Soorten elektrische ontlading in gassen

Elektrische ontlading in gassen omvat alle gevallen van beweging in gassen onder invloed van een elektrisch veld van geladen deeltjes (elektronen en ionen) als gevolg van ionisatieprocessen... Een voorwaarde voor het optreden van een ontlading in gassen is de aanwezigheid van vrije ladingen erin - elektronen en ionen.

Een gas dat alleen uit neutrale moleculen bestaat, geleidt helemaal geen elektrische stroom, d.w.z. een ideaal diëlektricum... In reële omstandigheden bevat het gas, dankzij de werking van natuurlijke ionisatoren (ultraviolette straling van de zon, kosmische straling, radioactieve straling van de aarde, enz.), altijd een bepaalde hoeveelheid vrije ladingen - ionen en elektronen, die het een bepaalde elektrische geleidbaarheid geven.

Het vermogen van natuurlijke ionisatoren is erg laag: als gevolg van hun werking wordt elke seconde in elke kubieke centimeter ongeveer één paar ladingen in de lucht gevormd, wat overeenkomt met een toename van de volumedichtheid van ladingen po = 1,6-19 CL / (cm3 x inch). Elke seconde ondergaat dezelfde hoeveelheid ladingen recombinatie. Het aantal ladingen in 1 cm3 lucht blijft tegelijkertijd constant en gelijk aan 500-1000 paar ionen.

Dus als er een spanning wordt aangelegd op de platen van een platte luchtcondensator met een afstand S tussen de elektroden, dan zal er een stroom in het circuit ontstaan, waarvan de dichtheid J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 is. .

Het gebruik van kunstmatige ionisatoren verhoogt de stroomdichtheid in het gas vele malen. Wanneer de gasspleet bijvoorbeeld wordt verlicht met een kwikkwartslamp, neemt de stroomdichtheid in het gas toe tot 10 - 12 A / cm2; in aanwezigheid van een oprechte ontlading nabij het geïoniseerde volume, stromen in de orde van grootte van 10-10 A / cm2, enz.

Overweeg de afhankelijkheid van de stroom die door een gasspleet met een uniform elektrisch veld gaat van de waarde van de aangelegde spanning i (fig. 1).

Rijst. 1. Stroom-spanningskarakteristieken van de gasontlading

Aanvankelijk, naarmate de spanning toeneemt, neemt de stroom in de opening toe vanwege het feit dat de toenemende hoeveelheid ladingen valt onder de werking van een elektrisch veld op de elektroden (sectie OA). In sectie AB verandert de stroom praktisch niet, omdat alle ladingen die worden gevormd door externe ionisatoren op de elektroden vallen. De verzadigingsstroom Is wordt bepaald door de intensiteit van de ionisator die op de spleet inwerkt.

Met een verdere toename van de spanning neemt de stroom sterk toe (sectie BC), wat wijst op de intensieve ontwikkeling van gasionisatieprocessen onder invloed van een elektrisch veld. Bij spanning U0 wordt een sterke toename van de stroom in de opening waargenomen, die in dit geval zijn diëlektrische eigenschappen verliest en in een geleider verandert.

Het fenomeen waarbij een kanaal met hoge geleidbaarheid verschijnt tussen de elektroden van de gasspleet, wordt elektrische doorslag genoemd (doorslag in een gas wordt vaak elektrische ontlading genoemd, wat het hele proces van doorslagvorming betekent).

De elektrische ontlading die overeenkomt met het deel van de OABS-karakteristiek wordt afhankelijk genoemd, omdat in dit deel de stroom in de gasspleet wordt bepaald door de intensiteit van de actieve ionisator. De ontlading in het gedeelte na punt C wordt onafhankelijk genoemd, aangezien de ontlaadstroom in dit gedeelte alleen afhangt van de parameters van het elektrische circuit zelf (de weerstand en het vermogen van de stroombron) en voor het onderhoud ervan, de vorming van geladen deeltjes vanwege externe ionisatoren is niet vereist. De spanning Wo waarbij de zelfontlading begint, wordt de beginspanning genoemd.

Vormen van zelfontbinding in gassen, afhankelijk van de omstandigheden waaronder de ontlading plaatsvindt, kunnen ze verschillen.

Bij lage druk, wanneer vanwege het kleine aantal gasmoleculen per volume-eenheid de opening geen hoge geleidbaarheid kan krijgen, en een glimontlading... De stroomdichtheid in een glimontlading is laag (1-5 mA / cm2), de ontlading beslaat de gehele ruimte tussen de elektroden.

Rijst. 2. Gloeiontlading in gas

Bij gasdruk dicht bij atmosferische druk en hoger, als het vermogen van de stroombron laag is of als de spanning korte tijd op de opening wordt toegepast, is er een vonkontlading... Een voorbeeld van een vonkontlading is de ontlading in de vorm van bliksem… Bij langdurige blootstelling aan spanning neemt de vonkontlading de vorm aan van vonken die afwisselend tussen de elektroden verschijnen.

Rijst. 3. Oprechte ontlading

In het geval van een aanzienlijk vermogen van de energiebron, verandert de vonkontlading in een boog, waarin een stroom door de opening kan stromen en honderden en duizenden ampère kan bereiken. Een dergelijke stroom draagt ​​​​bij aan het verwarmen van het ontladingskanaal, waardoor de geleidbaarheid ervan toeneemt, en als resultaat wordt een verdere toename van de stroom verkregen. Aangezien dit proces enige tijd in beslag neemt, verandert de vonkontlading bij een kortstondige toepassing van spanning niet in een boogontlading.

Rijst. 4. Boogontlading

In zeer inhomogene velden begint zelfontlading altijd in de vorm van corona-ontlading, die zich alleen ontwikkelt in dat deel van de gasspleet waar de veldsterkte het hoogst is (bij de scherpe randen van de elektroden). Bij corona-ontlading ontstaat geen hoge geleidbaarheid door een kanaal tussen de elektroden, d.w.z. de ruimte behoudt zijn isolerende eigenschappen. Naarmate de aangelegde spanning verder wordt verhoogd, verandert de corona-ontlading in een bonafide of boogontlading.

Corona-ontlading - het type stationaire elektrische ontlading in een gas met voldoende dichtheid, optredend in een sterk inhomogeen elektrisch veld. Ionisatie en excitatie van neutrale gasdeeltjes door elektronenlawines zijn gelokaliseerd in een beperkte zone (coronakap of ionisatiezone) van een sterk elektrisch veld nabij een elektrode met een kleine kromtestraal. De lichtblauwe of violette gloed van het gas in de ionisatiezone, naar analogie met de halo van de zonnecorona, gaf aanleiding tot de naam van dit type ontlading.

Naast straling in het zichtbare, ultraviolet (voornamelijk), evenals in de kortere golflengten van het spectrum, gaat de corona-ontlading gepaard met de beweging van gasdeeltjes van de corona-elektrode - de zogenaamde "Elektrische wind", brom, soms radio-emissie, chemie, reacties (bijvoorbeeld de vorming van ozon en stikstofoxiden in de lucht).

Rijst. 5. Corona-ontlading in gas

De regelmaat van het optreden van elektrische ontlading in verschillende gassen is hetzelfde, het verschil ligt in de waarden van de coëfficiënten die het proces kenmerken.