Tipus de descàrrega elèctrica en gasos

La descàrrega elèctrica en gasos inclou tots els casos de moviment en gasos sota l'acció d'un camp elèctric de partícules carregades (electrons i ions) com a resultat de processos d'ionització... Un requisit previ per a que es produeixi una descàrrega en gasos és la presència de lliures. càrregues en ell: electrons i ions.

Un gas format només per molècules neutres no condueix cap corrent elèctric, és a dir. un dielèctric ideal... En condicions reals, a causa de l'acció dels ionitzadors naturals (radiació ultraviolada del Sol, raigs còsmics, radiació radioactiva de la Terra, etc.), el gas sempre conté una certa quantitat de càrregues lliures: ions i electrons, que li donen una certa conductivitat elèctrica.

La potència dels ionitzadors naturals és molt baixa: com a resultat de la seva acció, es forma aproximadament un parell de càrregues a l'aire cada segon per cada centímetre cúbic, que correspon a un augment de la densitat de volum de càrregues po = 1,6-19 CL / (cm3 x polzades). La mateixa quantitat de càrregues es recombina cada segon. El nombre de càrregues en 1 cm3 d'aire al mateix temps es manté constant i igual a 500-1000 parells d'ions.

Així, si s'aplica una tensió a les plaques d'un condensador d'aire pla amb una distància S entre els elèctrodes, s'establirà un corrent al circuit, la densitat del qual és J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

L'ús d'ionitzadors artificials augmenta moltes vegades la densitat de corrent en el gas. Per exemple, quan el buit de gas s'il·lumina amb una làmpada de quars de mercuri, la densitat de corrent del gas augmenta a 10 - 12 A / cm2; en presència d'una descàrrega sincera prop del volum ionitzat, corrents de l'ordre de 10-10 A / cm2, etc.

Considereu la dependència del corrent que passa per un buit de gas amb un camp elèctric uniforme del valor de la tensió aplicada i (Fig. 1).

Arròs. 1. Característiques corrent-tensió de la descàrrega de gas

Inicialment, a mesura que augmenta la tensió, el corrent al buit augmenta a causa del fet que la quantitat creixent de càrregues cau sota l'acció d'un camp elèctric sobre els elèctrodes (secció OA). A la secció AB, el corrent pràcticament no varia, ja que totes les càrregues formades per ionitzadors externs cauen sobre els elèctrodes. El corrent de saturació Is està determinat per la intensitat de l'ionitzador que actua sobre el buit.

Amb un nou augment de la tensió, el corrent augmenta bruscament (secció BC), cosa que indica el desenvolupament intensiu dels processos d'ionització de gas sota l'acció d'un camp elèctric. A la tensió U0, s'observa un fort augment del corrent al buit, que en aquest cas perd les seves propietats dielèctriques i es converteix en conductor.

El fenomen en què apareix un canal d'alta conductivitat entre els elèctrodes de la bretxa de gas s'anomena avaria elèctrica (l'avaria en un gas sovint s'anomena descàrrega elèctrica, que significa tot el procés de formació de la ruptura).

La descàrrega elèctrica corresponent a la secció de la característica OABS s'anomena dependent, ja que en aquesta secció el corrent al buit de gas està determinat per la intensitat de l'ionitzador actiu. La descàrrega a la secció després del punt C s'anomena independent, ja que el corrent de descàrrega en aquesta secció depèn només dels paràmetres del propi circuit elèctric (la seva resistència i la potència de la font d'alimentació) i per al seu manteniment, la formació de partícules carregades. a causa dels ionitzadors externs no és necessari. La tensió Wo a la qual comença l'autodescàrrega s'anomena tensió inicial.

Formes d'autodissolució en gasos segons les condicions en què es produeixi la descàrrega, poden ser diferents.

A baixa pressió, quan a causa del petit nombre de molècules de gas per unitat de volum, el buit no pot adquirir una alta conductivitat, i una descàrrega brillant... La densitat de corrent en una descàrrega brillant és baixa (1-5 mA / cm2), el la descàrrega cobreix tot l'espai entre els elèctrodes.

Arròs. 2. Descàrrega brillant en gas

A pressió de gas propera a l'atmosfèrica i superior, si la potència de la font d'alimentació és baixa o la tensió s'aplica al buit durant un temps curt, hi ha una descàrrega d'espurna... Un exemple de descàrrega d'espurna és la descàrrega. en forma de llamp… Amb una exposició prolongada a la tensió, la descàrrega d'espurna pren la forma d'espurnes que apareixen alternativament entre els elèctrodes.

Arròs. 3. Alta sincera

En el cas d'una potència important de la font d'energia, la descàrrega d'espurna es converteix en un arc, en el qual un corrent pot fluir a través del buit, arribant a centenars i milers d'amperes. Aquest corrent contribueix a escalfar el canal de descàrrega, augmentant la seva conductivitat i, com a resultat, s'obté un nou augment del corrent. Com que aquest procés triga un temps a completar-se, amb una aplicació de tensió a curt termini, la descàrrega d'espurna no es converteix en una descàrrega d'arc.

Arròs. 4. Descàrrega d'arc

En camps molt poc homogenis, l'autodescàrrega comença sempre en forma de descàrrega corona, que es desenvolupa només en aquella part del buit de gas on la intensitat del camp és més alta (a prop de les vores afilades dels elèctrodes). En el cas de la descàrrega corona, no es produeix una alta conductivitat a través d'un canal entre els elèctrodes, és a dir, l'espai conserva les seves propietats aïllants. A mesura que la tensió aplicada augmenta encara més, la descàrrega corona es transforma en una descàrrega d'arc o de bona fe.

Descàrrega de corona: el tipus de descàrrega elèctrica estacionària en un gas de densitat suficient, que es produeix en un fort camp elèctric no homogeni. La ionització i l'excitació de partícules de gas neutre per allaus d'electrons es localitzen en una quantitat limitada de zona (corona cap o zona d'ionització) d'un camp elèctric fort prop d'un elèctrode amb un petit radi de curvatura. La resplendor blau pàl·lid o violeta del gas dins de la zona d'ionització, per analogia amb l'halo de la corona solar, va donar lloc al nom d'aquest tipus de descàrrega.

A més de la radiació visible, ultraviolada (principalment), així com en les longituds d'ona més curtes de l'espectre, la descàrrega de la corona s'acompanya del moviment de partícules de gas de l'elèctrode de la corona, l'anomenat "Vent elèctric", brunzit, de vegades emissió de ràdio, química, reaccions (per exemple, formació d'òxids d'ozó i nitrogen a l'aire).

Arròs. 5. Descàrrega de corona en gas

Les regularitats de l'aparició de descàrrega elèctrica en diferents gasos són les mateixes, la diferència rau en els valors dels coeficients que caracteritzen el procés.