12.4. Воль-амперная характеристика газового разряда

Х арактер газового разряда определяется его вольт-амперной характеристикой.

На участке ОА сила тока увеличивается прямо пропорционально напряжению – выполняется закон Ома.

На участке АВ рост тока замедляется, закон Ома нарушается.

На участке ВС рост тока прекращается – явление «ток насыщения». Это объясняется тем, что все электроны, созданные внешним ионизатором достигают соответствующих электродов.

Начиная с точки С рост тока возобновляется, это связано с тем, что при больших напряжениях электроны, возникающие под действием внешнего ионизатора, ускоряются электрическим полем настолько, что при столкновении с нейтральным атомом ионизируют их, потому, что масса электрона намного меньше массы иона, а электроны обладают большой кинетической энергией.

Если на участке ОС прекратить действие ионизатора, то газовый разряд прекратится. Значение тока насыщения служит характеристикой ионизатора. Заряженные положительные и отрицательные ионы и электроны появляются благодаря ускоренным электронам.

Ускоренные электроны, двигаясь к электродам, вновь ионизируют атомы и молекулы. Этот процесс называется ударной ионизацией.

Однако, ударной ионизации еще недостаточно для создания лавины (участок ДЕ на вольт-амперной характеристике). Для лавины необходимо наличие следующих процессов:

• ускоренные электрическим полем положительные ионы, достигая катода, выбивают из него вторичные электроны;

• положительные ионы, сталкиваясь с нейтральными атомами, переводят их в возбужденное состояние.

Переходя в основное состояние, возбужденные атомы излучают фотоны, эти фотоны вызывают ионизацию нейтральных атомов и молекул.

Процесс лавинообразно нарастает. Напряжение, при котором наблюдается лавинообразное нарастание тока, называется напряжением пробоя.

Газовый разряд, который прекращается после прекращения действия ионизатора, называется несамостоятельным газовым разрядом.

Самостоятельным газовым разрядом называется разряд, который сохраняется после прекращения действия ионизатора.

Таким образом, напряжение пробоя – напряжение, при котором несамостоятельный газовый разряд переходит в самостоятельный.

Различают несколько форм самостоятельных газовых разрядов, происходящих при нормальном и повышенном давлении.

12.5. Газовые разряды

1. Коронный разряд

~ возникает при нормальном давлении в газе, находящемся в сильно неоднородном электрическом поле, например около острия, около линии электропередач.

При коронном разряде ионизация газа и его свечение происходит только вблизи коронирующих электродов.

В случая коронирования катода образуется так называемая отрицательная корона. Электроны, вызывающие ударную ионизацию молекул газа выбиваются из катода ускоренными положительными заряженными ионами.

Если коронирует анод, то образуется положительная корона, а рождение электронов происходит в результате фотоионизации вблизи анода.

Отрицательное значение коронного разряда: утечка тока в линиях высокого напряжения, которая ведет к потерям электроэнергии.

Применяется для очистки газа в установках электрогазоочистки.

При повышенном напряжении коронный разряд на острие приобретает вид исходящих из острия перемещающихся во времени светящихся линий. Эти линии имеют ряд изломов и изгибов и образуют подобие кисти, вследствие чего этот разряд называют кистевой разряд. Если напряжение между электродами увеличивать, то при очень высоком напряжении коронный разряд переходит в искровой.

Искровой разряд представляет собой нестационарный самостоятельный разряд в газе, имеющий вид ярких зигзагообразных нитей-каналов, которые появляются и исчезают, сменяясь новыми. Каналы искрового разряда начинают расти – от отрицательного или положительного электрода. а иногда от какой-либо точки между электродами.

Это объясняется тем, что ионизация ударом происходит не по всему объему газа, а по отдельным каналам. проходящих в тех местах, в которых концентрация ионов случайно оказалась наибольшей.

Искровой разряд сопровождается выделением большого количества теплоты, ярким свечением газа, треском.

Пример искрового разряда – молния. Все разряды вызываются электронными и ионными лавинами, которые возникают в искровых каналах и приводят к увеличению давления и температуры.

Применение искрового разряда:

1. искровой разряд лежит в основе электроискровой обработки металлов и сплавов;

2. для воспламенения горючей смеси в карбюраторных двигателях;

3. для защиты электрических сетей от перенапряжения;

4. для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника.

В шаровом разряднике существуют два электрода, представляющие собой два полированных металлических шара. Шары раздвигают, и на них подается измеряемое напряжение. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха можно определить разность потенциалов шаров с помощью специальных таблиц. Таким способом можно измерять напряжение порядка сотен киловольт.