal mellom elektrodene, det vil si at rommet beholder sine isolerende egenskaper. Etter hvert som den påtrykte spenningen økes ytterligere, forvandles koronautladningen til en bona fide- eller lysbueutladning.

Koronautladning - typen stasjonær elektrisk utladning i en gass med tilstrekkelig tetthet, som forekommer i et sterkt inhomogent elektrisk felt. Ionisering og eksitasjon av nøytrale gasspartikler ved elektronskred er lokalisert i en begrenset mengde sone (koronahette eller ioniseringssone) av et sterkt elektrisk felt nær en elektrode med en liten krumningsradius. Den blekblå eller fiolette gløden til gassen inne i ioniseringssonen, i analogi med solkoronaens halo, ga opphav til navnet på denne typen utslipp.

I tillegg til stråling i det synlige, ultrafiolette (hovedsakelig), samt i de kortere bølgelengdene av spekteret, er koronautladningen ledsaget av bevegelsen av gasspartikler fra koronaelektroden — den s.k. "Elektrisk vind", hum, noen ganger radioutslipp, kjemi, reaksjoner (for eksempel dannelse av ozon og nitrogenoksider i luften).

Ris. 5. Koronautslipp til gass

Regelmessighetene for utseendet til elektrisk utladning i forskjellige gasser er de samme, forskjellen ligger i verdiene til koeffisientene som karakteriserer prosessen.