Elektrilahenduse tüübid gaasides

Elektrilahendus gaasides hõlmab kõiki gaasides liikumise juhtumeid laetud osakeste (elektronide ja ioonide) elektrivälja toimel ionisatsiooniprotsesside tulemusena... Gaasilahenduse tekkimise eelduseks on vabade osakeste olemasolu. selles olevad laengud - elektronid ja ioonid.

Ainult neutraalsetest molekulidest koosnev gaas ei juhi üldse elektrivoolu, s.t. ideaalne dielektrik... Reaalsetes tingimustes sisaldab gaas looduslike ionisaatorite (Päikese ultraviolettkiirgus, kosmiline kiirgus, Maa radioaktiivne kiirgus jne) toimel alati teatud koguses vabu laenguid — ioone ja elektronid, mis annavad sellele teatud elektrijuhtivuse.

Looduslike ionisaatorite võimsus on väga madal: nende toime tulemusena tekib õhus igas kuupsentimeetris igas sekundis umbes üks laengutepaar, mis vastab laengute mahutiheduse suurenemisele po = 1,6-19 CL. / (cm3 x tolli). Iga sekund rekombineerub sama palju laenguid. Laengute arv 1 cm3 õhus jääb samal ajal muutumatuks ja võrdub 500-1000 paari ioonidega.

Seega, kui lameda õhukondensaatori plaatidele rakendada pinge elektroodide vahekaugusega S, tekib vooluringis vool, mille tihedus on J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Kunstlike ionisaatorite kasutamine suurendab gaasi voolutihedust mitu korda. Näiteks kui gaasipilu valgustatakse elavhõbe-kvartslambiga, suureneb gaasi voolutihedus 10–12 A / cm2-ni; siira tühjenemise juuresolekul ioniseeritud mahu lähedal, voolud suurusjärgus 10-10 A / cm2 jne.

Vaatleme ühtlase elektriväljaga gaasipilu läbiva voolu sõltuvust rakendatud pinge i väärtusest (joonis 1).

Riis. 1. Gaaslahenduse voolu-pinge omadused

Esialgu suureneb pinge suurenedes voolutugevus pilus, kuna suurenev laengute hulk langeb elektroodide elektrivälja toimel (jaotis OA). Sektsioonis AB vool praktiliselt ei muutu, kuna kõik väliste ionisaatorite tõttu tekkinud laengud langevad elektroodidele. Küllastusvool Is määratakse pilule mõjuva ionisaatori intensiivsusega.

Pinge edasise suurenemisega suureneb vool järsult (jaotis BC), mis näitab gaasi ionisatsiooniprotsesside intensiivset arengut elektrivälja toimel. Pingel U0 täheldatakse pilus oleva voolu järsku suurenemist, mis sel juhul kaotab oma dielektrilised omadused ja muutub juhiks.

Nähtust, mille korral gaasipilu elektroodide vahele tekib kõrge juhtivusega kanal, nimetatakse elektriliseks läbilöögiks (gaasi purunemist nimetatakse sageli elektrilahenduseks, mis tähendab kogu lagunemise tekkeprotsessi).

OABS-i karakteristiku lõigule vastavat elektrilahendust nimetatakse sõltuvaks, kuna selles jaotises määrab gaasipilu voolu aktiivse ionisaatori intensiivsus. Tühjendust punkti C järgses osas nimetatakse sõltumatuks, kuna tühjendusvool selles jaotises sõltub ainult elektriahela enda parameetritest (takistus ja toiteallika võimsus) ning selle hooldamiseks laetud osakeste moodustumisest. väliste ionisaatorite tõttu pole vajalik. Pinge Wo, mille juures algab isetühjenemine, nimetatakse algpingeks.

Iselahustumise vormid gaasideks võivad olenevalt tingimustest, milles tühjenemine toimub, olla erinevad.

Madalrõhul, kui gaasimolekulide väikese arvu tõttu ruumalaühikus ei saa vahe omandada suurt juhtivust ja hõõglahendus... Voolutihedus hõõglahenduses on madal (1-5 mA / cm2), tühjenemine katab kogu elektroodide vahelise ruumi.

Riis. 2. Hõõglahendus gaasis

Atmosfäärilähedase ja kõrgema gaasirõhu korral, kui jõuallika võimsus on madal või pinge on lühiajaliselt lühenenud, tekib sädelahendus... Sädelahenduse näide on tühjenemine välgu kujul… Pikaajalisel kokkupuutel pingega toimub sädelahendus sädemete kujul, mis tekivad vaheldumisi elektroodide vahele.

Riis. 3. Siiras heakskiidu

Energiaallika olulise võimsuse korral muutub sädelahendus kaareks, mille käigus võib läbi pilu voolata vool, mis ulatub sadade ja tuhandete ampriteni. Selline vool aitab kaasa tühjenduskanali kuumutamisele, suurendab selle juhtivust ja selle tulemusena suureneb vool veelgi. Kuna see protsess võtab aega, siis lühiajalise pinge rakendamisel ei muutu sädelahendus kaarlahenduseks.

Riis. 4. Kaarlahendus

Väga ebahomogeensetes väljades algab isetühjenemine alati koroonalahendusena, mis areneb ainult gaasipilu selles osas, kus väljatugevus on suurim (elektroodide teravate servade läheduses). Koroonlahenduse korral ei teki elektroodide vahel suurt juhtivust läbi kanali, st ruum säilitab oma isoleerivad omadused. Kui rakendatud pinget veelgi suurendatakse, muutub koroonalahendus heauskseks või kaarlahenduseks.

Koroonalahendus — paikse elektrilahenduse tüüp piisava tihedusega gaasis, mis tekib tugevas ebahomogeenses elektriväljas. Neutraalsete gaasiosakeste ioniseerimine ja ergastamine elektronlaviinide toimel paiknevad väikese kõverusraadiusega elektroodi lähedal tugeva elektrivälja piiratud hulgal tsoonis (koroonakang või ionisatsioonitsoon). Gaasi kahvatusinine või violetne kuma ionisatsioonitsoonis, analoogselt päikesekrooni haloga, andis selle tüüpi heite nimetuse.

Lisaks kiirgusele nähtaval, ultraviolettkiirgusel (peamiselt), aga ka spektri lühematel lainepikkustel kaasneb koroonalahendusega gaasiosakeste liikumine koroonaelektroodilt — nn. "Elektrituul", sumin, mõnikord raadiokiirgus, keemia, reaktsioonid (näiteks osooni ja lämmastikoksiidide teke õhus).

Riis. 5. Koroonaheide gaasi

Elektrilahenduse ilmnemise seaduspärasused erinevates gaasides on samad, erinevus seisneb protsessi iseloomustavate koefitsientide väärtustes.