Jenis nyahcas elektrik dalam gas

Nyahcas elektrik dalam gas termasuk semua kes pergerakan dalam gas di bawah tindakan medan elektrik zarah bercas (elektron dan ion) akibat proses pengionan... Prasyarat untuk berlakunya pelepasan dalam gas ialah kehadiran bebas caj di dalamnya - elektron dan ion.

Gas yang hanya terdiri daripada molekul neutral tidak mengalirkan arus elektrik sama sekali, i.e. dielektrik yang ideal... Dalam keadaan sebenar, disebabkan oleh tindakan pengion semula jadi (sinar ultraungu dari Matahari, sinaran kosmik, sinaran radioaktif dari Bumi, dsb.), gas sentiasa mengandungi sejumlah cas percuma — ion dan elektron, yang memberikannya kekonduksian elektrik tertentu.

Kuasa pengion semulajadi adalah sangat rendah: akibat tindakannya, kira-kira sepasang cas terbentuk di udara setiap saat dalam setiap sentimeter padu, yang sepadan dengan peningkatan ketumpatan volum cas po = 1.6-19 CL / (cm3 x dalam ). Jumlah caj yang sama mengalami penggabungan semula setiap saat. Bilangan cas dalam 1 cm3 udara pada masa yang sama kekal malar dan bersamaan dengan 500-1000 pasang ion.

Oleh itu, jika voltan dikenakan pada plat kapasitor udara rata dengan jarak S antara elektrod, maka arus akan diwujudkan dalam litar, ketumpatannya ialah J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 .

Penggunaan pengion tiruan meningkat berkali-kali ganda ketumpatan arus dalam gas. Sebagai contoh, apabila jurang gas diterangi dengan lampu kuarza merkuri, ketumpatan arus dalam gas meningkat kepada 10 — 12 A / cm2; dengan adanya pelepasan tulus berhampiran isipadu terion, arus urutan 10-10 A / cm2, dsb.

Pertimbangkan pergantungan arus yang melalui celah gas dengan medan elektrik seragam pada nilai voltan yang digunakan i (Rajah 1).

nasi. 1. Ciri-ciri voltan semasa nyahcas gas

Pada mulanya, apabila voltan meningkat, arus dalam jurang meningkat disebabkan oleh fakta bahawa peningkatan jumlah caj jatuh di bawah tindakan medan elektrik pada elektrod (bahagian OA). Dalam bahagian AB, arus secara praktikal tidak berubah, kerana semua cas yang terbentuk akibat pengion luar jatuh pada elektrod. Arus tepu Is ditentukan oleh keamatan pengion yang bertindak pada celah.

Dengan peningkatan selanjutnya dalam voltan, arus meningkat secara mendadak (bahagian BC), yang menunjukkan perkembangan intensif proses pengionan gas di bawah tindakan medan elektrik. Pada voltan U0, peningkatan mendadak dalam arus dalam jurang diperhatikan, yang dalam kes ini kehilangan sifat dielektriknya dan berubah menjadi konduktor.

Fenomena di mana saluran kekonduksian tinggi muncul di antara elektrod jurang gas dipanggil kerosakan elektrik (pecahan dalam gas sering dipanggil nyahcas elektrik, yang bermaksud keseluruhan proses pembentukan kerosakan).

Nyahcas elektrik yang sepadan dengan bahagian ciri OABS dipanggil bergantung, kerana dalam bahagian ini arus dalam jurang gas ditentukan oleh keamatan pengion aktif. Pelepasan di bahagian selepas titik C dipanggil bebas, kerana arus nyahcas dalam bahagian ini hanya bergantung pada parameter litar elektrik itu sendiri (rintangannya dan kuasa sumber kuasa) dan untuk penyelenggaraannya, pembentukan zarah bercas kerana pengion luaran tidak diperlukan. Voltan Wo di mana nyahcas diri bermula dipanggil voltan awal.

Bentuk pembubaran diri menjadi gas bergantung pada keadaan di mana pelepasan berlaku, mereka boleh berbeza.

Pada tekanan rendah, apabila disebabkan oleh bilangan kecil molekul gas per unit isipadu, jurang tidak dapat memperoleh kekonduksian yang tinggi, dan nyahcas cahaya... Ketumpatan arus dalam nyahcas cahaya adalah rendah (1-5 mA / cm2), nyahcas meliputi seluruh ruang antara elektrod.

nasi. 2. Pelepasan cahaya dalam gas

Pada tekanan gas yang hampir dengan atmosfera dan lebih tinggi, jika kuasa punca kuasa rendah atau voltan dikenakan pada celah untuk masa yang singkat, terdapat nyahcas percikan... Contoh nyahcas percikan ialah nyahcas dalam bentuk kilat… Dengan pendedahan yang berpanjangan kepada voltan, nyahcas percikan berbentuk bunga api yang muncul berselang-seli di antara elektrod.

nasi. 3. Pelepasan ikhlas

Dalam kes kuasa ketara sumber tenaga, nyahcas percikan bertukar menjadi arka, di mana arus boleh mengalir melalui celah, mencapai ratusan dan ribuan ampere. Arus sedemikian menyumbang kepada pemanasan saluran pelepasan, meningkatkan kekonduksiannya, dan akibatnya, peningkatan selanjutnya dalam arus diperolehi. Oleh kerana proses ini mengambil sedikit masa untuk diselesaikan, maka dengan penggunaan voltan jangka pendek, nyahcas percikan tidak bertukar menjadi nyahcas arka.

nasi. 4. Nyahcas arka

Dalam medan yang sangat tidak homogen, nyahcas diri sentiasa bermula dalam bentuk nyahcas korona, yang berkembang hanya di bahagian jurang gas di mana kekuatan medan adalah yang tertinggi (berhampiran tepi tajam elektrod). Dalam kes nyahcas korona, kekonduksian tinggi melalui saluran tidak berlaku di antara elektrod, iaitu ruang mengekalkan sifat penebatnya. Apabila voltan yang dikenakan ditingkatkan lagi, nyahcas korona berubah menjadi nyahcas bona fide atau arka.

Nyahcas korona — jenis nyahcas elektrik pegun dalam gas dengan ketumpatan yang mencukupi, berlaku dalam medan elektrik tidak homogen yang kuat. Pengionan dan pengujaan zarah gas neutral oleh runtuhan elektron disetempatkan dalam jumlah zon terhad (topi korona atau zon pengionan) medan elektrik yang kuat berhampiran elektrod dengan jejari kelengkungan yang kecil. Cahaya biru pucat atau ungu gas di dalam zon pengionan, dengan analogi dengan halo korona suria, menimbulkan nama pelepasan jenis ini.

Sebagai tambahan kepada sinaran dalam ultraungu yang boleh dilihat (terutamanya), serta dalam spektrum panjang gelombang yang lebih pendek, pelepasan korona disertai dengan pergerakan zarah gas dari elektrod korona - yang dipanggil "Angin elektrik", hum, kadangkala pelepasan radio, kimia, tindak balas (contohnya, pembentukan ozon dan nitrogen oksida di udara).

nasi. 5. Pelepasan Corona ke dalam gas

Keteraturan penampilan pelepasan elektrik dalam gas yang berbeza adalah sama, perbezaannya terletak pada nilai pekali yang mencirikan proses.