סוגי פריקה חשמלית בגזים

פריקה חשמלית בגזים כוללת את כל המקרים של תנועה בגזים בפעולת שדה חשמלי של חלקיקים טעונים (אלקטרונים ויונים) כתוצאה מתהליכי יינון... תנאי מוקדם להתרחשות פריקה בגזים הוא הימצאות חופשית מטענים בו - אלקטרונים ויונים.

גז המורכב רק ממולקולות ניטרליות אינו מוליך זרם חשמלי כלל, כלומר. דיאלקטרי אידיאלי... בתנאים אמיתיים, עקב פעולתם של מייננים טבעיים (קרינה אולטרה סגולה מהשמש, קרניים קוסמיות, קרינה רדיואקטיבית מכדור הארץ וכו'), הגז מכיל תמיד כמות מסוימת של מטענים חופשיים - יונים ו אלקטרונים, שנותנים לו מוליכות חשמלית מסוימת.

כוחם של מייננים טבעיים נמוך מאוד: כתוצאה מפעולתם נוצר באוויר כזוג אחד של מטענים בכל שנייה בכל סנטימטר מעוקב, מה שמתאים לעלייה בצפיפות הנפח של המטענים po = 1.6-19 CL / (cm3 x in ). אותה כמות מטענים עוברת ריקומבינציה בכל שנייה. מספר המטענים ב-1 סמ"ק אוויר בו-זמנית נשאר קבוע ושווה ל-500-1000 זוגות יונים.

לפיכך, אם מופעל מתח על הלוחות של קבל אוויר שטוח עם מרחק S בין האלקטרודות, אז יוקם זרם במעגל, שצפיפותו היא J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 .

השימוש במייננים מלאכותיים מגדיל פעמים רבות את צפיפות הזרם בגז. לדוגמה, כאשר פער הגז מואר במנורת כספית-קוורץ, צפיפות הזרם בגז עולה ל 10 - 12 A / cm2; בנוכחות פריקה כנה ליד הנפח המיונן, זרמים בסדר גודל של 10-10 A / cm2 וכו '.

שקול את התלות של הזרם העובר דרך פער גז עם שדה חשמלי אחיד בערך של המתח המופעל i (איור 1).

אורז. 1. מאפייני זרם-מתח של פריקת הגז

בתחילה, ככל שהמתח עולה, הזרם בפער גדל בשל העובדה שכמות המטענים הגוברת נופלת תחת פעולת שדה חשמלי על האלקטרודות (סעיף OA). בסעיף AB, הזרם כמעט ולא משתנה, מכיוון שכל המטענים הנוצרים עקב מייננים חיצוניים נופלים על האלקטרודות. זרם הרוויה Is נקבע על פי עוצמת המיינן הפועל על הפער.

עם עלייה נוספת במתח, הזרם עולה בחדות (סעיף BC), מה שמעיד על התפתחות אינטנסיבית של תהליכי יינון גז תחת פעולת שדה חשמלי. במתח U0, נצפית עלייה חדה בזרם בפער, שבמקרה זה מאבד את התכונות הדיאלקטריות שלו והופך למוליך.

התופעה שבה מופיעה תעלה בעלת מוליכות גבוהה בין האלקטרודות של פער הגז נקראת התמוטטות חשמלית (פירוק בגז נקרא לרוב פריקה חשמלית, כלומר כל תהליך היווצרות התמוטטות).

הפריקה החשמלית המתאימה לקטע של מאפיין OABS נקראת תלויה, שכן בסעיף זה הזרם במרווח הגז נקבע על פי עוצמת המיינן הפעיל. הפריקה בקטע שאחרי נקודה C נקראת עצמאית, שכן זרם הפריקה בקטע זה תלוי רק בפרמטרים של המעגל החשמלי עצמו (התנגדות שלו והספק מקור הכוח) ולצורך תחזוקתו, היווצרות חלקיקים טעונים. עקב מייננים חיצוניים אין צורך. המתח Wo בו מתחילה פריקה עצמית נקרא המתח ההתחלתי.

צורות של פירוק עצמי לגזים בהתאם לתנאים שבהם מתרחשת הפריקה, הן יכולות להיות שונות.

בלחץ נמוך, כאשר בשל מספר קטן של מולקולות גז ליחידת נפח, הפער אינו יכול לקבל מוליכות גבוהה, ופריקת זוהר... צפיפות הזרם בפריקה זוהרת נמוכה (1-5 mA / cm2), פריקה מכסה את כל החלל בין האלקטרודות.

אורז. 2. פריקת זוהר בגז

בלחץ גז קרוב לאטמוספרי ומעלה, אם הספק של מקור הכוח נמוך או המתח מופעל על הפער לזמן קצר, יש פריקת ניצוץ... דוגמה לפריקת ניצוץ היא הפריקה בצורה של ברק... בחשיפה ממושכת למתח, פריקת הניצוץ לובשת צורה של ניצוצות המופיעים לסירוגין בין האלקטרודות.

אורז. 3. פריקה כנה

במקרה של כוח משמעותי של מקור האנרגיה, פריקת הניצוץ הופכת לקשת, שבה זרם יכול לזרום דרך הפער, להגיע למאות ואלפי אמפר. זרם כזה תורם לחימום ערוץ הפריקה, הגדלת מוליכותו, וכתוצאה מכך מתקבלת עלייה נוספת בזרם. מאחר שתהליך זה לוקח קצת זמן להשלים, אז עם הפעלת מתח לטווח קצר, פריקת הניצוץ אינה הופכת לפריקת קשת.

אורז. 4. פריקת קשת

בשדות מאוד לא-הומוגניים, פריקה עצמית מתחילה תמיד בצורה של פריקת קורונה, המתפתחת רק באותו חלק של פער הגז שבו חוזק השדה הוא הגבוה ביותר (ליד הקצוות החדים של האלקטרודות). במקרה של פריקת קורונה, לא מתרחשת מוליכות גבוהה דרך תעלה בין האלקטרודות, כלומר החלל שומר על תכונות הבידוד שלו. ככל שהמתח המופעל גדל עוד יותר, פריקת העטרה הופכת לפריקה בתום לב או לקשת.

פריקת קורונה - סוג של פריקה חשמלית נייחת בגז בעל צפיפות מספקת, המתרחשת בשדה חשמלי לא-הומוגני חזק. יינון ועירור של חלקיקי גז ניטרליים על ידי מפולת אלקטרונים ממוקמים בכמות מוגבלת של אזור (מכסה קורונה או אזור יינון) של שדה חשמלי חזק ליד אלקטרודה עם רדיוס עקמומיות קטן. הזוהר הכחול או הסגול של הגז בתוך אזור היינון, באנלוגיה להילה של קורונה השמש, הוליד את השם של סוג זה של פריקה.

בנוסף לקרינה בגלוי, האולטרה סגול (בעיקר), כמו גם באורכי הגל הקצרים יותר של הספקטרום, פריקת הקורונה מלווה בתנועה של חלקיקי גז מאלקטרודת הקורונה - מה שנקרא "רוח חשמלית", זמזום, לפעמים פליטת רדיו, כימיה, תגובות (למשל, היווצרות תחמוצות אוזון ותחמוצות חנקן באוויר).

אורז. 5. פריקת קורונה לגז

הסדירויות של הופעת פריקה חשמלית בגזים שונים זהים, ההבדל נעוץ בערכי המקדמים המאפיינים את התהליך.