Az elektromos kisülés típusai gázokban

A gázok elektromos kisülése magában foglalja minden olyan esetet, amikor a gázokban a töltött részecskék (elektronok és ionok) elektromos mezőjének hatására ionizációs folyamatok eredményeként mozognak... töltések benne - elektronok és ionok.

A csak semleges molekulákból álló gáz egyáltalán nem vezet elektromos áramot, azaz. ideális dielektrikum... Valós körülmények között a természetes ionizátorok (a Nap ultraibolya sugárzása, kozmikus sugárzás, a Föld radioaktív sugárzása stb.) hatására a gáz mindig tartalmaz bizonyos mennyiségű szabad töltést — ionokat, ill. elektronok, amelyek bizonyos elektromos vezetőképességet adnak neki.

A természetes ionizátorok teljesítménye nagyon kicsi: hatásuk következtében minden köbcentiméterben másodpercenként körülbelül egy pár töltés képződik a levegőben, ami a töltések térfogatsűrűségének növekedésének felel meg po = 1,6-19 CL. / (cm3 x in ). Ugyanannyi töltés minden másodpercben rekombináción megy keresztül. A töltések száma 1 cm3 levegőben ugyanakkor állandó marad, és egyenlő 500-1000 ionpárral.

Így ha egy lapos légkondenzátor lapjaira feszültséget kapcsolunk, az elektródák közötti S távolsággal, akkor az áramkörben áram jön létre, amelynek sűrűsége J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

A mesterséges ionizátorok használata többszörösére növeli a gáz áramsűrűségét. Például, ha a gázrést higanykvarc lámpával világítják meg, a gáz áramsűrűsége 10-12 A / cm2-re nő; őszinte kisülés jelenlétében az ionizált térfogat közelében, 10-10 A / cm2 nagyságrendű áramok stb.

Tekintsük az egyenletes elektromos térrel rendelkező gázrésen áthaladó áram függőségét a rákapcsolt i feszültség értékétől (1. ábra).

Rizs. 1. A gázkisülés áram-feszültség jellemzői

Kezdetben a feszültség növekedésével a résben lévő áram növekszik annak következtében, hogy a növekvő töltésmennyiség az elektródákon lévő elektromos mező hatására esik (OA szakasz). Az AB szakaszban az áram gyakorlatilag nem változik, mivel a külső ionizátorok miatt keletkező összes töltés az elektródákra esik. Az Is telítési áramot a résre ható ionizátor intenzitása határozza meg.

A feszültség további növekedésével az áramerősség meredeken növekszik (BC szakasz), ami a gázionizációs folyamatok intenzív fejlődését jelzi elektromos mező hatására. U0 feszültségen a résben lévő áram éles növekedése figyelhető meg, amely ebben az esetben elveszíti dielektromos tulajdonságait és vezetővé alakul.

Azt a jelenséget, amikor a gázrés elektródái között nagy vezetőképességű csatorna jelenik meg, elektromos áttörésnek nevezzük (a gázban történő lebontást gyakran elektromos kisülésnek nevezik, ami a törésképződés teljes folyamatát jelenti).

Az OABS karakterisztika szakaszának megfelelő elektromos kisülést függőnek nevezzük, mivel ebben a szakaszban a gázrésben lévő áramot az aktív ionizáló intenzitása határozza meg. A C pont utáni szakasz kisülését függetlennek nevezzük, mivel ebben a szakaszban a kisülési áram csak magának az elektromos áramkörnek a paramétereitől (ellenállásától és az áramforrás teljesítményétől) függ, valamint a karbantartáshoz a töltött részecskék képződésétől. külső ionizátorok miatt nem szükséges. Azt a Wo feszültséget, amelynél az önkisülés megkezdődik, kezdeti feszültségnek nevezzük.

A gázokba való önoldódás formái a kisülés körülményeitől függően eltérőek lehetnek.

Alacsony nyomáson, amikor az egységnyi térfogatra jutó gázmolekulák kis száma miatt a rés nem tud nagy vezetőképességre szert tenni, és izzító kisülés... Az izzítókisülésben az áramsűrűség kicsi (1-5 mA / cm2), a kisülés lefedi az elektródák közötti teljes teret.

Rizs. 2. Izzító kisülés gázban

Atmoszférikushoz közeli és magasabb gáznyomáson, ha az áramforrás teljesítménye alacsony, vagy a résre rövid ideig feszültséget vezetnek, szikrakisülés következik be... Szikrakisülésre példa a kisülés villám formájában… Hosszabb ideig tartó feszültség hatására a szikrakisülés szikrák formájában jelentkezik, amelyek felváltva jelennek meg az elektródák között.

Rizs. 3. Őszinte mentesítés

Az energiaforrás jelentős teljesítménye esetén a szikrakisülés ívvé alakul, melyben a résen több száz és ezer ampert elérő áram folyhat át. Ez az áram hozzájárul a kisülési csatorna melegítéséhez, növeli vezetőképességét, és ennek eredményeként további áramnövekedés érhető el. Mivel ez a folyamat némi időt vesz igénybe, így rövid távú feszültség alkalmazása esetén a szikrakisülés nem válik ívkisüléssé.

Rizs. 4. Ívkisülés

Erősen inhomogén mezőkben az önkisülés mindig koronakisülés formájában indul meg, ami csak a gázrés azon részén alakul ki, ahol a legnagyobb a térerősség (az elektródák éles szélei közelében). Koronakisülés esetén az elektródák között nem jön létre nagy vezetőképesség egy csatornán keresztül, vagyis a tér megőrzi szigetelő tulajdonságait. Az alkalmazott feszültség további növelésével a koronakisülés jóhiszemű vagy ívkisüléssé alakul.

Korona-kisülés - az álló elektromos kisülés típusa kellő sűrűségű gázban, erős inhomogén elektromos térben. A semleges gázrészecskék elektronlavina általi ionizálása és gerjesztése egy erős elektromos tér korlátozott mennyiségű zónájában (koronakupak vagy ionizációs zóna) lokalizálódik egy kis görbületi sugarú elektróda közelében. A gáz halványkék vagy lila fénye az ionizációs zónában, a napkorona glóriájával analóg módon, adta ennek a kisülési típusnak a nevét.

A koronakisülést a látható, ultraibolya (főleg), valamint a spektrum rövidebb hullámhosszain jelentkező sugárzás mellett a koronaelektródáról érkező gázrészecskék mozgása is kíséri — az ún. "Elektromos szél", zúgás, néha rádiósugárzás, kémia, reakciók (például ózon és nitrogén-oxidok képződése a levegőben).

Rizs. 5. Korona kisülés gázba

Az elektromos kisülés megjelenésének törvényszerűségei különböző gázokban azonosak, a különbség a folyamatot jellemző együtthatók értékében rejlik.