Ελ βαθμίδα. Αστραπή. Ανεξάρτητη σκούρα εκκένωση

Ηλεκτρική εκκένωση- η διαδικασία ροής ηλεκτρικού ρεύματος που σχετίζεται με σημαντική αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του μέσου σε σχέση με την κανονική του κατάσταση.
Η αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εξασφαλίζεται από την παρουσία πρόσθετων δωρεάν φορέων φόρτισης. Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορεί να είναι μη αυτοσυντηρούμενες, να προκύπτουν λόγω μιας εξωτερικής πηγής ελεύθερων φορέων φόρτισης και ανεξάρτητες, που συνεχίζουν να καίγονται ακόμη και μετά την απενεργοποίηση της εξωτερικής πηγής φορέων δωρεάν φόρτισης.
Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ηλεκτρικών εκκενώσεων: σπινθήρας, κορώνα, τόξο (ηλεκτρικό τόξο) και λάμψη.

Ας συνδέσουμε τα σφαιρικά ηλεκτρόδια στην μπαταρία των πυκνωτών και ας αρχίσουμε να φορτίζουμε τους πυκνωτές χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική μηχανή. Καθώς οι πυκνωτές φορτίζονται, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων θα αυξάνεται και κατά συνέπεια, η ένταση του πεδίου στο αέριο θα αυξάνεται. Όσο η ένταση του πεδίου είναι χαμηλή, δεν μπορούν να παρατηρηθούν αλλαγές στο αέριο. Ωστόσο, με επαρκή ένταση πεδίου (περίπου 30.000 V/cm), εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο οποίος μοιάζει με ένα λαμπερό κανάλι περιέλιξης που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Το αέριο κοντά στον σπινθήρα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία και ξαφνικά διαστέλλεται, προκαλώντας την εμφάνιση ηχητικών κυμάτων και ακούμε έναν χαρακτηριστικό ήχο τριξίματος. Οι πυκνωτές σε αυτή τη ρύθμιση προστίθενται για να κάνουν τη σπίθα πιο ισχυρή και επομένως πιο αποτελεσματική.
Η περιγραφόμενη μορφή εκκένωσης αερίου ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα, ή βλάβη σπινθήρα αερίου. Όταν εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα, το αέριο ξαφνικά, απότομα, χάνει τις μονωτικές του ιδιότητες και γίνεται καλός αγωγός. Η ένταση πεδίου στην οποία συμβαίνει η διάσπαση του σπινθήρα αερίου έχει διαφορετική τιμή για διαφορετικά αέρια και εξαρτάται από την κατάστασή τους (πίεση, θερμοκρασία). Για μια δεδομένη τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ένταση του πεδίου είναι μικρότερη, όσο πιο μακριά είναι τα ηλεκτρόδια το ένα από το άλλο. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση μεταξύ τους απαραίτητη για να συμβεί η διάσπαση του αερίου με σπινθήρα. Αυτή η τάση ονομάζεται τάση διάσπασης.
Η εμφάνιση μιας βλάβης εξηγείται ως εξής. Υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ιόντων και ηλεκτρονίων σε ένα αέριο, που προκύπτει από τυχαίες αιτίες. Συνήθως, όμως, ο αριθμός τους είναι τόσο μικρός που το αέριο πρακτικά δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό. Σε σχετικά μικρές τιμές ισχύος πεδίου, όπως αυτές που συναντάμε όταν μελετάμε μη αυτοσυντηρούμενο αγωγιμότητα των αερίων, οι συγκρούσεις ιόντων που κινούνται σε ηλεκτρικό πεδίο με ουδέτερα μόρια αερίου συμβαίνουν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συγκρούσεις ελαστικών σφαιρών. Σε κάθε σύγκρουση, το κινούμενο σωματίδιο μεταφέρει μέρος της κινητικής του ενέργειας στο ακίνητο, και τα δύο σωματίδια πετούν χώρια μετά την πρόσκρουση, αλλά δεν συμβαίνουν εσωτερικές αλλαγές σε αυτά. Ωστόσο, εάν η ένταση του πεδίου είναι επαρκής, η κινητική ενέργεια που συσσωρεύεται από το ιόν στο διάστημα μεταξύ δύο συγκρούσεων μπορεί να γίνει αρκετή για να ιονίσει το ουδέτερο μόριο κατά τη σύγκρουση. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα νέο αρνητικό ηλεκτρόνιο και ένα θετικά φορτισμένο υπόλειμμα - ένα ιόν. Αυτή η διαδικασία ιονισμού ονομάζεται ιοντισμός κρούσης και το έργο που πρέπει να δαπανηθεί για να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο ονομάζεται έργο ιονισμού. Η ποσότητα του έργου ιονισμού εξαρτάται από τη δομή του ατόμου και επομένως είναι διαφορετική για διαφορετικά αέρια.
Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που σχηματίζονται υπό την επίδραση του ιονισμού κρούσης αυξάνουν τον αριθμό των φορτίων στο αέριο και με τη σειρά τους έρχονται σε κίνηση υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου και μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό κρούσης νέων ατόμων. Έτσι, αυτή η διαδικασία «ενισχύεται» και ο ιονισμός στο αέριο φτάνει γρήγορα σε πολύ μεγάλη τιμή. Όλα τα φαινόμενα μοιάζουν αρκετά με μια χιονοστιβάδα στα βουνά, για την εμφάνιση της οποίας αρκεί ένα ασήμαντο κομμάτι χιονιού. Επομένως, η περιγραφόμενη διαδικασία ονομάστηκε χιονοστιβάδα ιόντων. Ο σχηματισμός μιας χιονοστιβάδας ιόντων είναι η διαδικασία διάσπασης του σπινθήρα και η ελάχιστη τάση στην οποία εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων είναι η τάση διάσπασης. Βλέπουμε ότι κατά τη διάσπαση σπινθήρα ο λόγος για τον ιονισμό του αερίου είναι η καταστροφή ατόμων και μορίων κατά τη διάρκεια συγκρούσεων με ιόντα.
Ένας από τους φυσικούς εκπροσώπους μιας εκκένωσης σπινθήρα είναι ο κεραυνός - όμορφος και όχι ασφαλής.

Η εμφάνιση χιονοστιβάδας ιόντων δεν οδηγεί πάντα σε σπινθήρα, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει εκκένωση άλλου τύπου - εκκένωση κορώνας.
Ας τεντώσουμε ένα μεταλλικό σύρμα ΑΒ με διάμετρο μερικών δέκατων του χιλιοστού σε δύο ψηλά μονωτικά στηρίγματα και ας το συνδέσουμε στον αρνητικό πόλο μιας γεννήτριας που παρέχει τάση πολλών χιλιάδων βολτ, για παράδειγμα, σε μια καλή ηλεκτρική μηχανή. Θα πάρουμε τον δεύτερο πόλο της γεννήτριας στη Γη. Θα πάρουμε ένα είδος πυκνωτή, οι πλάκες του οποίου είναι το σύρμα μας και οι τοίχοι του δωματίου, που φυσικά επικοινωνούν με τη Γη. Το πεδίο σε αυτόν τον πυκνωτή είναι πολύ ανομοιογενές και η έντασή του είναι πολύ υψηλή κοντά σε ένα λεπτό σύρμα. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση και παρατηρώντας το καλώδιο στο σκοτάδι, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι σε μια ορισμένη τάση, εμφανίζεται μια αχνή λάμψη ("κορώνα") κοντά στο καλώδιο, που καλύπτει το καλώδιο από όλες τις πλευρές. συνοδεύεται από έναν ήχο συριγμού και ένα ελαφρύ τρίξιμο. Εάν ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο είναι συνδεδεμένο μεταξύ του καλωδίου και της πηγής, τότε με την εμφάνιση μιας λάμψης, το γαλβανόμετρο δείχνει ένα αξιοσημείωτο ρεύμα που ρέει από τη γεννήτρια μέσω των καλωδίων στο καλώδιο και από αυτήν μέσω του αέρα του δωματίου στους τοίχους που συνδέονται στον άλλο πόλο της γεννήτριας. Το ρεύμα στον αέρα μεταξύ του σύρματος ΑΒ και των τοιχωμάτων μεταφέρεται από ιόντα που σχηματίζονται στον αέρα λόγω ιονισμού κρούσης. Έτσι, η λάμψη του αέρα και η εμφάνιση ρεύματος υποδηλώνουν ισχυρό ιονισμό του αέρα υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
Έκκριση κορωνοϊούμπορεί να εμφανιστεί όχι μόνο στο σύρμα, αλλά και στο άκρο και γενικά σε όλα τα ηλεκτρόδια, κοντά στα οποία σχηματίζεται ένα πολύ ισχυρό ανομοιογενές πεδίο.

Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού.
1) Ηλεκτρικός καθαρισμός αερίου (ηλεκτρικοί κατακρημνιστές). Ένα δοχείο γεμάτο καπνό γίνεται ξαφνικά εντελώς διαφανές όταν εισάγονται μέσα σε αυτό αιχμηρά μεταλλικά ηλεκτρόδια συνδεδεμένα με μια ηλεκτρική μηχανή. Μέσα στον γυάλινο σωλήνα υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια: ένας μεταλλικός κύλινδρος και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα που κρέμεται κατά μήκος του άξονά του. Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με την ηλεκτρική μηχανή. Εάν ένα ρεύμα καπνού (ή σκόνης) διοχετευτεί μέσω ενός σωλήνα και το μηχάνημα είναι σε λειτουργία, τότε μόλις η τάση γίνει επαρκής για να σχηματιστεί κορώνα, το ρεύμα αέρα που διαφεύγει θα γίνει εντελώς καθαρό και διαφανές και όλο το στερεό και το υγρό Τα σωματίδια που περιέχονται στο αέριο θα εναποτεθούν στα ηλεκτρόδια. Η εξήγηση της εμπειρίας είναι η εξής. Μόλις το στέμμα του σύρματος αναφλεγεί, ο αέρας μέσα στο σωλήνα γίνεται πολύ ιονισμένος. Τα ιόντα αερίων, που συγκρούονται με σωματίδια σκόνης, «κολλάνε» στα τελευταία και τα φορτίζουν. Δεδομένου ότι υπάρχει ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον σωλήνα, τα φορτισμένα σωματίδια μετακινούνται υπό την επίδραση του πεδίου στα ηλεκτρόδια, όπου καθιζάνουν. Το περιγραφόμενο φαινόμενο βρίσκει επί του παρόντος τεχνική εφαρμογή για τον καθαρισμό βιομηχανικών αερίων σε μεγάλους όγκους από στερεές και υγρές ακαθαρσίες.
2) Μετρητές στοιχειωδών σωματιδίων. Η εκκένωση κορώνας αποτελεί τη βάση της λειτουργίας εξαιρετικά σημαντικών φυσικών συσκευών: των λεγόμενων μετρητών στοιχειωδών σωματιδίων (ηλεκτρόνια, καθώς και άλλα στοιχειώδη σωματίδια που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ραδιενεργών μετασχηματισμών) μετρητής Geiger-Müller. Αποτελείται από ένα μικρό μεταλλικό κύλινδρο Α, εξοπλισμένο με παράθυρο, και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα τεντωμένο κατά μήκος του άξονα του κυλίνδρου και μονωμένο από αυτόν. Ο μετρητής συνδέεται με ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή τάσης Β αρκετών χιλιάδων βολτ. Η τάση επιλέγεται έτσι ώστε να είναι ελαφρώς μικρότερη από την «κρίσιμη», δηλαδή, απαραίτητη για την ανάφλεξη της εκκένωσης κορώνας μέσα στο μετρητή. Όταν ένα ταχέως κινούμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στον απαριθμητή, το τελευταίο ιονίζει τα μόρια του αερίου μέσα στον μετρητή, προκαλώντας ελαφρά μείωση της τάσης που απαιτείται για την ανάφλεξη του στέμματος. Εμφανίζεται εκκένωση στο μετρητή και ένα ασθενές βραχυπρόθεσμο ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα.
Το ρεύμα που προκύπτει στο μετρητή είναι τόσο ασθενές που είναι δύσκολο να εντοπιστεί με ένα συμβατικό γαλβανόμετρο. Ωστόσο, μπορεί να γίνει αρκετά αισθητό εάν μια πολύ μεγάλη αντίσταση R εισαχθεί στο κύκλωμα και συνδεθεί παράλληλα ένα ευαίσθητο ηλεκτρόμετρο Ε. Όταν εμφανίζεται ένα ρεύμα I στο κύκλωμα, δημιουργείται μια τάση U στα άκρα του αντίσταση, ίση με το νόμο του Ohm U = IxR. Εάν επιλέξετε μια τιμή αντίστασης R πολύ μεγάλη (πολλά εκατομμύρια ohms), αλλά σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση του ίδιου του ηλεκτρομέτρου, τότε ακόμη και ένα πολύ ασθενές ρεύμα θα προκαλέσει μια αισθητή τάση. Επομένως, κάθε φορά που ένα γρήγορο ηλεκτρόνιο μπαίνει μέσα στον μετρητή, το φύλλο του ηλεκτρομέτρου θα εκπέμπεται.
Τέτοιοι μετρητές καθιστούν δυνατή την καταγραφή όχι μόνο γρήγορων ηλεκτρονίων, αλλά και, γενικά, τυχόν φορτισμένων, ταχέως κινούμενων σωματιδίων ικανών να ιονίσουν ένα αέριο μέσω συγκρούσεων. Οι σύγχρονοι μετρητές ανιχνεύουν εύκολα την είσοδο έστω και ενός σωματιδίου σε αυτά και, ως εκ τούτου, καθιστούν δυνατή την επαλήθευση με πλήρη αξιοπιστία και πολύ σαφή σαφήνεια ότι τα στοιχειώδη σωματίδια υπάρχουν πραγματικά στη φύση.

Το 1802, ο V.V. Petrov διαπίστωσε ότι εάν συνδέσετε δύο κομμάτια κάρβουνου στους πόλους μιας μεγάλης ηλεκτρολυτικής μπαταρίας και, φέρνοντας τα κάρβουνα σε επαφή, τα διαχωρίσετε ελαφρώς, θα σχηματιστεί μια φωτεινή φλόγα μεταξύ των άκρων των κάρβουνων και των άκρων του τα ίδια τα κάρβουνα θα γίνουν λευκά καυτά. Εκπέμποντας ένα εκτυφλωτικό φως ( ηλεκτρικό τόξο). Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε ανεξάρτητα επτά χρόνια αργότερα από τον Άγγλο χημικό Davy, ο οποίος πρότεινε να ονομαστεί αυτό το τόξο «βολταϊκό» προς τιμήν του Volta.
Συνήθως, το δίκτυο φωτισμού τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Το τόξο, όμως, καίγεται πιο σταθερά αν περάσει σταθερό ρεύμα από μέσα του, έτσι ώστε το ένα ηλεκτρόδιο του να είναι πάντα θετικό (άνοδος) και το άλλο αρνητικό (κάθοδος). Ανάμεσα στα ηλεκτρόδια υπάρχει μια στήλη θερμού αερίου που άγει καλά τον ηλεκτρισμό. Στα συνηθισμένα τόξα, αυτός ο πυλώνας εκπέμπει σημαντικά λιγότερο φως από τα καυτά κάρβουνα. Ο θετικός άνθρακας, που έχει υψηλότερη θερμοκρασία, καίγεται πιο γρήγορα από τον αρνητικό άνθρακα. Λόγω της ισχυρής εξάχνωσης του άνθρακα, σχηματίζεται μια κοιλότητα - ένας θετικός κρατήρας, που είναι το πιο καυτό μέρος των ηλεκτροδίων. Η θερμοκρασία του κρατήρα στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση φτάνει τους 4000 °C. Το τόξο μπορεί επίσης να καεί ανάμεσα σε μεταλλικά ηλεκτρόδια (σίδερο, χαλκό κ.λπ.). Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόδια λιώνουν και εξατμίζονται γρήγορα, γεγονός που καταναλώνει πολλή θερμότητα. Επομένως, η θερμοκρασία του κρατήρα ενός μεταλλικού ηλεκτροδίου είναι συνήθως χαμηλότερη από αυτή ενός ηλεκτροδίου άνθρακα (2000-2500 °C).
Αναγκάζοντας ένα τόξο να καεί μεταξύ ηλεκτροδίων άνθρακα σε συμπιεσμένο αέριο (περίπου 20 atm), ήταν δυνατό να φτάσει η θερμοκρασία του θετικού κρατήρα στους 5900 °C, δηλαδή στη θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου. Υπό αυτές τις συνθήκες, παρατηρήθηκε τήξη άνθρακα.
Η στήλη των αερίων και των ατμών μέσω της οποίας γίνεται η ηλεκτρική εκκένωση έχει ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία. Ο ενεργητικός βομβαρδισμός αυτών των αερίων και ατμών από ηλεκτρόνια και ιόντα, που οδηγείται από το ηλεκτρικό πεδίο του τόξου, φέρνει τη θερμοκρασία των αερίων στη στήλη στους 6000-7000 °. Επομένως, στη στήλη τόξου, σχεδόν όλες οι γνωστές ουσίες λιώνουν και μετατρέπονται σε ατμό, και γίνονται δυνατές πολλές χημικές αντιδράσεις που δεν συμβαίνουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Δεν είναι δύσκολο, για παράδειγμα, να λιώσετε πυρίμαχα ραβδιά πορσελάνης σε φλόγα τόξου. Για να διατηρηθεί μια εκφόρτιση τόξου, χρειάζεται μια μικρή τάση: το τόξο καίγεται καλά όταν η τάση στα ηλεκτρόδιά του είναι 40-45 V. Το ρεύμα τόξου είναι αρκετά σημαντικό. Έτσι, για παράδειγμα, ακόμη και σε ένα μικρό τόξο, ρέει ρεύμα περίπου 5 Α και σε μεγάλα τόξα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, το ρεύμα φτάνει τα εκατοντάδες αμπέρ. Αυτό δείχνει ότι η αντίσταση τόξου είναι χαμηλή. Κατά συνέπεια, μια φωτεινή στήλη αερίου άγει καλά το ηλεκτρικό ρεύμα.
Ένας τέτοιος ισχυρός ιονισμός του αερίου είναι δυνατός μόνο λόγω του γεγονότος ότι η κάθοδος τόξου εκπέμπει πολλά ηλεκτρόνια, τα οποία, με τις κρούσεις τους, ιονίζουν το αέριο στον χώρο εκκένωσης. Η ισχυρή εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι η ίδια η κάθοδος τόξου θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (από 2200° έως 3500°C ανάλογα με το υλικό). Όταν, για να ανάψουμε ένα τόξο, φέρουμε πρώτα τα κάρβουνα σε επαφή, μετά στο σημείο επαφής, που έχει πολύ υψηλή αντίσταση, απελευθερώνεται σχεδόν όλη η θερμότητα Joule του ρεύματος που διέρχεται από τα κάρβουνα. Ως εκ τούτου, τα άκρα των κάρβουνων ζεσταίνονται πολύ και αυτό αρκεί για να ξεσπάσει ένα τόξο μεταξύ τους όταν απομακρύνονται. Στη συνέχεια, η κάθοδος του τόξου διατηρείται σε θερμαινόμενη κατάσταση από το ίδιο το ρεύμα που περνά μέσα από το τόξο. Ο κύριος ρόλος σε αυτό παίζει ο βομβαρδισμός της καθόδου από θετικά ιόντα που προσπίπτουν σε αυτήν.

Εφαρμογή εκκένωσης τόξου.
Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, τα ηλεκτρόδια τόξου εκπέμπουν εκθαμβωτικό φως και επομένως το ηλεκτρικό τόξο είναι μία από τις καλύτερες πηγές φωτός. Καταναλώνει μόνο περίπου 0,3 watt ανά κερί και είναι σημαντικά πιο οικονομικό. Από τους καλύτερους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για φωτισμό από τον P. N. Yablochkov το 1875 και ονομάστηκε «ρωσικό φως» ή «βόρειο φως».
Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται επίσης για τη συγκόλληση μεταλλικών εξαρτημάτων (συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο). Επί του παρόντος, το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται πολύ ευρέως σε βιομηχανικούς ηλεκτρικούς κλιβάνους. Στην παγκόσμια βιομηχανία, περίπου το 90% του χάλυβα εργαλείων και σχεδόν όλοι οι ειδικοί χάλυβες τήκονται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους.
Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει ένα τόξο υδραργύρου που καίγεται σε σωλήνα χαλαζία, ο λεγόμενος λαμπτήρας χαλαζία. Σε αυτόν τον λαμπτήρα, η εκκένωση τόξου δεν συμβαίνει στον αέρα, αλλά σε μια ατμόσφαιρα ατμών υδραργύρου, για την οποία μια μικρή ποσότητα υδραργύρου εισάγεται στη λάμπα και ο αέρας αντλείται έξω. Το φως τόξου υδραργύρου είναι εξαιρετικά πλούσιο σε αόρατες υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες έχουν ισχυρές χημικές και φυσιολογικές επιδράσεις. Οι λαμπτήρες υδραργύρου χρησιμοποιούνται ευρέως στη θεραπεία διαφόρων ασθενειών («τεχνητός ήλιος του βουνού»), καθώς και στην επιστημονική έρευνα ως ισχυρή πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας.

Εκτός από τον σπινθήρα, το στέμμα και το τόξο, υπάρχει μια άλλη μορφή ανεξάρτητης εκκένωσης στα αέρια - η λεγόμενη εκκένωση λάμψης. Για να αποκτήσετε αυτό το είδος εκκένωσης, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε έναν γυάλινο σωλήνα μήκους περίπου μισού μέτρου, που περιέχει δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια. Ας συνδέσουμε τα ηλεκτρόδια σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος με τάση αρκετών χιλιάδων βολτ (θα κάνει μια ηλεκτρική μηχανή) και ας αντλήσουμε σταδιακά τον αέρα από το σωλήνα. Σε ατμοσφαιρική πίεση, το αέριο μέσα στο σωλήνα παραμένει σκοτεινό επειδή η εφαρμοζόμενη τάση πολλών χιλιάδων βολτ δεν είναι αρκετή για να τρυπήσει το μεγάλο διάκενο αερίου. Ωστόσο, όταν η πίεση του αερίου πέσει αρκετά, μια φωτεινή εκκένωση αναβοσβήνει στο σωλήνα. Μοιάζει με ένα λεπτό κορδόνι (βυσσινί στον αέρα, άλλα χρώματα σε άλλα αέρια) που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Σε αυτή την κατάσταση, η στήλη αερίου άγει καλά τον ηλεκτρισμό.
Με περαιτέρω εκκένωση, το φωτεινό καλώδιο θολώνει και διαστέλλεται και η λάμψη γεμίζει σχεδόν ολόκληρο τον σωλήνα. Τα ακόλουθα δύο μέρη της εκκένωσης διακρίνονται: 1) το μη φωτεινό τμήμα δίπλα στην κάθοδο, που ονομάζεται σκοτεινός χώρος καθόδου. 2) μια φωτεινή στήλη αερίου που γεμίζει τον υπόλοιπο σωλήνα, ακριβώς μέχρι την άνοδο. Αυτό το τμήμα της εκκένωσης ονομάζεται θετική στήλη.
Κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης πυράκτωσης, το αέριο άγει καλά τον ηλεκτρισμό, πράγμα που σημαίνει ότι ο ισχυρός ιονισμός διατηρείται στο αέριο όλη την ώρα. Σε αυτή την περίπτωση, σε αντίθεση με την εκκένωση τόξου, η κάθοδος παραμένει κρύα όλη την ώρα. Γιατί συμβαίνει ο σχηματισμός ιόντων σε αυτή την περίπτωση;
Η πτώση του δυναμικού ή της τάσης για κάθε εκατοστό μήκους της στήλης αερίου σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι πολύ διαφορετική σε διαφορετικά μέρη της εκκένωσης. Αποδεικνύεται ότι σχεδόν ολόκληρη η πτώση του δυναμικού συμβαίνει στο σκοτεινό διάστημα. Η διαφορά δυναμικού που υπάρχει μεταξύ της καθόδου και του πλησιέστερου σε αυτήν ορίου χώρου ονομάζεται πτώση δυναμικού καθόδου. Μετριέται σε εκατοντάδες, και σε ορισμένες περιπτώσεις χιλιάδες βολτ. Ολόκληρη η εκκένωση φαίνεται να υπάρχει λόγω αυτής της πτώσης καθόδου. Η σημασία της πτώσης της καθόδου είναι ότι τα θετικά ιόντα, που διατρέχουν αυτή τη μεγάλη διαφορά δυναμικού, αποκτούν μεγαλύτερη ταχύτητα. Δεδομένου ότι η συχνότητα της καθόδου συγκεντρώνεται σε ένα λεπτό στρώμα αερίου, δεν συμβαίνουν σχεδόν καμία σύγκρουση ιόντων με άτομα αερίου και επομένως, περνώντας από την περιοχή πρόσπτωσης καθόδου, τα ιόντα αποκτούν πολύ υψηλή κινητική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, όταν συγκρούονται με την κάθοδο, βγάζουν από αυτήν έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων, τα οποία αρχίζουν να κινούνται προς την άνοδο. Περνώντας μέσα από το σκοτεινό χώρο, τα ηλεκτρόνια, με τη σειρά τους, επιταχύνονται από την πτώση του δυναμικού της καθόδου και, όταν συγκρούονται με άτομα αερίου σε πιο απομακρυσμένο τμήμα της εκκένωσης, προκαλούν ιονισμό κρούσης. Τα θετικά ιόντα που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση επιταχύνονται και πάλι από την πτώση της καθόδου και βγάζουν νέα ηλεκτρόνια από την κάθοδο κ.λπ. Έτσι, όλα επαναλαμβάνονται όσο υπάρχει τάση στα ηλεκτρόδια.
Αυτό σημαίνει ότι οι λόγοι για τον ιονισμό αερίου σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι ο ιονισμός κρούσης και η εκτόξευση ηλεκτρονίων από την κάθοδο από θετικά ιόντα.

Εφαρμογή εκκένωσης λάμψης.
Αυτή η εκκένωση χρησιμοποιείται κυρίως για φωτισμό. Χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες φθορισμού.

Η εμπειρία δείχνει ότι εάν αυξήσετε σταδιακά την τάση μεταξύ δύο ηλεκτροδίων σε ένα αέριο, μπορείτε να επιτύχετε μια ορισμένη τιμή, ανάλογα με τη φύση του αερίου και την πίεση στην οποία δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα στο αέριο, ακόμη και χωρίς την επίδραση εξωτερικών ιονιστών. Το φαινόμενο του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από ένα αέριο, ανεξάρτητο από εξωτερικούς ιονιστές, ονομάζεται ανεξάρτητη εκκένωση αερίου.

Ο κύριος μηχανισμός ιονισμού αερίου κατά τη διάρκεια μιας αυτοσυντηρούμενης ηλεκτρικής εκκένωσης είναι ο ιονισμός ατόμων και μορίων από κρούσεις ηλεκτρονίων.

Η ανάπτυξη μιας ανεξάρτητης ηλεκτρικής εκκένωσης σε ένα αέριο προχωρά ως εξής. Μόλις ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο εμφανιστεί σε ένα αέριο, επιταχύνεται υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, η κινητική του ενέργεια αυξάνεται και εάν πληρούται η προϋπόθεση eEλ ≥ A και,στη συνέχεια κατά τη σύγκρουση με ένα μόριο το ιονίζει. Το πρωτεύον ηλεκτρόνιο και το δευτερεύον, που προκύπτουν από τον ιονισμό κρούσης, επιταχύνονται και πάλι υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου και καθένα από αυτά, κατά τις επόμενες συγκρούσεις, απελευθερώνει ένα ακόμη ηλεκτρόνιο κ.λπ. Ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων αυξάνεται σαν χιονοστιβάδα μέχρι φτάνουν στην άνοδο.

Τα θετικά ιόντα που προκύπτουν στο αέριο κινούνται υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου από την άνοδο στην κάθοδο. Όταν θετικά ιόντα χτυπούν την κάθοδο, καθώς και υπό την επίδραση της ακτινοβολίας που προκύπτει κατά την ανάπτυξη μιας εκκένωσης, νέα ηλεκτρόνια μπορούν να απελευθερωθούν από την κάθοδο. Επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο και δημιουργούν νέες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων-ιόντων, και αυτή η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί συνεχώς. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτοεκφόρτισης. Ας εξετάσουμε διάφορους τύπους ανεξάρτητης εκκένωσης: σπινθήρα, λάμψη, κορώνα, τόξο.

Εκκένωση σπινθήρα.Εάν η πηγή ρεύματος δεν είναι ικανή να διατηρήσει μια αυτοσυντηρούμενη ηλεκτρική εκκένωση για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε μια μορφή αυτοσυντηρούμενης εκφόρτισης που ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα. Η εκφόρτιση σπινθήρα σταματά σε σύντομο χρονικό διάστημα μετά την έναρξη της εκφόρτισης ως αποτέλεσμα σημαντικής μείωσης της τάσης. Παραδείγματα εκκένωσης σπινθήρα είναι οι σπινθήρες που εμφανίζονται κατά το χτένισμα των μαλλιών, το διαχωρισμό φύλλων χαρτιού ή την εκφόρτιση ενός πυκνωτή. Οι μεγαλύτεροι «σπινθήρες» - οι κεραυνοί - παρατηρούνται κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Έρευνες έχουν δείξει ότι οι καταιγίδες προκαλούνται από το διαχωρισμό των ηλεκτρικών φορτίων στα σύννεφα.

Έκκριση κορωνοϊού.Σε εξαιρετικά ανομοιογενή ηλεκτρικά πεδία, που σχηματίζονται, για παράδειγμα, μεταξύ ενός άκρου και ενός επιπέδου ή μεταξύ ενός καλωδίου ηλεκτρικού δικτύου και της επιφάνειας της Γης, εμφανίζεται μια ειδική μορφή αυτοσυντηρούμενης εκκένωσης αερίων, που ονομάζεται στέμμααπαλλάσσω. |Το κύριο χαρακτηριστικό μιας εκκένωσης κορώνας είναι ότι η διαδικασία ιονισμού των ατόμων με πρόσκρουση ηλεκτρονίων συμβαίνει μόνο σε μικρές αποστάσεις από ένα από τα ηλεκτρόνια σε μια περιοχή με υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Η εκκένωση κορωνοϊού πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. Η μεγαλύτερη ένταση πεδίου δημιουργείται κοντά στα καλώδια. Δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω σχετικά λεπτών καλωδίων με υψηλή τάση μεταξύ τους, εμφανίζεται μια αρκετά έντονη εκκένωση κορώνας κοντά στα καλώδια. Αυτό οδηγεί σε απώλεια μέρους της μεταδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι απώλειες κορώνας σε τέτοιες γραμμές είναι μεγαλύτερες, όσο μεγαλύτερη είναι η τάση μεταξύ των καλωδίων και τόσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της γραμμής.

Εκκένωση τόξου.Μια άλλη σημαντική μορφή αυτοσυντηρούμενης εκκένωσης σε αέρια είναι γνωστή, που ονομάζεται ηλεκτρικό τόξο. Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον καθηγητή φυσικής της Ιατρικής και Χειρουργικής Ακαδημίας της Αγίας Πετρούπολης V.V. Petrov το 1802. Μετακινώντας ελαφρά δύο συγκινητικά ηλεκτρόδια άνθρακα που συνδέονται με μια πηγή ρεύματος σε μικρή απόσταση, θα δούμε μια φωτεινή λάμψη αερίου μεταξύ των άκρων από τα κάρβουνα, και τα ίδια τα κάρβουνα θερμαίνονται.

Κοιτάζοντας την εκκένωση τόξου μέσα από σκούρο γυαλί, μπορείτε να δείτε ότι το φως προέρχεται κυρίως από τα άκρα των κάρβουνων. Η λάμψη του ίδιου του τόξου - μια φωτεινή καμπύλη λωρίδα που σχηματίζεται στο διάκενο αερίου μεταξύ των άκρων των κάρβουνων - είναι πολύ πιο αδύναμη. Για να κάψετε ένα τόξο, αρκεί μια σχετικά μικρή τάση 40-50 V, αλλά η ισχύς του ρεύματος στο τόξο φτάνει τις δεκάδες και ακόμη και τις εκατοντάδες αμπέρ. Αυτό δείχνει ότι η αντίσταση αερίου στην εκκένωση τόξου είναι σχετικά μικρή.

περιβάλλον σε σχέση με την κανονική του κατάσταση.

Η αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εξασφαλίζεται από την παρουσία πρόσθετων δωρεάν φορέων φόρτισης. Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορούν να χωριστούν σε:

• Μη αυτοσυντηρούμενη εκφόρτιση - που οφείλεται σε εξωτερική πηγή δωρεάν φορέων φόρτισης.
• Η αυτοσυντηρούμενη εκφόρτιση είναι μια εκκένωση που θα συνεχίσει να καίγεται ακόμα και μετά την απενεργοποίηση της εξωτερικής πηγής των δωρεάν φορέων φόρτισης.

Η μετάβαση από μια μη αυτοσυντηρούμενη εκφόρτιση σε μια αυτοσυντηρούμενη ονομάζεται ηλεκτρική βλάβη.

Βιβλιογραφία

• Engel A., Stenbeck M., Φυσική και τεχνολογία ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέρια, μετάφρ. από τα γερμανικά, τ. 1-2, M. - L., 1935-1936
• Granovsky V.L., Ηλεκτρικό ρεύμα στο αέριο. Σταθερό ρεύμα, Μ., 1971
• Kaptsov N. A., Electronics, 2 ed., M., 1956
• Meek J.M., Crags J., Electrical breakdown in gases, trans. από τα αγγλικά, Μ., 1960
• Brown S., Elementary processes in gas discharge plasma, [μτφρ. από τα αγγλικά], Μ., 1961
• Φυσική και τεχνολογία πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας, εκδ. S. V. Dresvina, M., 1972
• Raiser Yu. P., Laser spark and discharge propagation, M., 1974

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

• Ηλεκτρικός αγωγός
• Ηλεκτρική εκκένωση στα αέρια

Δείτε τι σημαίνει "Ηλεκτρική εκκένωση" σε άλλα λεξικά:

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ- σε αέριο? ηλεκτρική εκκένωση? απαλλάσσω; βιομηχανία εκκένωση αερίου Ένα σύνολο φαινομένων που συμβαίνουν σε ένα αέριο λόγω της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτό...

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ- (για παράδειγμα, σε έναν ηλεκτρικό κατακρημνιστή) [A.S. Goldberg. Αγγλο-ρωσικό ενεργειακό λεξικό. 2006] Θέματα: ενέργεια γενικά EN ηλεκτρική εκκένωση ...

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ- elektros išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: αγγλ. ηλεκτρική εκκένωση vok. elektrische Entladung, f rus. ηλεκτρική εκκένωση, m pranc. décharge électrique, f … Automatikos Terminų žodynas

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ- elektros išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektros srovės tekėjimas jonizuotose dujose. ατιτικμενύς: αγγλ. ηλεκτρική εκκένωση rus. ηλεκτρική εκκένωση... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ- elektros išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: αγγλ. ηλεκτρική εκκένωση vok. elektrische Entladung, f rus. ηλεκτρική εκκένωση, m pranc. décharge électrique, f … Fizikos terminų žodynas

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΦΟΡΤΙΣΗ ΣΕ ΑΕΡΙΑ- (εκκένωση αερίου) η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός αερίου υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Η ιδιαιτερότητα των αερίων είναι ότι η ίδια η ηλεκτρική εκκένωση στα αέρια δημιουργεί φορείς φορτίου σε αυτά, ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα και τα προκαλεί... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

ηλεκτρική εκκένωση στο αέριο- ηλεκτρική εκκένωση στο αέριο. ηλεκτρική εκκένωση? απαλλάσσω; βιομηχανία εκκένωση αερίου Ένα σύνολο φαινομένων που συμβαίνουν σε ένα αέριο λόγω της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από αυτό... Επεξηγηματικό λεξικό ορολογίας Πολυτεχνείου

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΦΟΡΤΙΣΗ ΣΤΟ ΑΕΡΙΟ - (3) … Μεγάλη Πολυτεχνική Εγκυκλοπαίδεια

ηλεκτρική εκκένωση στο αέριο- εκκένωση αερίου Ένα σύνολο φαινομένων που συμβαίνουν σε ένα αέριο ή ατμό όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από αυτά. [GOST 13820 77] Θέματα: συσκευές ηλεκτροκενού Συνώνυμα: εκκένωση αερίου ... Οδηγός Τεχνικού Μεταφραστή

ηλεκτρική εκφόρτιση υψηλής ενέργειας- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Αγγλο-ρωσικό λεξικό ηλεκτρικής μηχανικής και μηχανικής ισχύος, Μόσχα, 1999] Θέματα ηλεκτρολογικής μηχανικής, βασικές έννοιες EN ηλεκτρική εκκένωση υψηλής ενέργειας ... Οδηγός Τεχνικού Μεταφραστή

Βιβλία

• The Magic Finger, Dahl Roald. Για την οικογένεια Κρεγκ, το κυνήγι είναι απλώς διασκέδαση. Και το οκτάχρονο κορίτσι που μένει δίπλα μισεί το κυνήγι. Προσπαθεί να συζητήσει με τους Craigs, αλλά εκείνοι μόνο την κοροϊδεύουν. Μια μέρα... Αγορά για 641 RUR
• Ηλεκτρικοί βιομηχανικοί φούρνοι. Μέρος 2. Κλίβανοι τόξου. Textbook, A. D. Svenchansky, M. Ya. Smelyansky. Το βιβλίο περιγράφει φούρνους ηλεκτρικού τόξου και εγκαταστάσεις όλων των τύπων, στις οποίες η πηγή θέρμανσης (πλήρης ή μερική) είναι ένα τόξο - μια ηλεκτρική εκκένωση σε αέριο περιβάλλον ή κενό, και...

Η έννοια της ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέριαπεριλαμβάνει όλες τις περιπτώσεις κίνησης σε αέρια υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια και ιόντα) που προκύπτουν από διεργασίες ιονισμού. Προϋπόθεση για την εμφάνιση εκφόρτισης σε αέρια είναι η παρουσία ελεύθερων φορτίων σε αυτό - ηλεκτρονίων και ιόντων.

Ένα αέριο που αποτελείται μόνο από ουδέτερα μόρια δεν άγει καθόλου ηλεκτρικό ρεύμα, δηλ ιδανικό διηλεκτρικό. Σε πραγματικές συνθήκες, λόγω της επίδρασης των φυσικών ιονιστών (υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο, κοσμικές ακτίνες, ραδιενεργή ακτινοβολία από τη Γη κ.λπ.), το αέριο έχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ελεύθερων φορτίων - ιόντων και ηλεκτρονίων, τα οποία του δίνουν ορισμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Η ισχύς των φυσικών ιονιστών είναι πολύ χαμηλή: ως αποτέλεσμα της επιρροής τους, σχηματίζεται περίπου ένα ζεύγος φορτίων στον αέρα κάθε δευτερόλεπτο σε κάθε κυβικό εκατοστό, που αντιστοιχεί σε αύξηση της ογκομετρικής πυκνότητας φορτίου p = 1,6 -19 C/ (cm 3 x s). Ο ίδιος αριθμός φορτίσεων υφίσταται ανασυνδυασμό κάθε δευτερόλεπτο. Ο αριθμός των φορτίων σε 1 cm 3 αέρα παραμένει σταθερός και ίσος με 500-1000 ζεύγη ιόντων.

Έτσι, εάν εφαρμοστεί τάση στις πλάκες ενός επίπεδου πυκνωτή αέρα με απόσταση S μεταξύ των ηλεκτροδίων, τότε θα δημιουργηθεί ρεύμα στο κύκλωμα, η πυκνότητα του οποίου είναι J = 2poS = 3,2x10 -19 S A/cm2.

Η χρήση τεχνητών ιονιστών αυξάνει την πυκνότητα ρεύματος στο αέριο πολλές φορές. Για παράδειγμα, όταν ένα διάκενο αερίου φωτίζεται με μια λάμπα υδραργύρου-χαλαζία, η πυκνότητα ρεύματος στο αέριο αυξάνεται σε 10 - 12 A/cm2· παρουσία εκκένωσης σπινθήρα κοντά στον ιονισμένο όγκο, ρεύματα της τάξης του 10 - Δημιουργούνται 10 A/cm2 κ.λπ.

Ας σκεφτούμε εξάρτηση του ρεύματος που διέρχεται από ένα διάκενο αερίου με ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης i (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης μιας εκκένωσης αερίου

Αρχικά, όσο αυξάνεται η τάση, το ρεύμα στο διάκενο αυξάνεται λόγω του γεγονότος ότι όλο και περισσότερα φορτία πέφτουν υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου στα ηλεκτρόδια (τμήμα ΟΑ). Στο τμήμα AB, το ρεύμα πρακτικά δεν αλλάζει, καθώς όλα τα φορτία που σχηματίζονται λόγω εξωτερικών ιονιστών πέφτουν στα ηλεκτρόδια. Το μέγεθος του ρεύματος κορεσμού Is καθορίζεται από την ένταση του ιονιστή που δρα στο διάκενο.

Με περαιτέρω αύξηση της τάσης, το ρεύμα αυξάνεται απότομα (τμήμα BC), γεγονός που υποδηλώνει την εντατική ανάπτυξη διεργασιών ιονισμού αερίου υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Στην τάση U0, υπάρχει μια απότομη αύξηση του ρεύματος στο διάκενο, το οποίο ταυτόχρονα χάνει τις διηλεκτρικές του ιδιότητες και μετατρέπεται σε αγωγό.

Το φαινόμενο κατά το οποίο εμφανίζεται ένα κανάλι υψηλής αγωγιμότητας μεταξύ των ηλεκτροδίων του διακένου αερίου ονομάζεται ηλεκτρική βλάβη(μια διάσπαση σε ένα αέριο ονομάζεται συχνά ηλεκτρική εκκένωση, που σημαίνει ολόκληρη τη διαδικασία σχηματισμού της διάσπασης).

Η ηλεκτρική εκκένωση που αντιστοιχεί στο τμήμα του χαρακτηριστικού OABC ονομάζεται εξαρτώμενος, αφού σε αυτό το τμήμα το ρεύμα στο διάκενο αερίου καθορίζεται από την ένταση του ενεργού ιονιστή. Η εκκένωση στην περιοχή μετά το σημείο Γ ονομάζεται ανεξάρτητος, καθώς το ρεύμα εκφόρτισης σε αυτό το τμήμα εξαρτάται μόνο από τις παραμέτρους του ίδιου του ηλεκτρικού κυκλώματος (την αντίστασή του και την ισχύ της πηγής ισχύος) και η διατήρησή του δεν απαιτεί το σχηματισμό φορτισμένων σωματιδίων λόγω εξωτερικών ιονιστών. Η τάση Uo στην οποία αρχίζει η αυτοεκφόρτιση ονομάζεται αρχική τάση.

Οι μορφές αυτοεκφόρτισης στα αέρια, ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες συμβαίνει η εκκένωση, μπορεί να είναι διαφορετικές.

Σε χαμηλές πιέσεις, όταν λόγω του μικρού αριθμού μορίων αερίου ανά μονάδα όγκου το διάκενο δεν μπορεί να αποκτήσει υψηλή αγωγιμότητα, εμφανίζεται μια εκκένωση πυράκτωσης. Η πυκνότητα ρεύματος κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης πυράκτωσης είναι χαμηλή (1-5 mA/cm2), η εκκένωση καλύπτει ολόκληρο τον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Ρύζι. 2. Εκκένωση πυράκτωσης στο αέριο

Σε πιέσεις αερίου κοντά στην ατμοσφαιρική και υψηλότερη, εάν η ισχύς της πηγής ισχύος είναι χαμηλή ή εάν εφαρμοστεί τάση στο διάκενο για μικρό χρονικό διάστημα, εμφανίζεται εκκένωση σπινθήρα. Ένα παράδειγμα εκκένωσης σπινθήρα είναι μια εκκένωση. Όταν η τάση εφαρμόζεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, η εκκένωση σπινθήρα έχει τη μορφή σπινθήρων που εμφανίζονται διαδοχικά μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Ρύζι. 3. Εκκένωση σπινθήρα

Στην περίπτωση σημαντικής ισχύος πηγής ισχύος, η εκκένωση σπινθήρα μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου, στην οποία ένα ρεύμα που φτάνει τις εκατοντάδες και χιλιάδες αμπέρ μπορεί να ρέει μέσα από το διάκενο. Αυτό το ρεύμα βοηθά στη θέρμανση του καναλιού εκκένωσης, αυξάνοντας την αγωγιμότητά του και ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται περαιτέρω αύξηση του ρεύματος. Επειδή αυτή η διαδικασία απαιτεί λίγο χρόνο για να ολοκληρωθεί, λοιπόν με μια βραχυπρόθεσμη εφαρμογή τάσης, η εκκένωση σπινθήρα δεν μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου.

Ρύζι. 4. Εκκένωση τόξου

Σε εξαιρετικά ανομοιογενή πεδία, μια ανεξάρτητη εκφόρτιση ξεκινά πάντα με τη μορφή έκκριση κορώνας, το οποίο αναπτύσσεται μόνο σε εκείνο το τμήμα του διακένου αερίου όπου η ένταση του πεδίου είναι υψηλότερη (κοντά στις αιχμηρές ακμές των ηλεκτροδίων). Κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης κορώνας, ένα διαμπερές κανάλι υψηλής αγωγιμότητας δεν εμφανίζεται μεταξύ των ηλεκτροδίων, δηλαδή, το διάκενο διατηρεί τις μονωτικές του ιδιότητες. Με περαιτέρω αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης, η εκκένωση κορώνας μετατρέπεται σε σπινθήρα ή τόξο.

Η εκκένωση κορώνας είναι ένας τύπος σταθερής ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέριο επαρκούς πυκνότητας που εμφανίζεται σε ισχυρό ανομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο. Ο ιονισμός και η διέγερση ουδέτερων σωματιδίων αερίου από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων εντοπίζονται σε μια περιορισμένη ζώνη (κάλυψη κορώνας ή ζώνη ιονισμού) ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου κοντά σε ένα ηλεκτρόδιο με μικρή ακτίνα καμπυλότητας. Η απαλή μπλε ή ιώδης λάμψη του αερίου στη ζώνη ιονισμού, κατ' αναλογία με το φωτοστέφανο του ηλιακού στέμματος, έδωσε την αφορμή για το όνομα αυτού του τύπου εκκένωσης.

Εκτός από την ακτινοβολία στην ορατή, υπεριώδη (κυρίως), καθώς και σε τμήματα μικρότερου μήκους κύματος του φάσματος, η εκκένωση κορώνας συνοδεύεται από κίνηση σωματιδίων αερίου από το ηλεκτρόδιο της κορώνας - το λεγόμενο. «ηλεκτρικός άνεμος», θόρυβος, μερικές φορές εκπομπή ραδιοφώνου, χημεία, αντιδράσεις (για παράδειγμα, σχηματισμός όζοντος και οξειδίων του αζώτου στον αέρα).

Ρύζι. 5. Εκκένωση κορώνας σε αέριο

Τα μοτίβα εμφάνισης ηλεκτρικής εκκένωσης σε διαφορετικά αέρια είναι τα ίδια, η διαφορά έγκειται στις τιμές των συντελεστών που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ*- Η απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας από οποιοδήποτε ηλεκτρισμένο σώμα, δηλαδή η ηλεκτρική εκκένωση* αυτού του σώματος, μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους, με αποτέλεσμα τα φαινόμενα που συνοδεύουν την ηλεκτρική εκκένωση* να είναι πολύ διαφορετικά στη φύση τους. Όλες οι διάφορες μορφές ηλεκτρικής εκκένωσης* μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριους τύπους: Ηλεκτρική εκκένωση* με τη μορφή ηλεκτρικού ρεύματος ή Ηλεκτρική* αγώγιμη εκκένωση, Ηλεκτρική* συναγωγή εκκένωσης και ηλεκτρική* εκρηκτική εκκένωση. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ* με τη μορφή ρεύματοςσυμβαίνει όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα συνδέεται με τη γη ή με ένα άλλο σώμα που διαθέτει m, ίσο σε ποσότητα και αντίθετο σε πρόσημο με τον ηλεκτρισμό στο σώμα εκφόρτισης, μέσω αγωγών ή ακόμα και μονωτών, αλλά μονωτών που καλύπτονται με ένα στρώμα που άγει ηλεκτρισμό, για παράδειγμα. η επιφάνεια είναι υγρή ή βρώμικη. Σε αυτές τις περιπτώσεις συμβαίνει ηλεκτρική πλήρης εκφόρτιση*ενός δεδομένου σώματος και η διάρκεια αυτής της ηλεκτρικής εκφόρτισης * καθορίζεται από το m και το σχήμα (βλ.) των αγωγών μέσω των οποίων συμβαίνει η ηλεκτρική εκκένωση * Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση και η αυτεπαγωγή των αγωγών, τόσο πιο γρήγορη είναι η ηλεκτρική εκφόρτιση * του σώματος εμφανίζεται. Το σώμα αποφορτίζεται μερικώς, δηλαδή συμβαίνει ηλεκτρική εκφόρτισή του* ατελής,όταν συνδέεται με αγωγούς με κάποιο άλλο σώμα που δεν είναι ηλεκτρισμένο ή λιγότερο ηλεκτρισμένο από αυτό. Σε αυτές τις περιπτώσεις, όσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια χάνεται από το σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του σώματος που συνδέεται με αυτό μέσω αγωγών. Τα φαινόμενα που συνοδεύουν μια ηλεκτρική εκκένωση* με τη μορφή ρεύματος είναι ποιοτικά τα ίδια με τα φαινόμενα που προκαλούνται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διεγείρεται από συνηθισμένα γαλβανικά στοιχεία. Ηλεκτρική εκφόρτιση* συμβατικήεμφανίζεται όταν ένα καλά μονωμένο σώμα βρίσκεται σε υγρό ή αέριο μέσο που περιέχει σωματίδια που μπορούν να ηλεκτριστούν και, υπό την επίδραση ηλεκτρικών δυνάμεων, μπορούν να κινηθούν σε αυτό το μέσο. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ* εκρηκτικός- πρόκειται για ηλεκτρική εκκένωση* ενός σώματος είτε στο έδαφος είτε σε άλλο σώμα, αντίθετα ηλεκτρισμένο, μέσω ενός μέσου που δεν άγει ηλεκτρισμό. Το φαινόμενο συμβαίνει σαν το μη αγώγιμο μέσο να υποχωρεί στη δράση εκείνων των τάσεων που προκύπτουν σε αυτό υπό την επίδραση της ηλεκτροδότησης του σώματος και παρέχει μια διαδρομή για την ηλεκτρική ενέργεια. Μια τέτοια εκρηκτική ηλεκτρική εκκένωση* συνοδεύεται πάντα από ελαφρά φαινόμενα και μπορεί να εμφανιστεί με διάφορες μορφές. Αλλά όλες αυτές οι μορφές εκρηκτικής ηλεκτρικής εκκένωσης* μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: Ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια μιας σπίθας,ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ* χρησιμοποιώντας μια βούρτσα,ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ* συνοδεύεται από λάμψη, ή ησυχία P. Όλες αυτές οι ηλεκτρικές εκκενώσεις* είναι παρόμοιες μεταξύ τους καθώς, παρά τη μικρή διάρκεια, καθεμία από αυτές αντιπροσωπεύει έναν συνδυασμό πολλών ηλεκτρικών εκκενώσεων*, δηλαδή, με αυτές τις ηλεκτρικές εκκενώσεις* το σώμα χάνει την ηλεκτρική του ενέργεια όχι συνεχώς, αλλά κατά διαστήματα τρόπος. Η ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια ενός σπινθήρα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις ταλαντωτική (βλ. Ταλαντωτική ηλεκτρική εκκένωση*). Μια ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια ενός σπινθήρα σχηματίζεται όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα βρίσκεται σε οποιοδήποτε αέριο σημαντικόςελαστικότητας ή σε ένα υγρό, ένα άλλο σώμα είναι αρκετά κοντά, αγώγοντας ηλεκτρισμό και συνδέεται με το έδαφος ή ηλεκτρισμένο απέναντι από αυτό το σώμα. Ένας σπινθήρας μπορεί επίσης να σχηματιστεί όταν υπάρχει ένα στρώμα κάποιου είδους στερεού μονωτή ανάμεσα σε τέτοια σώματα. Σε αυτή την περίπτωση, ο σπινθήρας διαπερνά αυτό το στρώμα, σχηματίζοντας μια διαμπερή οπή και ρωγμές σε αυτό. Ένας σπινθήρας συνοδεύεται πάντα από έναν ειδικό ήχο τριξίματος, που προκύπτει από ένα γρήγορο σοκ στο περιβάλλον στο οποίο παράγεται. Όταν ο σπινθήρας είναι σύντομος, μοιάζει με ελαφριά, ευθεία γραμμή. Το πάχος αυτής της γραμμής καθορίζεται από την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που χάνεται από το ηλεκτρισμένο σώμα με τη βοήθεια αυτού του σπινθήρα. Καθώς το μήκος του σπινθήρα αυξάνεται, γίνεται λεπτότερο και ταυτόχρονα αποκλίνει από την εμφάνιση μιας ευθείας γραμμής, παίρνει τη μορφή ζιγκ-ζαγκ γραμμής και στη συνέχεια, με περαιτέρω επιμήκυνση, διακλαδίζεται και τελικά μετατρέπεται σε σχήμα βούρτσας. (Πίνακας, Εικ. 1). Με τη βοήθεια ενός περιστρεφόμενου καθρέφτη, μπορεί κανείς να ανακαλύψει ότι ο σπινθήρας που εμφανίζεται αποτελείται στην πραγματικότητα από έναν αριθμό μεμονωμένων σπινθήρων, οι οποίοι διαδέχονται ο ένας τον άλλον μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Το μήκος του σπινθήρα που προκύπτει, ή το λεγόμενο λίγο απόσταση,εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των σωμάτων μεταξύ των οποίων παράγεται αυτός ο σπινθήρας. Ωστόσο, ακόμη και με την ίδια διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σωμάτων, το μήκος του σπινθήρα που σχηματίζεται μεταξύ τους ποικίλλει κάπως ανάλογα με το σχήμα αυτών των σωμάτων. Έτσι, για μια δεδομένη διαφορά δυναμικού, ο σπινθήρας είναι μεγαλύτερος όταν σχηματίζεται μεταξύ δύο δίσκων από ό,τι στην περίπτωση που πρέπει να πηδήξει ανάμεσα σε δύο μπάλες. Και για διαφορετικές μπάλες ο σπινθήρας δεν έχει το ίδιο μήκος. Όσο περισσότερο διαφέρουν οι δύο μπάλες σε μέγεθος, τόσο μεγαλύτερο είναι. Σε μια δεδομένη διαφορά δυναμικού, επιτυγχάνεται ο μικρότερος σπινθήρας, δηλ. επιτυγχάνεται η μικρότερη απόσταση εκκένωσης στην περίπτωση που ο σπινθήρας πρέπει να ληφθεί μεταξύ δύο σφαιρών του ίδιου μεγέθους. Μια αλλαγή στην ελαστικότητα του αερίου έχει πολύ μεγάλη επίδραση στο μέγεθος της διαφοράς δυναμικού που απαιτείται για να σχηματιστεί ένας σπινθήρας ενός δεδομένου μήκους. Καθώς μειώνεται η ελαστικότητα του αερίου, μειώνεται και αυτή η διαφορά δυναμικού. Το αέριο στο οποίο εμφανίζεται ο σπινθήρας έχει σημαντική επίδραση στο μέγεθος της απαιτούμενης διαφοράς δυναμικού. Για το ίδιο μήκος σπινθήρα και την ίδια ελαστικότητα αερίου, αυτή η διαφορά δυναμικού είναι η μικρότερη για το υδρογόνο, είναι μεγαλύτερη για τον αέρα και ακόμη μεγαλύτερη για το ανθρακικό οξύ. Για να παραχθεί ένας σπινθήρας σε ένα υγρό, απαιτείται μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού από την παραγωγή του ίδιου σπινθήρα σε ένα αέριο. Η ουσία των σωμάτων μεταξύ των οποίων σχηματίζεται ο σπινθήρας έχει πολύ μικρή επίδραση στη διαφορά δυναμικού που απαιτείται για να εμφανιστεί ο σπινθήρας. Για μικρά μήκη σπινθήρα στον αέρα ή σε οποιοδήποτε άλλο αέριο, η διαφορά δυναμικού που σχηματίζει τον σπινθήρα είναι πολύ στενά ανάλογη με το μήκος του σπινθήρα. Για μεγάλα μήκη σπινθήρα, η σχέση μεταξύ του μήκους του σπινθήρα και της διαφοράς δυναμικού που απαιτείται για αυτό δεν είναι τόσο απλή. Σε αυτή την περίπτωση, καθώς αυξάνεται η διαφορά δυναμικού, το μήκος του σπινθήρα αυξάνεται γρηγορότερα από ότι αυξάνεται η διαφορά δυναμικού. Ο παρακάτω πίνακας περιέχει δεδομένα για την έκφραση του μήκους των σπινθήρων και των αντίστοιχων διαφορών δυναμικού (οι σπινθήρες σχηματίζονται μεταξύ δύο δίσκων, ο ένας έχει ελαφρώς κυρτή επιφάνεια).

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ.