Είδη απορρίψεων και εφαρμογή τους. Ηλεκτρική εκκένωση: έννοια, τύποι, ενέργεια και μονάδες μέτρησης Ποιο είναι το όνομα μιας τεχνητής ηλεκτρικής εκκένωσης

Υπό κανονικές συνθήκες, η αγωγιμότητα των μονωτών είναι πολύ μικρή. Ωστόσο, σε επαρκώς ισχυρά ηλεκτρικά πεδία, εμφανίζεται μια λεγόμενη βλάβη μονωτή ή ηλεκτρική εκκένωση. Στο σημείο της διάσπασης, η αγωγιμότητα του μονωτή αυξάνεται απότομα και εξαρτάται με πολύπλοκο τρόπο από την ένταση του πεδίου, το ρεύμα, τις αρχικές συνθήκες και πολλούς άλλους παράγοντες.

Ας ξεκινήσουμε με μια ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο. Η αγωγιμότητα ενός αερίου σε ασθενή πεδία σχετίζεται με την παρουσία σε αυτό μικρού αριθμού ιόντων και ηλεκτρονίων, τα οποία προκύπτουν λόγω του ιονισμού μορίων αερίου υπό την επίδραση των κοσμικών ακτίνων, της ραδιενέργειας του φλοιού της γης και, σε μικρότερο βαθμό. έκταση, υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο. Για παράδειγμα, στην επιφάνεια της θάλασσας, οι κοσμικές ακτίνες δημιουργούν περίπου δύο ζεύγη ιόντων ανά κυβικό εκατοστό ανά δευτερόλεπτο. Στην επιφάνεια της γης, περίπου πέντε ακόμη ζεύγη ιόντων προστίθενται σε αυτό λόγω της ραδιενέργειας του φλοιού της γης. Η μέση συγκέντρωση όλων των ιόντων στην επιφάνεια της Γης είναι η μέση διάρκεια ζωής ενός ιόντος πριν από τον ανασυνδυασμό είναι περίπου 100 δευτερόλεπτα. Για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα, όλα τα ηλεκτρόνια που προκύπτουν από τον ιονισμό καταφέρνουν να σχηματίσουν αρνητικά ιόντα, «προσκολλώντας» στα μόρια οξυγόνου. Υπό κανονικές συνθήκες, ένα ηλεκτρόνιο απαιτεί περίπου 105 συγκρούσεις για αυτό, δηλαδή μόνο s. Αυτό δείχνει ότι υπό κανονικές συνθήκες η αγωγιμότητα ενός αερίου σε ασθενή πεδία είναι ιοντική. Η πραγματική εικόνα είναι ακόμη πιο περίπλοκη: η αγωγιμότητα καθορίζεται κυρίως από ιοντικά σμήνη που περιέχουν δεκάδες άτομα αερίου. Η αγωγιμότητα του αέρα στην επιφάνεια της γης, ενώ η αγωγιμότητα των καλύτερων στερεών μονωτών (κεχριμπαρένιο, λιωμένο χαλαζία) είναι και για το συνηθισμένο γυαλί -

Σε ένα υγρό, σε αντίθεση με ένα αέριο, η συγκέντρωση των ιόντων δεν καθορίζεται από τον εξωτερικό ιονισμό, αλλά από τη διάσταση των μορίων λόγω της αλληλεπίδρασής τους μεταξύ τους. Αυτό το υγρό ονομάζεται ηλεκτρολύτης. Η διάσταση διευκολύνεται ιδιαίτερα εάν το υγρό είναι διάλυμα, επομένως το τελευταίο έχει συνήθως σημαντική αγωγιμότητα. Για παράδειγμα, η αγωγιμότητα ενός διαλύματος θειικού χαλκού εξακολουθεί να είναι επτά τάξεις μεγέθους μικρότερη από αυτή του χαλκού. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι οι φορείς φορτίου στον ηλεκτρολύτη (καθώς και στο αέριο) είναι βαρέα ιόντα και το ιξώδες του υγρού είναι πολύ μεγαλύτερο από το ιξώδες του αερίου ηλεκτρονίων στο μέταλλο.

Ας επιστρέψουμε τώρα στο αέριο και ας εξετάσουμε τη συμπεριφορά του σε ισχυρότερα πεδία. Στο Σχ. Το II 1.5 δείχνει σχηματικά το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του διακένου αερίου. Περιοχή χαμηλού πεδίου

Ρύζι. 111,5. Χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης του διακένου αερίου.

Ρύζι. 111.6. Καμπύλες Paschen για ορισμένα αέρια.

αντιστοιχεί στην ενότητα α, όπου ισχύει ο νόμος του Ohm. Ακολουθεί το λεγόμενο οροπέδιο (τμήμα όπου το ρεύμα είναι πρακτικά ανεξάρτητο από την ένταση του πεδίου. Σε αυτή την περιοχή, το ηλεκτρικό πεδίο τραβά όλα τα ηλεκτρόνια που γεννιούνται (στο διάκενο). Σε ακόμη ισχυρότερα πεδία (τμήμα γ) , το ρεύμα αυξάνεται απότομα και συμβαίνει διάσπαση. Αύξηση του ρεύματος που σχετίζεται με τις διαδικασίες δευτερογενούς ιονισμού, που οδηγεί σε χιονοστιβάδα "πολλαπλασιασμό" ηλεκτρονίων. Αυτή η διαδικασία μπορεί να απλοποιηθεί πολύ ως εξής: Ένα ηλεκτρόνιο που εκτινάσσεται από ένα άτομο κατά τη διάρκεια του ιονισμού είναι επιταχύνεται από ένα εξωτερικό πεδίο σε τέτοια ενέργεια (~10 eV) που μπορεί να ιονίσει άλλα άτομα.

Η ίδια η χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων οδηγεί μόνο σε αύξηση του ρεύματος αγωγιμότητας στο διάκενο αερίου (ενότητα γ, βλ. Εικ. III.5). Για την εμφάνιση ηλεκτρικής, ή, ακριβέστερα, αυτοσυντηρούμενης εκκένωσης, είναι επίσης απαραίτητη η λεγόμενη ανάδραση μεταξύ των ηλεκτροδίων του διακένου αερίου. Είναι απαραίτητο η χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων που κινείται προς την άνοδο να προκαλέσει κατά κάποιο τρόπο νέες χιονοστιβάδες από την κάθοδο. Ένας πιθανός μηχανισμός για τέτοια ανάδραση είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο από την κάθοδο υπό την επίδραση φωτονίων που εκπέμπονται από διεγερμένα άτομα του αερίου ή της ανόδου.

Οι συνθήκες ανάφλεξης κατά την εκκένωση χαρακτηρίζονται από τη λεγόμενη καμπύλη Paschen (Εικ. III.6), η οποία συνδέει τρία κύρια μεγέθη: τάση στο διάκενο εκφόρτισης V, μήκος διάκενου και πίεση αερίου. Πρώτα απ 'όλα, αποδεικνύεται ότι η εκφόρτιση η ανάφλεξη εξαρτάται μόνο από το προϊόν όπου βρίσκεται το μήκος της διαδρομής χωρίς ηλεκτρόνια. Χαρακτηρίζει την ταχύτητα ανάπτυξης της χιονοστιβάδας ηλεκτρονίων.

Η εξάρτηση της τάσης ανάφλεξης εκφόρτισης από έχει ένα χαρακτηριστικό ελάχιστο. Το σχήμα της καμπύλης Paschen μπορεί εύκολα να εξηγηθεί ποιοτικά λαμβάνοντας υπόψη την περίπτωση της σταθερής πίεσης. Όταν αναπτύσσεται η χιονοστιβάδα, καθορίζεται από την ένταση του πεδίου, επομένως η τάση ανάφλεξης αυξάνεται περίπου αναλογικά με το μήκος του διακένου. Σε πολύ χαμηλές τιμές, ωστόσο, η ανάπτυξη μιας χιονοστιβάδας ηλεκτρονίων είναι επίσης δύσκολη, αφού τα ηλεκτρόνια δεν έχουν χρόνο να συγκρουστούν με τα άτομα αερίου στο διάκενο. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι σε τάσεις μικρότερες από

ελάχιστο, το κενό δεν ξεπερνάει σε καμία περίπτωση.

Σε πολύ υψηλές πιέσεις (ακριβέστερα, μεγάλες τιμές), ο μηχανισμός ανάπτυξης εκφόρτισης αλλάζει σημαντικά.Λόγω της μικρής μέσης ελεύθερης διαδρομής των ηλεκτρονίων, η εκκένωση αρχικά εντοπίζεται σε μια μικρή περιοχή του διακένου κοντά στο σημείο του πρωτογενούς ιονισμού. Η διάδοση γίνεται κάτω από αυτές τις συνθήκες κυρίως λόγω φωτοϊονισμού γειτονικών τμημάτων του αερίου.Αυτή η διαδικασία ονομάζεται streamer.Ένα παράδειγμα εκκένωσης streamer είναι ο κεραυνός.

Μία από τις ενδιαφέρουσες εφαρμογές μιας εκκένωσης streamer είναι ο λεγόμενος θάλαμος streamer, στον οποίο μπορούν να παρατηρηθούν ίχνη φορτισμένων σωματιδίων. Ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται στον θάλαμο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Ένα φορτισμένο σωματίδιο, που διέρχεται από τον θάλαμο αμέσως πριν ανοίξει το πεδίο, ιονίζει το αέριο κατά μήκος της τροχιάς του και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που σχηματίζονται σε αυτήν την περίπτωση χρησιμεύουν ως κέντρα για την εμφάνιση ροών. Η λάμψη των streamers επιτρέπει σε κάποιον να παρατηρήσει ίχνη φορτισμένων σωματιδίων (Εικ. III.7). Λόγω της παλμικής φύσης του πεδίου, οι διαστάσεις των streamers παραμένουν μικρές, γεγονός που εξασφαλίζει υψηλό βαθμό εντοπισμού της τροχιάς (περίπου 0,3 mm).

Σε πολύ χαμηλές πιέσεις, δηλαδή σε υψηλό κενό, η διάσπαση του διακένου καθορίζεται σχεδόν αποκλειστικά από διεργασίες στα ηλεκτρόδια. Η εκκένωση αναπτύσσεται λόγω της ηλεκτρονικής ("ψυχρού") εκπομπής ηλεκτρονίων πεδίου από μικροάκρες στην επιφάνεια της καθόδου όταν η ένταση του πεδίου επάνω τους αυξάνεται σε V/cm. Το ρεύμα εκπομπής, η πυκνότητα του οποίου φτάνει σε τεράστιες τιμές στο άκρο, θερμαίνει και εξατμίζει το άκρο και ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο αποκόπτει και μεταφέρει μικρά κομμάτια της καθόδου στην άνοδο. Οι τελευταίες προκαλούν εξάτμιση του υλικού της ανόδου και τα ιόντα που προκύπτουν βομβαρδίζουν, με τη σειρά τους, την κάθοδο, θερμαίνοντάς την και προκαλώντας θερμιονική εκπομπή.

Ρύζι. 111,7. Φωτογραφίες ιχνών ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων σε θάλαμο χορδής (α) και εκκένωσης (β) σε υγρό (εξάνιο). Ένταση ηλεκτρικού πεδίου 700 kV/cm, χρόνος έκθεσης 5 ns.

Ο περιγραφόμενος μηχανισμός ανάπτυξης εκκένωσης σε υψηλό κενό καθιστά δυνατή την κατανόηση της πρακτικά σημαντικής επίδρασης της «εκπαίδευσης» του διακένου κενού. Η εκπαίδευση πραγματοποιείται με επαναλαμβανόμενη διάσπαση του διακένου σε χαμηλή ισχύ εκφόρτισης και οδηγεί σε τήξη των άκρων στην κάθοδο.

Είναι επίσης πολύ φυσικό η ηλεκτρική ισχύς του διακένου να αυξάνεται σημαντικά σε πολύ μικρή διάρκεια υψηλής τάσης ή στην υψηλή συχνότητά του. Έτσι, για παράδειγμα, στο c το διάκενο κενού αντέχει ένα πεδίο περίπου, ενώ στο c αυτή η τιμή πέφτει στο και μετά δεν εξαρτάται πλέον από το .

Ηλεκτρική εκκένωση- Η απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας από οποιοδήποτε ηλεκτρισμένο σώμα, δηλαδή η ακτινοβολία αυτού του σώματος, μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους, με αποτέλεσμα τα φαινόμενα που συνοδεύουν την ακτινοβολία να είναι πολύ διαφορετικά στη φύση τους. Όλες οι διάφορες μορφές του R. μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριους τύπους: R. με τη μορφή ηλεκτρικού ρεύματος, ή R. αγώγιμο, R. συναγωγικό και R. ασυνεχές. R. με τη μορφή ρεύματοςσυμβαίνει όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα συνδέεται με τη γη ή με άλλο σώμα που διαθέτει ηλεκτρισμό ίσο σε ποσότητα και αντίθετο σε πρόσημο με το ηλεκτρικό ρεύμα στο σώμα εκφόρτισης, μέσω αγωγών ή ακόμη και μονωτών, αλλά μονωτές των οποίων η επιφάνεια καλύπτεται με ένα στρώμα που άγει ηλεκτρισμό, για παράδειγμα . η επιφάνεια είναι υγρή ή βρώμικη. Σε αυτές τις περιπτώσεις συμβαίνει πλήρες R.ενός δεδομένου σώματος, και η διάρκεια αυτού του R. καθορίζεται από την αντίσταση και το σχήμα (βλέπε Αυτοεπαγωγή) των αγωγών μέσω των οποίων εμφανίζεται το R. Όσο χαμηλότερη είναι η αντίσταση και ο συντελεστής αυτοεπαγωγής των αγωγών, τόσο πιο γρήγορος είναι ο R. του σώματος εμφανίζεται. Το σώμα αποφορτίζεται μερικώς, δηλ. εμφανίζεται το R. 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 την ακτινοβολία υπό μορφή ρεύματος είναι ποιοτικά τα ίδια με τα φαινόμενα που προκαλούνται από ηλεκτρικό ρεύμα που διεγείρεται από συνηθισμένα γαλβανικά στοιχεία. R. 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. R. εκρηκτικός - αυτό είναι το R. του 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. Τέτοιο ασυνεχές R. συνοδεύεται πάντα από φωτεινά φαινόμενα και μπορεί να εμφανιστεί με διάφορες μορφές. Όμως όλες αυτές οι μορφές ασυνεχούς R. μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: R. με τη βοήθεια μιας σπίθας, R. χρησιμοποιώντας μια βούρτσα, R. συνοδεύεται από λάμψη, ή ησυχίαΠ. Όλα αυτά τα R. μοιάζουν μεταξύ τους στο ότι, παρά τη μικρή διάρκεια, το καθένα από αυτά αντιπροσωπεύει έναν συνδυασμό πολλών R., δηλαδή με αυτά τα R. το σώμα δεν χάνει συνεχώς τον ηλεκτρισμό του, αλλά κατά διαστήματα. τρόπος. Το R. με τη βοήθεια ενός σπινθήρα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις ταλαντευτικό (βλ. Ταλαντωτικό R.). R. με τη βοήθεια σπινθήρα σχηματίζεται όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα που βρίσκεται σε κάποιο 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 να ανακαλυφθεί ότι ο σπινθήρας που εμφανίζεται αποτελείται στην πραγματικότητα από έναν αριθμό μεμονωμένων σπινθήρων, οι οποίοι διαδέχονται ο ένας τον άλλον μετά από ένα ορισμένο 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. Η φύση του αερίου 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).

Μήκος σπινθήρα, σε στμ	Δυναμική διαφορά, σε βολτ
0,0205	1000
0,0430	2000
0,0660	3000
0,1176	5000
0,2863	10000
0,3378	11300

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ.

Ο αιώνας στον οποίο ζούμε μπορεί να ονομαστεί εποχή του ηλεκτρισμού. Η λειτουργία υπολογιστών, τηλεοράσεων, αυτοκινήτων, δορυφόρων, συσκευών τεχνητού φωτισμού είναι μόνο ένα μικρό μέρος των παραδειγμάτων όπου χρησιμοποιείται. Μία από τις ενδιαφέρουσες και σημαντικές διαδικασίες για τον άνθρωπο είναι η ηλεκτρική εκκένωση. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε τι είναι.

Σύντομη Ιστορία της Μελέτης της Ηλεκτρικής Ενέργειας

Πότε εξοικειώθηκε ο άνθρωπος με τον ηλεκτρισμό; Είναι δύσκολο να απαντηθεί αυτό το ερώτημα, αφού τίθεται εσφαλμένα, γιατί το πιο εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο είναι ο κεραυνός, γνωστός από αμνημονεύτων χρόνων.

Η ουσιαστική μελέτη των ηλεκτρικών διεργασιών ξεκίνησε μόλις στα τέλη του πρώτου μισού του 18ου αιώνα. Εδώ αξίζει να σημειωθεί η σοβαρή συμβολή στις ανθρώπινες ιδέες για τον ηλεκτρισμό από τον Charles Coulomb, ο οποίος μελέτησε τη δύναμη αλληλεπίδρασης φορτισμένων σωματιδίων, τον Georg Ohm, ο οποίος περιέγραψε μαθηματικά τις παραμέτρους του ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα και τον Benjamin Franklin, ο οποίος διεξήγαγε πολλά πειράματα. μελετώντας τη φύση του προαναφερθέντος κεραυνού. Εκτός από αυτούς, επιστήμονες όπως ο Luigi Galvani (μελέτη των νευρικών ερεθισμάτων, εφεύρεση της πρώτης «μπαταρίας») και ο Michael Faraday (μελέτη του ρεύματος στους ηλεκτρολύτες) έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη.

Τα επιτεύγματα όλων αυτών των επιστημόνων έχουν δημιουργήσει μια σταθερή βάση για τη μελέτη και την κατανόηση πολύπλοκων ηλεκτρικών διεργασιών, μία από τις οποίες είναι η ηλεκτρική εκκένωση.

Τι είναι η εκκένωση και ποιες προϋποθέσεις είναι απαραίτητες για την ύπαρξή της;

Η εκκένωση ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια φυσική διαδικασία που χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας ροής φορτισμένων σωματιδίων μεταξύ δύο χωρικών περιοχών που έχουν διαφορετικά δυναμικά σε ένα αέριο περιβάλλον. Ας δούμε αυτόν τον ορισμό.

Πρώτον, όταν μιλάνε για εκκένωση, εννοούν πάντα αέριο. Μπορούν επίσης να προκύψουν εκκενώσεις σε υγρά και στερεά (διάσπαση ενός στερεού πυκνωτή), αλλά η διαδικασία μελέτης αυτού του φαινομένου είναι ευκολότερο να εξεταστεί σε ένα λιγότερο πυκνό μέσο. Επιπλέον, είναι οι εκκενώσεις σε αέρια που παρατηρούνται συχνά και έχουν μεγάλη σημασία για την ανθρώπινη ζωή.

Δεύτερον, όπως αναφέρεται στον ορισμό της ηλεκτρικής εκκένωσης, συμβαίνει μόνο όταν πληρούνται δύο σημαντικές προϋποθέσεις:

• όταν υπάρχει διαφορά δυναμικού (ισχύς ηλεκτρικού πεδίου).
• παρουσία φορέων φορτίου (ελεύθερα ιόντα και ηλεκτρόνια).

Η διαφορά δυναμικού εξασφαλίζει την κατευθυντική κίνηση του φορτίου. Εάν υπερβεί μια ορισμένη τιμή κατωφλίου, τότε η μη αυτοσυντηρούμενη απόρριψη γίνεται αυτοσυντηρούμενη ή ανεξάρτητη.

Όσον αφορά τους φορείς δωρεάν φόρτισης, υπάρχουν πάντα σε οποιοδήποτε αέριο. Η συγκέντρωσή τους, φυσικά, εξαρτάται από μια σειρά εξωτερικών παραγόντων και τις ιδιότητες του ίδιου του αερίου, αλλά το ίδιο το γεγονός της παρουσίας τους είναι αδιαμφισβήτητο. Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη τέτοιων πηγών ιονισμού ουδέτερων ατόμων και μορίων, όπως οι υπεριώδεις ακτίνες από τον Ήλιο, η κοσμική ακτινοβολία και η φυσική ακτινοβολία του πλανήτη μας.

Η σχέση μεταξύ της διαφοράς δυναμικού και της συγκέντρωσης του φορέα καθορίζει τη φύση της εκκένωσης.

Τύποι ηλεκτρικών εκκενώσεων

Παρέχουμε μια λίστα με αυτούς τους τύπους και στη συνέχεια περιγράφουμε τον καθένα από αυτούς με περισσότερες λεπτομέρειες. Έτσι, όλες οι εκκενώσεις σε αέρια μέσα χωρίζονται συνήθως στα ακόλουθα:

• σιγοκαίει?
• σπίθα;
• τόξο;
• στέμμα.

Φυσικά, διαφέρουν μεταξύ τους μόνο ως προς την ισχύ (πυκνότητα ρεύματος) και, κατά συνέπεια, τη θερμοκρασία, καθώς και τη φύση της εκδήλωσής τους με την πάροδο του χρόνου. Σε όλες τις περιπτώσεις, μιλάμε για μεταφορά θετικού φορτίου (κατιόντα) στην κάθοδο (περιοχή χαμηλού δυναμικού) και αρνητικού φορτίου (ανιόντα, ηλεκτρόνια) στην άνοδο (περιοχή υψηλού δυναμικού).

Εκκένωση λάμψης

Για την ύπαρξή του είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν χαμηλές πιέσεις αερίων (εκατοντάδες και χιλιάδες φορές μικρότερες από την ατμοσφαιρική πίεση). Παρατηρείται εκκένωση λάμψης σε καθοδικούς σωλήνες που είναι γεμάτοι με κάποιο αέριο (για παράδειγμα, Ne, Ar, Kr και άλλα). Η εφαρμογή τάσης στα ηλεκτρόδια του σωλήνα οδηγεί στην ενεργοποίηση της ακόλουθης διαδικασίας: τα κατιόντα που υπάρχουν στο αέριο αρχίζουν να κινούνται γρήγορα, φτάνοντας στην κάθοδο, την χτυπούν, μεταδίδοντας μια ώθηση και χτυπώντας έξω τα ηλεκτρόνια. Το τελευταίο, παρουσία επαρκούς κινητικής ενέργειας, μπορεί να οδηγήσει στον ιονισμό ουδέτερων μορίων αερίου. Η περιγραφόμενη διαδικασία θα είναι αυτοσυντηρούμενη μόνο εάν υπάρχει επαρκής ενέργεια κατιόντων που βομβαρδίζουν την κάθοδο και μια ορισμένη ποσότητα αυτών, η οποία εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού στα ηλεκτρόδια και την πίεση του αερίου στον σωλήνα.

Η εκκένωση λάμψης λάμπει. Η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων προκαλείται από δύο παράλληλες διεργασίες:

• ανασυνδυασμός ζευγών ηλεκτρονίων-κατιόντων, συνοδευόμενος από την απελευθέρωση ενέργειας.
• μετάβαση ουδέτερων μορίων αερίου (ατόμων) από διεγερμένη σε θεμελιώδη κατάσταση.

Τυπικά χαρακτηριστικά αυτού του τύπου εκφόρτισης είναι τα χαμηλά ρεύματα (αρκετά milliamp) και οι χαμηλές τάσεις σταθερής κατάστασης (100-400 V), αλλά η τάση κατωφλίου είναι αρκετές χιλιάδες volt, η οποία εξαρτάται από την πίεση του αερίου.

Παραδείγματα εκκένωσης λάμψης είναι οι λαμπτήρες φθορισμού και νέον. Στη φύση, αυτός ο τύπος περιλαμβάνει το βόρειο σέλας (η κίνηση των ιόντων ρέει στο μαγνητικό πεδίο της Γης).

Εκκένωση σπινθήρα

Αυτός είναι ένας τυπικός τύπος εκκένωσης, ο οποίος εκδηλώνεται σε Για την ύπαρξή του, είναι απαραίτητη όχι μόνο η παρουσία υψηλών πιέσεων αερίου (1 atm ή περισσότερο), αλλά και τεράστιες τάσεις. Ο αέρας είναι ένα αρκετά καλό διηλεκτρικό (μονωτικό). Η διαπερατότητά του κυμαίνεται από 4 έως 30 kV/cm, κάτι που εξαρτάται από την παρουσία υγρασίας και στερεών σωματιδίων. Αυτά τα νούμερα υποδεικνύουν ότι για να αποκτήσετε μια βλάβη (σπινθήρα) είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε τουλάχιστον 4.000.000 βολτ ανά μέτρο αέρα!

Στη φύση, τέτοιες συνθήκες προκύπτουν στα σωρευτικά σύννεφα όταν, ως αποτέλεσμα των διεργασιών τριβής μεταξύ των μαζών αέρα, της μεταφοράς αέρα και της κρυστάλλωσης (συμπύκνωση), τα φορτία ανακατανέμονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα κατώτερα στρώματα των νεφών να φορτίζονται αρνητικά. τα ανώτερα στρώματα φορτίζονται θετικά. Η διαφορά δυναμικού συσσωρεύεται σταδιακά και όταν η τιμή της αρχίζει να υπερβαίνει τις μονωτικές ικανότητες του αέρα (μερικά εκατομμύρια βολτ ανά μέτρο), εμφανίζεται κεραυνός - μια ηλεκτρική εκκένωση που διαρκεί για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Η τρέχουσα ισχύς σε αυτό φτάνει τα 10-40 χιλιάδες αμπέρ και η θερμοκρασία πλάσματος στο κανάλι αυξάνεται στους 20.000 Κ.

Η ελάχιστη ενέργεια που απελευθερώνεται στη διαδικασία του κεραυνού μπορεί να υπολογιστεί αν λάβουμε υπόψη τα ακόλουθα δεδομένα: η διαδικασία αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια t=1*10 -6 s, I = 10.000 A, U = 10 9 V, τότε παίρνουμε:

E = I*U*t = 10 εκατομμύρια J

Ο αριθμός που προκύπτει είναι ισοδύναμος με την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την έκρηξη 250 κιλών δυναμίτη.

Ακριβώς όπως ο σπινθήρας, εμφανίζεται όταν υπάρχει επαρκής πίεση στο αέριο. Τα χαρακτηριστικά του είναι σχεδόν εντελώς παρόμοια με το σπινθήρα, αλλά υπάρχουν και διαφορές:

• Πρώτον, τα ρεύματα φτάνουν τα δέκα χιλιάδες αμπέρ, αλλά η τάση είναι αρκετές εκατοντάδες βολτ, γεγονός που οφείλεται στην υψηλή αγωγιμότητα του μέσου.
• Δεύτερον, μια εκκένωση τόξου υπάρχει σταθερή με την πάροδο του χρόνου, σε αντίθεση με την εκκένωση σπινθήρα.

Η μετάβαση σε αυτόν τον τύπο εκφόρτισης πραγματοποιείται με σταδιακή αύξηση της τάσης. Η εκκένωση διατηρείται λόγω θερμιονικής εκπομπής από την κάθοδο. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι το τόξο συγκόλλησης.

Έκκριση κορωνοϊού

Αυτός ο τύπος ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέρια παρατηρήθηκε συχνά από ναυτικούς που ταξίδεψαν στον Νέο Κόσμο που ανακάλυψε ο Κολόμβος. Ονόμασαν τη γαλαζωπή λάμψη στα άκρα των ιστών «φώτα του Αγίου Έλμο».

Μια εκκένωση κορώνας εμφανίζεται γύρω από αντικείμενα που έχουν πολύ ισχυρή ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Τέτοιες συνθήκες δημιουργούνται κοντά σε αιχμηρά αντικείμενα (κατάρτια πλοίων, κτίρια με μυτερή στέγη). Όταν ένα σώμα έχει κάποιο στατικό φορτίο, η ένταση του πεδίου στα άκρα του οδηγεί σε ιονισμό του περιβάλλοντος αέρα. Τα προκύπτοντα ιόντα αρχίζουν να μετακινούνται προς την πηγή πεδίου. Αυτά τα ασθενή ρεύματα, που προκαλούν παρόμοιες διεργασίες όπως στην περίπτωση εκκένωσης λάμψης, οδηγούν στην εμφάνιση λάμψης.

Κίνδυνος απορρίψεων για την ανθρώπινη υγεία

Οι εκκενώσεις κορώνας και λάμψης δεν αποτελούν ιδιαίτερο κίνδυνο για τον άνθρωπο, καθώς χαρακτηρίζονται από χαμηλά ρεύματα (milliamps). Οι άλλες δύο εκκρίσεις που αναφέρονται παραπάνω είναι θανατηφόρες σε περίπτωση άμεσης επαφής μαζί τους.

Εάν ένα άτομο παρατηρήσει την προσέγγιση του κεραυνού, τότε θα πρέπει να απενεργοποιήσει όλες τις ηλεκτρικές συσκευές (συμπεριλαμβανομένων των κινητών τηλεφώνων) και επίσης να τοποθετηθεί έτσι ώστε να μην ξεχωρίζει από τη γύρω περιοχή ως προς το ύψος.

Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις στο αέριο χωρίζονται σε δύο ομάδες: τις μη αυτοσυντηρούμενες εκκενώσεις και τις αυτοσυντηρούμενες εκκενώσεις.

Μια μη αυτοσυντηρούμενη εκφόρτιση είναι μια ηλεκτρική εκκένωση που απαιτεί, για να διατηρηθεί, το σχηματισμό φορτισμένων σωματιδίων στο διάκενο εκφόρτισης υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων (εξωτερική επίδραση στο αέριο ή τα ηλεκτρόδια, αύξηση της συγκέντρωσης φορτισμένων σωματιδίων στον τόμο).

Μια ανεξάρτητη εκφόρτιση είναι μια ηλεκτρική εκκένωση που υπάρχει υπό την επίδραση της τάσης που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια και δεν απαιτεί το σχηματισμό φορτισμένων σωματιδίων λόγω της δράσης άλλων εξωτερικών παραγόντων για τη διατήρησή της.

Εάν ένας σωλήνας εκκένωσης με δύο επίπεδα ψυχρά ηλεκτρόδια γεμίσει με αέριο και συνδεθεί σε ηλεκτρικό κύκλωμα που περιέχει πηγή ηλεκτρισμού. δ.σ. Ea και αντίσταση έρματος R (Εικ. 3-21, α), κατόπιν ανάλογα με το ρεύμα που διαρρέει τον σωλήνα (ρυθμίζεται επιλέγοντας την αντίσταση R), εμφανίζονται σε αυτόν διαφορετικοί τύποι εκκένωσης, που χαρακτηρίζονται από διαφορετικές φυσικές διεργασίες στον όγκο του αερίου, διαφορετικά μοτίβα λάμψης και διαφορετικές τιμές πτώση τάσης κατά μήκος της εκφόρτισης.

Εικ.3.21
α - διάγραμμα κυκλώματος για την ενεργοποίηση του σωλήνα εκκένωσης.
β - χαρακτηριστικό ρεύμα-τάση αυτοεκφόρτισης.

Εμφανίζεται στο Σχ. Το χαρακτηριστικό 3-21,6 βολτ-αμπέρ δεν περιλαμβάνει τύπους εκφόρτισης που συμβαίνουν σε υψηλές πιέσεις, δηλαδή σπινθήρα, κορώνα και υψηλή συχνότητα χωρίς ηλεκτρόδιο.

Στο Σχ. 3-21.6 δείχνει το πλήρες χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης ενός τέτοιου σωλήνα εκκένωσης. Τα τμήματα του που αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τύπους εκκένωσης διαχωρίζονται μεταξύ τους με διακεκομμένες γραμμές και αριθμούνται.

Στον πίνακα 3-14 υποδεικνύουν τα κύρια χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων εκκένωσης.

Περιοχή Αρ. σύμφωνα με το Σχ. 3-21	Τίτλος κατηγορίας	Στοιχειώδεις διεργασίες σε όγκο	Στοιχειώδεις διεργασίες στην κάθοδο	Εφαρμογή
	Μη αυτοσυντηρούμενη σκούρα έκκριση	Το ηλεκτρικό πεδίο καθορίζεται από τη γεωμετρία και τα δυναμικά των επιφανειών που περιορίζουν την εκκένωση. Το φορτίο χώρου είναι μικρό και δεν παραμορφώνει το ηλεκτρικό πεδίο. Το ρεύμα δημιουργείται από φορτία που προκύπτουν υπό την επίδραση εξωτερικών ιονιστών (κοσμική και ραδιενεργή ακτινοβολία, φωτοϊοντισμός κ.λπ.) Η ενίσχυση του αερίου συμβαίνει ως αποτέλεσμα του ιονισμού των ατόμων αερίου από ηλεκτρόνια που κινούνται προς την άνοδο.	Τα ιόντα που προέρχονται από την εκκένωση ανασυνδυάζονται με τα ηλεκτρόνια της καθόδου. Πιθανή ασθενής εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο υπό την επίδραση φωτός (με ενεργοποιημένες καθόδους), καθώς και εκπομπή ηλεκτρονίων υπό την επίδραση θετικών ιόντων.	Φωτοκύτταρα γεμάτα αέριο, μετρητές και θάλαμοι ιονισμού.
	Ανεξάρτητη σκούρα εκκένωση	Το φορτίο χώρου είναι μικρό και παραμορφώνει ελαφρώς την κατανομή δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η διέγερση και ο ιονισμός των ατόμων λαμβάνουν χώρα όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται μαζί τους, οδηγώντας στην ανάπτυξη χιονοστιβάδων ηλεκτρονίων και ροές ιόντων προς την κάθοδο. Ο όρος ανεξαρτησίας απόρριψης πληρούται. Η παρουσία εξωτερικών ιονιστών δεν είναι απαραίτητη. Η λάμψη του αερίου είναι εξαιρετικά αδύναμη, δεν είναι ορατή στο μάτι.	Έντονη εκπομπή από την κάθοδο υπό την επίδραση θετικών ιόντων, εξασφαλίζοντας την ύπαρξη εκκένωσης.
	Μεταβατική μορφή έκκρισης από σκούρο σε λαμπερό	Οι έντονες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων οδηγούν σε διεργασίες διέγερσης και ιονισμού στην περιοχή της ανόδου. Παρατηρείται λάμψη αερίου κοντά στην άνοδο. Το φορτίο όγκου των ηλεκτρονίων αντισταθμίζεται εν μέρει από ιόντα, ειδικά στην περιοχή κοντά στην άνοδο.	Εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο υπό την επίδραση θετικών ιόντων.
	Κανονική εκκένωση λάμψης	Σχηματίζονται χαρακτηριστικά τμήματα της εκκένωσης: η σχεδόν καθοδική περιοχή με μεγάλη πτώση δυναμικού και η στήλη εκκένωσης, στην οποία τα χωρικά φορτία αντισταθμίζονται και η ένταση του πεδίου είναι χαμηλή. Το αέριο στη στήλη εκκένωσης βρίσκεται σε μια κατάσταση που ονομάζεται πλάσμα Χαρακτηρίζεται από σταθερότητα κατά την αλλαγή ρεύματος, καθώς και από πίεση αερίου. Η τιμή καθορίζεται από τον τύπο του αερίου και το υλικό της καθόδου. Ένα λαμπερό φιλμ αερίου κοντά στην επιφάνεια της καθόδου. Δεν φωτίζεται ολόκληρη η κάθοδος. Η περιοχή λάμψης είναι ανάλογη του ρεύματος	Εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο υπό την επίδραση θετικών ιόντων, μετασταθερών και γρήγορα ουδέτερων ατόμων, φωτοεκπομπή υπό την επίδραση ακτινοβολίας εκκένωσης.	Δίοδοι Zener, θυρατρόνια εκκένωσης λάμψης, δεκάτρονια, συσκευές ενδείξεων, σωλήνες φωταερίου.
	Ανώμαλη εκκένωση λάμψης	Στη φυσική, η διαδικασία είναι παρόμοια με μια κανονική εκκένωση λάμψης. Η λάμψη της καθόδου καλύπτει ολόκληρη την κάθοδο. Η αύξηση του ρεύματος συνοδεύεται από αύξηση της πυκνότητας ρεύματος στην κάθοδο και πτώση του δυναμικού της καθόδου.	Οι διαδικασίες στην κάθοδο είναι παρόμοιες με αυτές κατά τη διάρκεια μιας κανονικής εκκένωσης λάμψης.	Ενδεικτικές λυχνίες, καθαρισμός εξαρτημάτων με καθοδικό ψεκασμό, παραγωγή λεπτών μεμβρανών.
	Μεταβατική μορφή εκκένωσης από λάμψη σε τόξο	Οι διαδικασίες στη στήλη εκκένωσης είναι ποιοτικά παρόμοιες με μια εκκένωση λάμψης. Η περιοχή της καθόδου στενεύει αισθητά.Εμφανίζονται τοπικές περιοχές έντονης θέρμανσης της καθόδου.	Η διαδικασία προστίθεται θερμιονική εκπομπή (με πυρίμαχη κάθοδο) ή ηλεκτροστατική εκπομπή (με κάθοδο υδραργύρου).	Συνελήφθησαν.
	Εκκένωση τόξου	Το τμήμα της πτώσης του δυναμικού της καθόδου έχει μικρή έκταση. Η τιμή είναι μικρή - με τη σειρά του δυναμικού ιονισμού του αερίου που γεμίζει τη συσκευή. Οι διεργασίες στη στήλη εκκένωσης είναι ποιοτικά παρόμοιες με τις διεργασίες στη στήλη εκκένωσης λάμψης. Η στήλη εκκένωσης είναι φωτεινή. Σε υψηλές πιέσεις, η στήλη έλκεται προς τον άξονα εκκένωσης, σχηματίζοντας ένα «κορδόνι».

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.