Sähköpurkaustyypit kaasuissa

Kaasujen sähköpurkaus sisältää kaikki tapaukset, joissa ionisaatioprosessien seurauksena tapahtuvat liikkeet kaasuissa varautuneiden hiukkasten (elektronien ja ionien) sähkökentän vaikutuksesta... Purkauksen esiintymisen edellytyksenä kaasuissa on vapaan aineen läsnäolo. varaukset siinä - elektronit ja ionit.

Vain neutraaleista molekyyleistä koostuva kaasu ei johda sähkövirtaa ollenkaan, ts. ihanteellinen eriste... Todellisissa olosuhteissa luonnollisten ionisaattoreiden (auringon ultraviolettisäteily, kosmiset säteet, maan radioaktiivinen säteily jne.) vaikutuksesta kaasu sisältää aina tietyn määrän vapaita varauksia — ioneja ja elektroneja, jotka antavat sille tietyn sähkönjohtavuuden.

Luonnollisten ionisaattoreiden teho on erittäin pieni: niiden toiminnan seurauksena ilmaan muodostuu noin yksi varauspari sekunnissa joka kuutiosenttimetrissä, mikä vastaa varausten tilavuustiheyden kasvua po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Sama määrä latauksia käy läpi rekombinaation joka sekunti. Varausten lukumäärä 1 cm3:ssa ilmaa pysyy samalla vakiona ja vastaa 500-1000 ioniparia.

Eli jos litteän ilmakondensaattorin levyihin syötetään jännite, jonka elektrodien välinen etäisyys on S, niin piiriin muodostuu virta, jonka tiheys on J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Keinotekoisten ionisaattorien käyttö lisää moninkertaisesti kaasun virrantiheyttä. Esimerkiksi kun kaasurako valaistaan ​​elohopeakvartsilampulla, kaasun virrantiheys kasvaa arvoon 10 - 12 A / cm2; vilpittömän purkauksen läsnä ollessa lähellä ionisoitua tilavuutta, virrat luokkaa 10-10 A / cm2 jne.

Tarkastellaan tasaisen sähkökentän kaasuraon läpi kulkevan virran riippuvuutta syötetyn jännitteen i arvosta (kuva 1).

Riisi. 1. Kaasupurkauksen virta-jännite-ominaisuudet

Aluksi jännitteen kasvaessa raossa oleva virta kasvaa johtuen siitä, että kasvava määrä varausta putoaa elektrodien sähkökentän vaikutukseen (osio OA). Osassa AB virta ei käytännössä muutu, koska kaikki ulkoisten ionisaattorien aiheuttamat varaukset putoavat elektrodeille. Kyllästysvirta Is määräytyy rakoon vaikuttavan ionisaattorin intensiteetin mukaan.

Jännitteen lisääntyessä virta kasvaa jyrkästi (osio BC), mikä osoittaa kaasun ionisaatioprosessien intensiivisen kehittymisen sähkökentän vaikutuksesta. Jännitteellä U0 havaitaan raon virran voimakas kasvu, joka tässä tapauksessa menettää dielektriset ominaisuutensa ja muuttuu johtimeksi.

Ilmiötä, jossa kaasuraon elektrodien väliin ilmaantuu korkean johtavuuden kanava, kutsutaan sähköiskuksi (kaasussa tapahtuvaa hajoamista kutsutaan usein sähköpurkaukseksi, mikä tarkoittaa koko hajoamisen muodostumisprosessia).

OABS-ominaiskäyrän osaa vastaavaa sähköpurkausta kutsutaan riippuvaiseksi, koska tässä osiossa kaasuraon virran määrää aktiivisen ionisaattorin intensiteetti. Purkausta pisteen C jälkeisessä osassa kutsutaan itsenäiseksi, koska purkausvirta tässä osassa riippuu vain itse sähköpiirin parametreista (sen vastus ja virtalähteen teho) ja sen ylläpitoon varautuneiden hiukkasten muodostumisesta. ulkoisten ionisaattorien vuoksi ei vaadita. Jännite Wo, jolla itsepurkautuminen alkaa, kutsutaan alkujännitteeksi.

Kaasuiksi liukenemisen muodot voivat olla erilaisia ​​riippuen olosuhteista, joissa purkaus tapahtuu.

Matalalla paineella, kun kaasumolekyylien pienen määrän tilavuusyksikköä kohti johtuen rako ei voi saada suurta johtavuutta, ja hehkupurkaus... Virrantiheys hehkupurkauksessa on pieni (1-5 mA / cm2), purkaus kattaa koko elektrodien välisen tilan.

Riisi. 2. Hehkupurkaus kaasussa

Lähellä ilmakehän paineella ja korkeammalla kaasunpaineella, jos virtalähteen teho on alhainen tai jännitettä syötetään väliin lyhyen aikaa, syntyy kipinäpurkaus... Esimerkki kipinäpurkauksesta on purkaus salaman muodossa… Pitkäaikaisessa jännitteessä kipinäpurkaus tapahtuu kipinöinä, joita esiintyy vuorotellen elektrodien välissä.

Riisi. 3. Vilpitön vastuuvapaus

Energialähteen merkittävän tehon tapauksessa kipinäpurkaus muuttuu kaareksi, jossa raon läpi voi virrata virtaa, joka on satoja ja tuhansia ampeeria. Tällainen virta myötävaikuttaa purkauskanavan lämmittämiseen, lisää sen johtavuutta, ja seurauksena saadaan lisävirtaa. Koska tämä prosessi kestää jonkin aikaa, niin lyhytaikaisella jännitteen käytöllä kipinäpurkaus ei muutu kaaripurkaukseksi.

Riisi. 4. Valokaaripurkaus

Erittäin epähomogeenisissa kentissä itsepurkautuminen alkaa aina koronapurkauksena, joka kehittyy vain siihen kaasuraon kohtaan, jossa kentänvoimakkuus on suurin (lähellä elektrodien teräviä reunoja). Koronapurkauksen tapauksessa elektrodien välillä ei tapahdu suurta johtavuutta kanavan läpi, eli tila säilyttää eristysominaisuudet. Kun käytetty jännite kasvaa edelleen, koronapurkaus muuttuu vilpittömäksi tai kaaripurkaukseksi.

Koronapurkaus — kiinteän sähköpurkauksen tyyppi riittävän tiheässä kaasussa, joka tapahtuu voimakkaassa epähomogeenisessa sähkökentässä. Neutraalien kaasuhiukkasten ionisaatio ja viritys elektronien lumivyöryillä sijoittuu rajoitetulle määrälle voimakkaan sähkökentän vyöhykettä (koronahattu tai ionisaatiovyöhyke) lähellä elektrodia, jolla on pieni kaarevuussäde. Kaasun vaaleansininen tai violetti hehku ionisaatiovyöhykkeen sisällä, analogisesti aurinkokoronan sädekehän kanssa, sai aikaan tämäntyyppisen purkauksen nimen.

Näkyvän, ultravioletin (pääasiassa) sekä spektrin lyhyemmillä aallonpituuksilla olevan säteilyn lisäksi koronapurkaukseen liittyy kaasuhiukkasten liikettä koronaelektrodista — ns. "Sähkötuuli", humina, joskus radiosäteily, kemia, reaktiot (esim. otsonin ja typen oksidien muodostuminen ilmassa).

Riisi. 5. Koronapurkaus kaasuun

Sähköpurkauksen esiintymisen säännöllisyydet eri kaasuissa ovat samat, ero on prosessia kuvaavien kertoimien arvoissa.