أنواع التفريغ الكهربائي في الغازات

يشمل التفريغ الكهربائي في الغازات جميع حالات الحركة في الغازات تحت تأثير مجال كهربائي للجسيمات المشحونة (الإلكترونات والأيونات) نتيجة عمليات التأين ... الشرط الأساسي لحدوث التفريغ في الغازات هو وجود حر الشحنات فيه - الإلكترونات والأيونات.

لا يقوم الغاز الذي يتكون من جزيئات محايدة فقط بتوصيل تيار كهربائي على الإطلاق ، أي عازل مثالي ... في الظروف الحقيقية ، بسبب عمل المؤينات الطبيعية (الأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، والأشعة الكونية ، والإشعاع المشع من الأرض ، وما إلى ذلك) ، يحتوي الغاز دائمًا على كمية معينة من الشحنات المجانية - أيونات و الإلكترونات ، والتي تمنحها موصلية كهربائية معينة.

قوة المؤينات الطبيعية منخفضة جدًا: نتيجة لعملها ، يتم تكوين زوج واحد من الشحنات في الهواء كل ثانية في كل سنتيمتر مكعب ، وهو ما يتوافق مع زيادة كثافة حجم الشحنات p = 1.6-19 CL / (سم 3 × بوصة). نفس القدر من الرسوم يخضع لإعادة التركيب كل ثانية. يظل عدد الشحنات في 1 سم 3 من الهواء في نفس الوقت ثابتًا ويساوي 500-1000 زوج من الأيونات.

وبالتالي ، إذا تم تطبيق جهد على ألواح مكثف هواء مسطح بمسافة S بين الأقطاب ، فسيتم إنشاء تيار في الدائرة ، كثافته J = 2poS = 3.2 × 10-19 S A / cm2 .

يزيد استخدام المؤينات الاصطناعية عدة مرات من كثافة التيار في الغاز. على سبيل المثال ، عندما تضاء فجوة الغاز بمصباح كوارتز زئبقي ، تزداد كثافة التيار في الغاز إلى 10-12 أمبير / سم 2 ؛ في حالة وجود تفريغ صادق بالقرب من الحجم المتأين ، تيارات بترتيب 10-10 أ / سم 2 ، إلخ.

ضع في اعتبارك اعتماد التيار الذي يمر عبر فجوة غاز مع مجال كهربائي موحد على قيمة الجهد المطبق i (الشكل 1).

أرز. 1. خصائص الجهد الحالي لتفريغ الغاز

في البداية ، مع زيادة الجهد ، يزداد التيار في الفجوة بسبب حقيقة أن الكمية المتزايدة من الشحنات تقع تحت تأثير المجال الكهربائي على الأقطاب الكهربائية (القسم OA). في القسم AB ، لا يتغير التيار عمليًا ، لأن جميع الشحنات المتكونة بسبب المؤينات الخارجية تقع على الأقطاب الكهربائية. يتم تحديد تيار التشبع من خلال شدة المؤين الذي يعمل على الفجوة.

مع زيادة أخرى في الجهد ، يزداد التيار بشكل حاد (القسم قبل الميلاد) ، مما يشير إلى التطور المكثف لعمليات تأين الغاز تحت تأثير مجال كهربائي. عند الجهد U0 ، لوحظت زيادة حادة في التيار في الفجوة ، والتي في هذه الحالة تفقد خصائصها العازلة وتتحول إلى موصل.

تسمى الظاهرة التي تظهر فيها قناة عالية التوصيل بين أقطاب فجوة الغاز بالانهيار الكهربائي (غالبًا ما يُطلق على الانهيار في الغاز اسم التفريغ الكهربائي ، مما يعني العملية الكاملة لتشكيل الانهيار).

يُطلق على التفريغ الكهربائي المقابل لقسم خاصية OABS اسم تابع ، حيث يتم تحديد التيار في فجوة الغاز في هذا القسم من خلال شدة المؤين النشط. يُطلق على التفريغ في القسم بعد النقطة C اسمًا مستقلاً ، نظرًا لأن تيار التفريغ في هذا القسم يعتمد فقط على معلمات الدائرة الكهربائية نفسها (مقاومتها وقوة مصدر الطاقة) ولصيانتها ، تكوين الجسيمات المشحونة بسبب المؤينات الخارجية غير مطلوب. يُطلق على الجهد Wo الذي يبدأ عنده التفريغ الذاتي الجهد الأولي.

يمكن أن تكون أشكال الانحلال الذاتي إلى غازات حسب الظروف التي يحدث فيها التفريغ مختلفة.

عند الضغط المنخفض ، عندما يكون ذلك بسبب العدد الصغير من جزيئات الغاز لكل وحدة حجم ، لا يمكن للفجوة الحصول على موصلية عالية ، وتفريغ توهج ... كثافة التيار في تفريغ الوهج منخفضة (1-5 مللي أمبير / سم 2) ، يغطي التفريغ المساحة الكاملة بين الأقطاب الكهربائية.

أرز. 2. توهج التفريغ في الغاز

عند ضغط الغاز بالقرب من الغلاف الجوي وأعلى ، إذا كانت طاقة مصدر الطاقة منخفضة أو تم تطبيق الجهد على الفجوة لفترة قصيرة ، فهناك تفريغ شرارة ... مثال على تفريغ الشرارة هو التفريغ في شكل البرق... مع التعرض لفترات طويلة للجهد الكهربائي ، يأخذ تفريغ الشرارة شكل شرارات تظهر بالتناوب بين الأقطاب الكهربائية.

أرز. 3. التفريغ الصادق

في حالة وجود قوة كبيرة لمصدر الطاقة ، يتحول تفريغ الشرارة إلى قوس ، حيث يمكن للتيار أن يتدفق عبر الفجوة ، ويصل إلى مئات وآلاف من الأمبيرات. يساهم هذا التيار في تسخين قناة التفريغ ، وزيادة الموصلية ، ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على زيادة أخرى في التيار. نظرًا لأن هذه العملية تستغرق بعض الوقت حتى تكتمل ، فعند تطبيق الجهد على المدى القصير ، لا يتحول تفريغ الشرارة إلى تفريغ القوس.

أرز. 4. تفريغ القوس

في المجالات غير المتجانسة للغاية ، يبدأ التفريغ الذاتي دائمًا في شكل تفريغ إكليلي ، والذي يتطور فقط في ذلك الجزء من فجوة الغاز حيث تكون شدة المجال هي الأعلى (بالقرب من الحواف الحادة للأقطاب الكهربائية). في حالة التفريغ الهالي ، لا تحدث الموصلية العالية عبر قناة بين الأقطاب الكهربائية ، أي يحتفظ الفضاء بخصائصه العازلة. مع زيادة الجهد المطبق ، يتحول تفريغ الهالة إلى تفريغ حسن النية أو تفريغ القوس.

تفريغ كورونا - نوع التفريغ الكهربائي الثابت في غاز ذي كثافة كافية ، يحدث في مجال كهربائي قوي غير متجانس. يتم تحديد التأين وإثارة جسيمات الغاز المحايدة عن طريق الانهيارات الجليدية الإلكترونية في كمية محدودة من المنطقة (غطاء الاكليل أو منطقة التأين) لحقل كهربائي قوي بالقرب من قطب كهربائي بنصف قطر صغير من الانحناء. أدى التوهج الأزرق الباهت أو البنفسجي للغاز داخل منطقة التأين ، بالقياس إلى هالة الهالة الشمسية ، إلى ظهور اسم هذا النوع من التفريغ.

بالإضافة إلى الإشعاع في الأشعة فوق البنفسجية المرئية (بشكل أساسي) ، وكذلك في الأطوال الموجية الأقصر من الطيف ، يترافق تفريغ الهالة بحركة جزيئات الغاز من القطب الإكليل - ما يسمى "الرياح الكهربائية" ، همهمة ، أحيانًا انبعاث الراديو ، الكيمياء ، التفاعلات (على سبيل المثال ، تكوين الأوزون وأكاسيد النيتروجين في الهواء).

أرز. 5. تصريف كورونا في الغاز

انتظام ظهور التفريغ الكهربائي في الغازات المختلفة هو نفسه ، والفرق يكمن في قيم المعاملات التي تميز العملية.