Gazlarda elektrik boşalması türleri

Gazlarda elektrik boşalması, iyonlaşma işlemlerinin bir sonucu olarak yüklü parçacıkların (elektronlar ve iyonlar) elektrik alanının etkisi altında gazlardaki tüm hareket durumlarını içerir... Gazlarda boşalmanın oluşması için bir ön koşul, serbest varlığıdır içindeki yükler - elektronlar ve iyonlar.

Yalnızca nötr moleküllerden oluşan bir gaz, elektrik akımını hiç iletmez, yani. ideal bir dielektrik... Gerçek koşullarda, doğal iyonlaştırıcıların (Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyon, kozmik ışınlar, Dünya'dan radyoaktif radyasyon vb.) Etkisi nedeniyle, gaz her zaman belirli bir miktarda serbest yük içerir - iyonlar ve ona belirli bir elektriksel iletkenlik veren elektronlar.

Doğal iyonlaştırıcıların gücü çok düşüktür: eylemlerinin bir sonucu olarak, her santimetreküpte havada her saniye yaklaşık bir çift yük oluşur, bu da yüklerin hacim yoğunluğundaki artışa karşılık gelir po = 1.6-19 CL / (cm3 x inç). Aynı miktarda yük her saniye rekombinasyona uğrar. Aynı anda 1 cm3 havadaki yük sayısı sabit kalır ve 500-1000 çift iyona eşittir.

Böylece, düz bir hava kondansatörünün plakalarına elektrotlar arasında S mesafesi ile voltaj uygulanırsa, devrede yoğunluğu J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 olan bir akım oluşacaktır. .

Yapay iyonlaştırıcıların kullanımı, gazdaki akım yoğunluğunu birçok kez artırır. Örneğin, gaz aralığı cıva-kuvars lambası ile aydınlatıldığında, gazdaki akım yoğunluğu 10 - 12 A / cm2'ye çıkar; iyonize hacme yakın samimi bir deşarj varlığında, 10-10 A / cm2 mertebesindeki akımlar vb.

Düzgün bir elektrik alanı olan bir gaz aralığından geçen akımın uygulanan voltajın değerine bağımlılığını düşünün i (Şekil 1).

Pirinç. 1. Gaz deşarjının akım-gerilim özellikleri

Başlangıçta, voltaj arttıkça, artan yük miktarının elektrotlar üzerindeki bir elektrik alanının etkisi altına düşmesi nedeniyle boşluktaki akım artar (bölüm OA). AB bölümünde, harici iyonlaştırıcılar nedeniyle oluşan tüm yükler elektrotların üzerine düştüğü için akım pratik olarak değişmez. Doyma akımı Is, aralığa etki eden iyonlaştırıcının yoğunluğu tarafından belirlenir.

Voltajda daha fazla bir artışla, akım keskin bir şekilde artar (bölüm BC), bu da bir elektrik alanının etkisi altında gaz iyonizasyon işlemlerinin yoğun gelişimini gösterir. U0 voltajında, boşluktaki akımda keskin bir artış gözlenir, bu durumda dielektrik özelliklerini kaybeder ve bir iletkene dönüşür.

Gaz boşluğunun elektrotları arasında yüksek iletkenlikli bir kanalın belirdiği olguya elektriksel bozulma denir (bir gazdaki bozulmaya genellikle elektrik boşalması denir, bu da tüm arıza oluşumu süreci anlamına gelir).

OABS karakteristiğinin bölümüne karşılık gelen elektrik deşarjına bağımlı denir, çünkü bu bölümde gaz aralığındaki akım aktif iyonlaştırıcının yoğunluğu tarafından belirlenir. C noktasından sonraki bölümdeki deşarj bağımsız olarak adlandırılır, çünkü bu bölümdeki deşarj akımı yalnızca elektrik devresinin parametrelerine (direnci ve güç kaynağının gücü) ve bakımı için yüklü parçacıkların oluşumuna bağlıdır. harici iyonlaştırıcılar nedeniyle gerekli değildir. Kendi kendine deşarjın başladığı Wo voltajına başlangıç ​​voltajı denir.

Boşalmanın gerçekleştiği koşullara bağlı olarak gazlara kendi kendine çözünme biçimleri farklı olabilir.

Düşük basınçta, birim hacim başına az sayıdaki gaz molekülü nedeniyle boşluk yüksek iletkenlik elde edemediğinde ve bir akkor deşarj... Bir akkor deşarjdaki akım yoğunluğu düşüktür (1-5 mA / cm2), deşarj, elektrotlar arasındaki tüm boşluğu kaplar.

Pirinç. 2. Gazda kızdırma deşarjı

Atmosfere yakın ve daha yüksek gaz basıncında, güç kaynağının gücü düşükse veya boşluğa kısa süreli voltaj uygulanırsa kıvılcım boşalması olur... Kıvılcım boşalmasına bir örnek de boşalmadır yıldırım şeklinde… Uzun süre voltaja maruz kalındığında kıvılcım deşarjı, elektrotlar arasında dönüşümlü olarak ortaya çıkan kıvılcımlar şeklini alır.

Pirinç. 3. Samimi deşarj

Enerji kaynağının önemli bir gücü olması durumunda, kıvılcım deşarjı, bir akımın boşluktan akabileceği ve yüzlerce ve binlerce ampere ulaşabileceği bir arka dönüşür. Böyle bir akım, deşarj kanalının ısınmasına, iletkenliğinin artmasına katkıda bulunur ve sonuç olarak akımda daha fazla artış elde edilir. Bu işlemin tamamlanması biraz zaman aldığından, kısa süreli voltaj uygulamasıyla kıvılcım deşarjı ark deşarjına dönüşmez.

Pirinç. 4. Ark deşarjı

Oldukça homojen olmayan alanlarda, kendi kendine deşarj her zaman korona deşarjı şeklinde başlar ve bu sadece gaz aralığının alan kuvvetinin en yüksek olduğu kısmında gelişir (elektrotların keskin kenarlarına yakın). Korona deşarjı durumunda, elektrotlar arasında bir kanal boyunca yüksek iletkenlik oluşmaz, yani boşluk yalıtım özelliklerini korur. Uygulanan voltaj daha da artırıldığında, korona deşarjı iyi niyetli veya ark deşarjına dönüşür.

Korona deşarjı - güçlü bir homojen olmayan elektrik alanında meydana gelen, yeterli yoğunluğa sahip bir gazdaki sabit elektrik deşarjı türü. Nötr gaz parçacıklarının elektron çığlarıyla iyonlaşması ve uyarılması, küçük bir eğrilik yarıçapına sahip bir elektrotun yakınındaki güçlü bir elektrik alanının sınırlı bir bölgesinde (korona başlığı veya iyonizasyon bölgesi) lokalizedir. İyonlaşma bölgesi içindeki gazın soluk mavi veya mor parıltısı, güneş tacının halesine benzetilerek, bu tür deşarjın adının doğmasına neden oldu.

Görünür, ultraviyole (esas olarak) ve ayrıca spektrumun daha kısa dalga boylarındaki radyasyona ek olarak, korona deşarjına, korona elektrotundan gaz parçacıklarının hareketi eşlik eder - sözde "Elektrik rüzgarı", uğultu, bazen radyo emisyonu, kimya, reaksiyonlar (örneğin, havada ozon ve nitrojen oksitlerin oluşumu).

Pirinç. 5. Gaza korona deşarjı

Farklı gazlarda elektrik boşalmasının görünümünün düzenlilikleri aynıdır, fark, süreci karakterize eden katsayıların değerlerinde yatmaktadır.