Typer av elektrisk urladdning i gaser

Elektrisk urladdning i gaser inkluderar alla fall av rörelse i gaser under inverkan av ett elektriskt fält av laddade partiklar (elektroner och joner) som ett resultat av joniseringsprocesser... En förutsättning för att en urladdning ska ske i gaser är närvaron av fria laddningar i det - elektroner och joner.

En gas som endast består av neutrala molekyler leder ingen elektrisk ström alls, d.v.s. en idealisk dielektrikum... Under verkliga förhållanden, på grund av verkan av naturliga jonisatorer (ultraviolett strålning från solen, kosmisk strålning, radioaktiv strålning från jorden, etc.), innehåller gasen alltid en viss mängd fria laddningar — joner och elektroner, vilket ger den en viss elektrisk ledningsförmåga.

Kraften hos naturliga jonisatorer är mycket låg: som ett resultat av deras verkan bildas ungefär ett par laddningar i luften varje sekund i varje kubikcentimeter, vilket motsvarar en ökning av volymdensiteten av laddningar po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Samma mängd laddningar genomgår rekombination varje sekund. Antalet laddningar i 1 cm3 luft samtidigt förblir konstant och lika med 500-1000 par joner.

Således, om en spänning appliceras på plattorna i en platt luftkondensator med ett avstånd S mellan elektroderna, kommer en ström att etableras i kretsen, vars densitet är J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Användningen av konstgjorda jonisatorer ökar många gånger strömtätheten i gasen. Till exempel, när gasgapet är upplyst med en kvicksilver-kvartslampa, ökar strömtätheten i gasen till 10 — 12 A / cm2; i närvaro av en uppriktig urladdning nära den joniserade volymen, strömmar i storleksordningen 10-10 A / cm2, etc.

Betrakta beroendet av strömmen som passerar genom ett gasgap med ett enhetligt elektriskt fält på värdet av den applicerade spänningen i (fig. 1).

Ris. 1. Strömspänningsegenskaper hos gasurladdningen

Inledningsvis, när spänningen ökar, ökar strömmen i gapet på grund av att den ökande mängden laddningar faller under verkan av ett elektriskt fält på elektroderna (sektion OA). I sektion AB förändras strömmen praktiskt taget inte, eftersom alla laddningar som bildas på grund av externa jonisatorer faller på elektroderna. Mättnadsströmmen Is bestäms av intensiteten hos jonisatorn som verkar på gapet.

Med en ytterligare ökning av spänningen ökar strömmen kraftigt (sektion BC), vilket indikerar den intensiva utvecklingen av gasjoniseringsprocesser under inverkan av ett elektriskt fält. Vid spänning U0 observeras en kraftig ökning av strömmen i gapet, som i detta fall förlorar sina dielektriska egenskaper och förvandlas till en ledare.

Fenomenet där en kanal med hög ledningsförmåga uppstår mellan gasgapets elektroder kallas elektrisk nedbrytning (nedbrytning i en gas kallas ofta elektrisk urladdning, vilket betyder hela processen med sammanbrottsbildning).

Den elektriska urladdningen som motsvarar sektionen av OABS-karakteristiken kallas beroende, eftersom strömmen i gasgapet i detta avsnitt bestäms av intensiteten hos den aktiva jonisatorn. Urladdningen i sektionen efter punkt C kallas oberoende, eftersom urladdningsströmmen i denna sektion endast beror på parametrarna för själva den elektriska kretsen (dess motstånd och kraftkällans kraft) och för dess underhåll bildandet av laddade partiklar på grund av externa jonisatorer krävs inte. Spänningen Wo vid vilken självurladdningen börjar kallas initialspänningen.

Former av självupplösning till gaser beroende på de förhållanden under vilka utsläppet sker, de kan vara olika.

Vid lågt tryck, när på grund av det lilla antalet gasmolekyler per volymenhet, gapet inte kan få hög ledningsförmåga, och en glödurladdning... Strömtätheten i en glödurladdning är låg (1-5 mA / cm2), urladdning täcker hela utrymmet mellan elektroderna.

Ris. 2. Glödurladdning i gas

Vid gastryck nära atmosfäriskt och högre, om kraftkällans effekt är låg eller spänningen appliceras på gapet under en kort tid, finns det en gnisturladdning... Ett exempel på en gnisturladdning är urladdningen i form av blixtar… Vid långvarig exponering för spänning tar gnisturladdningen formen av gnistor som uppstår växelvis mellan elektroderna.

Ris. 3. Uppriktig ansvarsfrihet

I fallet med betydande kraft från energikällan förvandlas gnistanladdningen till en båge, i vilken en ström kan flyta genom gapet och nå hundratals och tusentals ampere. En sådan ström bidrar till att värma urladdningskanalen, öka dess ledningsförmåga, och som ett resultat erhålls en ytterligare ökning av strömmen. Eftersom denna process tar lite tid att slutföra, med en kortvarig applicering av spänning, förvandlas inte gnisturladdningen till en ljusbågsurladdning.

Ris. 4. Ljusbågsurladdning

I mycket inhomogena fält startar alltid självurladdning i form av koronaurladdning, som utvecklas endast i den del av gasgapet där fältstyrkan är som högst (nära elektrodernas vassa kanter). Vid koronaurladdning uppstår inte hög ledningsförmåga genom en kanal mellan elektroderna, dvs utrymmet behåller sina isolerande egenskaper. När den pålagda spänningen ökas ytterligare, omvandlas koronaurladdningen till en bona fide eller ljusbågsurladdning.

Coronaurladdning — den typ av stationär elektrisk urladdning i en gas med tillräcklig densitet, som förekommer i ett starkt inhomogent elektriskt fält. Jonisering och excitation av neutrala gaspartiklar genom elektronlaviner är lokaliserade i en begränsad mängd zon (koronalock eller joniseringszon) av ett starkt elektriskt fält nära en elektrod med en liten krökningsradie. Den ljusblå eller violetta glöden från gasen inne i joniseringszonen, i analogi med solkoronans halo, gav upphov till namnet på denna typ av urladdning.

Förutom strålning i det synliga, ultravioletta (främst), liksom i spektrumets kortare våglängder, åtföljs koronaurladdningen av gaspartiklars rörelse från koronaelektroden — den s.k. "Elektrisk vind", brum, ibland radioemission, kemi, reaktioner (till exempel bildning av ozon och kväveoxider i luften).

Ris. 5. Corona-utsläpp till gas

Regelbundenheterna för utseendet av elektrisk urladdning i olika gaser är desamma, skillnaden ligger i värdena på de koefficienter som kännetecknar processen.