Typer af elektrisk udladning i gasser

Elektrisk udladning i gasser omfatter alle tilfælde af bevægelse i gasser under påvirkning af et elektrisk felt af ladede partikler (elektroner og ioner) som følge af ioniseringsprocesser... En forudsætning for forekomsten af ​​en udladning i gasser er tilstedeværelsen af ​​frie ladninger i det - elektroner og ioner.

En gas, der kun består af neutrale molekyler, leder slet ikke en elektrisk strøm, dvs. et ideelt dielektrisk... Under virkelige forhold, på grund af virkningen af ​​naturlige ionisatorer (ultraviolet stråling fra Solen, kosmiske stråler, radioaktiv stråling fra Jorden osv.), indeholder gassen altid en vis mængde frie ladninger - ioner og elektroner, som giver den en vis elektrisk ledningsevne.

Effekten af ​​naturlige ionisatorer er meget lav: Som et resultat af deres virkning dannes der omkring et par ladninger i luften hvert sekund i hver kubikcentimeter, hvilket svarer til en stigning i volumentætheden af ​​ladninger po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Den samme mængde ladninger gennemgår rekombination hvert sekund. Antallet af ladninger i 1 cm3 luft på samme tid forbliver konstant og lig med 500-1000 par ioner.

Således, hvis en spænding påføres pladerne på en flad luftkondensator med en afstand S mellem elektroderne, vil der blive etableret en strøm i kredsløbet, hvis tæthed er J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Brugen af ​​kunstige ionisatorer øger mange gange strømtætheden i gassen. For eksempel, når gasgabet belyses med en kviksølvkvartslampe, stiger strømtætheden i gassen til 10 — 12 A / cm2; i nærværelse af en oprigtig udledning nær det ioniserede volumen, strømme i størrelsesordenen 10-10 A / cm2 osv.

Overvej afhængigheden af ​​strømmen, der passerer gennem et gasgab med et ensartet elektrisk felt, af værdien af ​​den påførte spænding i (fig. 1).

Ris. 1. Strømspændingskarakteristika for gasudladningen

I første omgang, når spændingen stiger, stiger strømmen i mellemrummet på grund af det faktum, at den stigende mængde ladninger falder under påvirkningen af ​​et elektrisk felt på elektroderne (afsnit OA). I afsnit AB ændres strømmen praktisk talt ikke, da alle ladninger, der dannes på grund af eksterne ionisatorer, falder på elektroderne. Mætningsstrømmen Is bestemmes af intensiteten af ​​ionisatoren, der virker på mellemrummet.

Med en yderligere stigning i spændingen stiger strømmen kraftigt (afsnit BC), hvilket indikerer den intensive udvikling af gasioniseringsprocesser under påvirkning af et elektrisk felt. Ved spænding U0 observeres en kraftig stigning i strømmen i mellemrummet, som i dette tilfælde mister sine dielektriske egenskaber og bliver til en leder.

Fænomenet, hvor der opstår en kanal med høj ledningsevne mellem gasspaltens elektroder, kaldes elektrisk nedbrydning (sammenbrud i en gas kaldes ofte elektrisk udladning, hvilket betyder hele processen med nedbrydningsdannelse).

Den elektriske udladning, der svarer til sektionen af ​​OABS-karakteristikken, kaldes afhængig, da strømmen i gasgabet i dette afsnit bestemmes af intensiteten af ​​den aktive ionisator. Udladningen i sektionen efter punkt C kaldes uafhængig, da afladningsstrømmen i dette afsnit kun afhænger af parametrene for selve det elektriske kredsløb (dets modstand og strømkildens effekt) og for dets vedligeholdelse dannelsen af ​​ladede partikler på grund af eksterne ionisatorer er ikke påkrævet. Spændingen Wo, ved hvilken selvafladning begynder, kaldes startspændingen.

Former for selvopløsning til gasser afhængigt af de forhold, hvorunder udledningen finder sted, kan de være forskellige.

Ved lavt tryk, når spalten på grund af det lille antal gasmolekyler pr. volumenenhed ikke kan opnå høj ledningsevne, og en glødeudladning... Strømtætheden i en glødeudladning er lav (1-5 mA / cm2), udladning dækker hele rummet mellem elektroderne.

Ris. 2. Glødeudladning i gas

Ved gastryk tæt på atmosfærisk og højere, hvis strømkildens effekt er lav, eller spændingen påføres mellemrummet i kort tid, er der en gnistutladning... Et eksempel på en gnistutladning er udladningen i form af lyn… Ved længere tids udsættelse for spænding antager gnistudladningen form af gnister, der opstår skiftevis mellem elektroderne.

Ris. 3. Oprigtig udskrivning

I tilfælde af betydelig kraft fra energikilden bliver gnistuftladningen til en bue, hvor en strøm kan strømme gennem mellemrummet og nå hundreder og tusinder af ampere. En sådan strøm bidrager til at opvarme udledningskanalen, øge dens ledningsevne, og som et resultat opnås en yderligere stigning i strømmen. Da denne proces tager noget tid at fuldføre, bliver gnistuftladningen ikke til en bueudladning med en kortvarig påføring af spænding.

Ris. 4. Lysbueafladning

I meget inhomogene felter starter selvudladning altid i form af koronaudladning, som kun udvikler sig i den del af gasgabet, hvor feltstyrken er højest (nær elektrodernes skarpe kanter). I tilfælde af koronaudladning sker der ikke høj ledningsevne gennem en kanal mellem elektroderne, dvs. rummet bevarer sine isolerende egenskaber. Efterhånden som den påførte spænding øges yderligere, omdannes koronaudladningen til en bona fide- eller bueudladning.

Corona-udladning - typen af ​​stationær elektrisk udladning i en gas med tilstrækkelig tæthed, der forekommer i et stærkt inhomogent elektrisk felt. Ionisering og excitation af neutrale gaspartikler ved elektronlaviner er lokaliseret i en begrænset mængde zone (koronahætte eller ioniseringszone) af et stærkt elektrisk felt nær en elektrode med en lille krumningsradius. Den lyseblå eller violette glød af gassen inde i ioniseringszonen, i analogi med solkoronaens halo, gav anledning til navnet på denne type udledning.

Ud over stråling i det synlige, ultraviolette (hovedsageligt), samt i de kortere bølgelængder af spektret, ledsages koronaudladningen af ​​bevægelse af gaspartikler fra koronaelektroden — den såkaldte "Elektrisk vind", brummen, nogle gange radioemission, kemi, reaktioner (for eksempel dannelse af ozon og nitrogenoxider i luften).

Ris. 5. Corona-udledning til gas

Regelmæssighederne af udseendet af elektrisk udladning i forskellige gasser er de samme, forskellen ligger i værdierne af de koefficienter, der karakteriserer processen.