Tipuri de descărcări electrice în gaze

Descărcările electrice în gaze includ toate cazurile de mișcare în gaze sub acțiunea unui câmp electric de particule încărcate (electroni și ioni) ca urmare a proceselor de ionizare... O condiție prealabilă pentru apariția unei descărcări în gaze este prezența liberei sarcinile din el - electroni și ioni.

Un gaz format numai din molecule neutre nu conduce deloc curentul electric, adică. un dielectric ideal... În condiții reale, datorită acțiunii ionizatorilor naturali (radiații ultraviolete de la Soare, raze cosmice, radiații radioactive de la Pământ etc.), gazul conține întotdeauna o anumită cantitate de încărcături libere — ioni și electroni, care îi conferă o anumită conductivitate electrică.

Puterea ionizatorilor naturali este foarte scăzută: ca urmare a acțiunii lor, se formează în aer aproximativ o pereche de sarcini în fiecare secundă la fiecare centimetru cub, ceea ce corespunde unei creșteri a densității în volum a sarcinilor po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Aceeași cantitate de sarcini este supusă recombinării în fiecare secundă. Numărul de încărcări în 1 cm3 de aer rămâne în același timp constant și egal cu 500-1000 de perechi de ioni.

Astfel, dacă se aplică o tensiune pe plăcile unui condensator de aer plat cu o distanță S între electrozi, atunci în circuit se va stabili un curent, a cărui densitate este J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Utilizarea ionizatoarelor artificiale crește de multe ori densitatea curentului în gaz. De exemplu, atunci când spațiul de gaz este iluminat cu o lampă cu mercur-cuarț, densitatea de curent în gaz crește la 10 - 12 A / cm2; în prezența unei descărcări sincere în apropierea volumului ionizat, curenți de ordinul a 10-10 A / cm2 etc.

Luați în considerare dependența curentului care trece printr-un interval de gaz cu un câmp electric uniform de valoarea tensiunii aplicate i (Fig. 1).

Orez. 1. Caracteristicile curent-tensiune ale descărcării gazului

Inițial, pe măsură ce tensiunea crește, curentul din decalaj crește datorită faptului că cantitatea crescândă de sarcini cade sub acțiunea unui câmp electric asupra electrozilor (secțiunea OA). În secțiunea AB, curentul practic nu se modifică, deoarece toate sarcinile formate din cauza ionizatorilor externi cad pe electrozi. Curentul de saturație Is este determinat de intensitatea ionizatorului care acționează asupra intervalului.

Cu o creștere suplimentară a tensiunii, curentul crește brusc (secțiunea BC), ceea ce indică dezvoltarea intensă a proceselor de ionizare a gazelor sub acțiunea unui câmp electric. La tensiunea U0, se observă o creștere bruscă a curentului în gol, care în acest caz își pierde proprietățile dielectrice și se transformă într-un conductor.

Fenomenul în care apare un canal de conductivitate ridicată între electrozii golului de gaz se numește defecțiune electrică (defalcarea unui gaz este adesea numită descărcare electrică, ceea ce înseamnă întregul proces de formare a defalcării).

Descărcarea electrică corespunzătoare secțiunii caracteristicii OABS se numește dependentă, deoarece în această secțiune curentul din spațiul de gaz este determinat de intensitatea ionizatorului activ. Descărcarea în secțiunea după punctul C se numește independentă, deoarece curentul de descărcare în această secțiune depinde numai de parametrii circuitului electric în sine (rezistența acestuia și puterea sursei de alimentare) și pentru întreținerea sa, formarea particulelor încărcate. din cauza ionizatorilor externi nu este necesar. Tensiunea Wo la care începe autodescărcarea se numește tensiune inițială.

Formele de autodizolvare în gaze în funcție de condițiile în care are loc evacuarea, pot fi diferite.

La presiune scăzută, când din cauza numărului mic de molecule de gaz pe unitate de volum, golul nu poate dobândi o conductivitate mare, iar o descărcare strălucitoare... Densitatea de curent într-o descărcare strălucitoare este scăzută (1-5 mA / cm2), descărcarea acoperă întregul spațiu dintre electrozi.

Orez. 2. Descărcare luminoasă în gaz

La presiunea gazului apropiată de cea atmosferică și mai mare, dacă puterea sursei de alimentare este scăzută sau tensiunea este aplicată pe decalaj pentru o perioadă scurtă de timp, există o descărcare de scânteie... Un exemplu de descărcare de scânteie este descărcarea. sub formă de fulger… La expunerea prelungită la tensiune, descărcarea scânteii ia forma unor scântei care apar alternativ între electrozi.

Orez. 3. Descarcare sincera

În cazul unei puteri semnificative a sursei de energie, descărcarea scânteii se transformă într-un arc, în care un curent poate circula prin gol, ajungând la sute și mii de amperi. Un astfel de curent contribuie la încălzirea canalului de descărcare, crescând conductivitatea acestuia și, ca urmare, se obține o creștere suplimentară a curentului. Deoarece acest proces durează ceva timp pentru a se finaliza, atunci, cu o aplicare pe termen scurt a tensiunii, descărcarea de scânteie nu se transformă într-o descărcare de arc.

Orez. 4. Descărcarea arcului

În câmpurile foarte neomogene, auto-descărcarea începe întotdeauna sub formă de descărcare corona, care se dezvoltă numai în acea parte a spațiului de gaz unde intensitatea câmpului este cea mai mare (în apropierea marginilor ascuțite ale electrozilor). În cazul descărcării corona, între electrozi nu apare o conductivitate ridicată printr-un canal, adică spațiul își păstrează proprietățile izolante. Pe măsură ce tensiunea aplicată crește în continuare, descărcarea corona se transformă într-o descărcare de bună credință sau arc.

Descărcare corona - tipul de descărcare electrică staționară într-un gaz de densitate suficientă, care are loc într-un câmp electric neomogen puternic. Ionizarea și excitarea particulelor de gaz neutru de către avalanșe de electroni sunt localizate într-o cantitate limitată de zonă (corona cap sau zonă de ionizare) a unui câmp electric puternic în apropierea unui electrod cu o rază mică de curbură. Strălucirea albastru pal sau violet a gazului din interiorul zonei de ionizare, prin analogie cu haloul coroanei solare, a dat naștere denumirii acestui tip de descărcare.

Pe lângă radiația în vizibil, ultraviolete (în principal), precum și în lungimile de undă mai scurte ale spectrului, descărcarea corona este însoțită de mișcarea particulelor de gaz de la electrodul corona - așa-numitul „Vânt electric”, zumzet, uneori emisii radio, chimie, reacții (de exemplu, formarea de ozon și oxizi de azot în aer).

Orez. 5. Descărcare corona în gaz

Regularitățile apariției descărcării electrice în diferite gaze sunt aceleași, diferența constă în valorile coeficienților care caracterizează procesul.