Elektriskās izlādes veidi gāzēs

Elektriskā izlāde gāzēs ietver visus gadījumus, kad gāzēs notiek kustība lādētu daļiņu (elektronu un jonu) elektriskā lauka iedarbībā jonizācijas procesu rezultātā... Priekšnoteikums izlādes rašanās gāzēs ir brīvas izlādes klātbūtne. lādiņi tajā - elektroni un joni.

Gāze, kas sastāv tikai no neitrālām molekulām, vispār nevada elektrisko strāvu, t.i. ideāls dielektriķis... Reālos apstākļos dabisko jonizatoru (Saules ultravioletais starojums, kosmiskie stari, Zemes radioaktīvais starojums u.c.) darbības rezultātā gāze vienmēr satur noteiktu daudzumu brīvo lādiņu — jonu un elektroni, kas tai piešķir noteiktu elektrovadītspēju.

Dabisko jonizatoru jauda ir ļoti zema: to darbības rezultātā gaisā ik sekundi veidojas apmēram viens lādiņu pāris katrā kubikcentimetrā, kas atbilst lādiņu tilpuma blīvuma pieaugumam po = 1,6-19 CL. / (cm3 x collas). Ik sekundi tiek rekombinēts tāds pats lādiņu daudzums. Lādiņu skaits 1 cm3 gaisa tajā pašā laikā paliek nemainīgs un vienāds ar 500-1000 jonu pāriem.

Tātad, ja plakana gaisa kondensatora plāksnēm tiek pielikts spriegums ar attālumu S starp elektrodiem, tad ķēdē izveidosies strāva, kuras blīvums ir J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Mākslīgo jonizatoru izmantošana daudzkārt palielina strāvas blīvumu gāzē. Piemēram, ja gāzes spraugu apgaismo ar dzīvsudraba-kvarca lampu, strāvas blīvums gāzē palielinās līdz 10 - 12 A / cm2; patiesas izlādes klātbūtnē jonizētā tilpuma tuvumā, strāvas 10-10 A / cm2 utt.

Apsveriet strāvas, kas iet caur gāzes spraugu ar vienmērīgu elektrisko lauku, atkarību no pielietotā sprieguma i vērtības (1. att.).

Rīsi. 1. Gāzes izlādes strāvas-sprieguma raksturlielumi

Sākotnēji, palielinoties spriegumam, spraugā esošā strāva palielinās tāpēc, ka pieaugošais lādiņu daudzums nonāk elektriskā lauka ietekmē uz elektrodiem (OA sadaļa). Sadaļā AB strāva praktiski nemainās, jo visi ārējo jonizatoru radītie lādiņi nokrīt uz elektrodiem. Piesātinājuma strāvu Is nosaka jonizatora intensitāte, kas iedarbojas uz spraugu.

Turpinot pieaugt spriegumam, strāva strauji palielinās (BC sadaļa), kas norāda uz intensīvu gāzes jonizācijas procesu attīstību elektriskā lauka iedarbībā. Pie sprieguma U0 tiek novērots straujš strāvas pieaugums spraugā, kas šajā gadījumā zaudē dielektriskās īpašības un pārvēršas par vadītāju.

Parādību, kurā starp gāzes spraugas elektrodiem parādās augstas vadītspējas kanāls, sauc par elektrisko sabrukumu (gāzes sadalīšanos bieži sauc par elektrisko izlādi, kas nozīmē visu sadalījuma veidošanās procesu).

Elektrisko izlādi, kas atbilst OABS raksturlieluma sadaļai, sauc par atkarīgu, jo šajā sadaļā strāvu gāzes spraugā nosaka aktīvā jonizatora intensitāte. Izlāde sadaļā pēc punkta C tiek saukta par neatkarīgu, jo izlādes strāva šajā sadaļā ir atkarīga tikai no pašas elektriskās ķēdes parametriem (tās pretestības un barošanas avota jaudas) un tās uzturēšanai, lādētu daļiņu veidošanās. ārējo jonizatoru dēļ nav nepieciešama. Spriegumu Wo, pie kura sākas pašizlāde, sauc par sākotnējo spriegumu.

Paššķīdināšanas formas gāzēs atkarībā no apstākļiem, kādos notiek izlāde, tās var būt dažādas.

Zemā spiedienā, kad nelielā gāzes molekulu skaita dēļ tilpuma vienībā sprauga nevar iegūt augstu vadītspēju, un kvēlizlāde... Strāvas blīvums kvēlizlādei ir mazs (1-5 mA / cm2), izlāde aptver visu telpu starp elektrodiem.

Rīsi. 2. Kvēlizlāde gāzē

Gāzes spiedienā tuvu atmosfēras spiedienam un augstākam, ja barošanas avota jauda ir zema vai spriegums uz īsu brīdi tiek pielikts spriegumam, notiek dzirksteļaizlāde... Dzirksteles izlādes piemērs ir izlāde. zibens formā… Ilgstoši pakļaujoties spriegumam, dzirksteles izlāde notiek dzirksteļu veidā, kas parādās pārmaiņus starp elektrodiem.

Rīsi. 3. Sirsnīgs izraksts

Nozīmīgas enerģijas avota jaudas gadījumā dzirksteļaizlāde pārvēršas lokā, kurā caur spraugu var plūst strāva, sasniedzot simtiem un tūkstošiem ampēru. Šāda strāva veicina izlādes kanāla sildīšanu, palielina tā vadītspēju, un rezultātā tiek iegūts turpmāks strāvas pieaugums. Tā kā šī procesa pabeigšana prasa zināmu laiku, tad, īslaicīgi pieslēdzot spriegumu, dzirksteļaizlāde nepārvēršas loka izlādē.

Rīsi. 4. Loka izlāde

Ļoti neviendabīgos laukos pašizlāde vienmēr sākas koronaizlādes veidā, kas attīstās tikai tajā gāzes spraugas daļā, kur lauka stiprums ir vislielākais (pie elektrodu asajām malām). Korona izlādes gadījumā starp elektrodiem nenotiek augsta vadītspēja caur kanālu, t.i., telpa saglabā izolācijas īpašības. Pieliktajam spriegumam vēl vairāk palielinoties, koronaizlāde pārvēršas bona fide jeb loka izlādē.

Koronaizlāde — stacionāras elektriskās izlādes veids pietiekama blīvuma gāzē, kas notiek spēcīgā nehomogēnā elektriskā laukā. Neitrālo gāzu daļiņu jonizācija un ierosme ar elektronu lavīnām tiek lokalizēta ierobežotā daudzumā spēcīga elektriskā lauka zonā (korona vāciņā vai jonizācijas zonā) pie elektroda ar nelielu izliekuma rādiusu. Gaiši zils vai violets gāzes mirdzums jonizācijas zonā, pēc analoģijas ar Saules vainaga oreolu, radīja šāda veida izlādes nosaukumu.

Papildus starojumam redzamajā, ultravioletajā (galvenokārt), kā arī īsākajos spektra viļņu garumos korona izlādi pavada gāzes daļiņu kustība no korona elektroda — t.s. "Elektriskais vējš", dūkoņa, dažreiz radio emisija, ķīmija, reakcijas (piemēram, ozona un slāpekļa oksīdu veidošanās gaisā).

Rīsi. 5. Korona izlāde gāzē

Elektriskās izlādes parādīšanās likumsakarības dažādās gāzēs ir vienādas, atšķirība slēpjas procesu raksturojošo koeficientu vērtībās.