Область анода

Область анода так же, как и прикатодная, весьма тонкая, падение напряжения на ней зависит от режима работы анода, а их два. Первый ре­жим — диффузный имеет место при большой площади анода и плотности тока j < 10²A/cм², ток распределен по всему аноду и падение напряжения очень мало (13 В) (и даже бывает отрицательным). Второй режим: если площадь анода мала (ток выходит на края и т.д.), то при некоторой вели­чине тока (зависит от многих причин) ток собирается в пятно (или пят­на) с плотностью j = 10² А/см². Анодные пятна образуют правильные геометрические фигуры (!), иногда бегают, но тоже по упорядоченным траекториям (круги, овалы,...). Механизмы не известны.

Зажигание дуги

Зажигание дуги можно произвести, соединяя электроды (основ­ные или вспомогательные, как в игнитроне), а затем разъединяя их. Про­цесс зажигания дуги при размыкании цепи (при разъединении электродов) объясняется локальным разогревом электродов вследствие возникновения между ними плохого контакта, когда из-за большого сопротивления про­исходит нагрев места контакта до термоэмиссии и разряд зажигается. Та­кой же процесс происходит и при размыкании тока в сильноточных вы­ключателях с образованием вредных дуг, которые выжигают электроды.

Другой способ образования дуги — это ионизация в межэлектродном промежутке при подаче повышенного напряжения и выбор формы элек­тродов, способствующей разряду (обычно острие). Если в тлеющем разря­де увеличивать силу тока (путем снижения внешнего сопротивления или повышая ЭДС источника ), то при большой силе тока напряжение на электродах трубки начинает падать, разряд быстро развивается, превраща­ясь в дуговой. В большинстве случаев переход осуществляется скачком и нередко ведет к короткому замыканию.

Искровой и коронный, вч- и свч- разряды Искровой разряд

Искровой разряд принципиально импульсный, его изучали и до появления источников тока: трением заряжали конденсаторы («лейденские банки»), собирали атмосферное электричество в предгрозовых условиях. В России в XVIII в. работали М. Ломоносов и Г.Рихман, в Америке В.Франклин. Он предложил первое объяснение электрическим явлениям: электричество — «невесомая жидкость» (вроде «теплорода»), ее избыток — знак (+), недостаток — знак (—). Если соединить их проводником, то (+) потечет к (—)... Так, в электротехнике ток и до сих пор течет от (+) к (—)!.. Реальное изучение очень быстро протекающих искровых разрядов стало возможно с появлением камер Вильсона, приборов скоростного фотографирования, катодных осциллографов. Оказалось, что искра может загораться в плотном (давление порядка атмосферы и больше) газе при большой напряженности электрического поля. Первичная лавина быстро поляризуется — электроны отходят в сторону анода, а ионы практически стоят. При образовании лавины происходит много возбуждений с быстрым высвечиванием, фотоэффект создает новые электроны, новые лавины вблизи основной, они втягиваются в основную лавину, растет ее объединенный заряд, растет создаваемое им электрическое поле Е. Когда это поле Е примерно станет равным внешнему Е₀, возникает тонкий проводящий канал — стример, соединяющий электроды (стример может быть направлен к любому электроду или сразу к обоим). Скорость распространения стримеров (более 10⁸ см/с) гораздо больше скорости распространения электронных лавин, определяемой подвижностью электронов. Таким образом, для развития стримера необходимо выполнение двух условий: 1) поле лавины сравнивается с внешним полем (Е ~ Е₀); 2) излучение переднего фронта лавины достаточно для фотоионизации нужного количества атомов газа.

Лидер

Стриммер

Лавины

К

____________________

Рис. 8.8. Схема лидера, прорастающего от положительного острия по пути, проложенному стримерами, которые, в свою очередь, втягивают лавины

Собственно стример слабопроводящий, но перед самым замыканием межэлектродного промежутка вдоль него проходит волна скачка потенциала, образуется хорошо проводящий канал, и уже по нему проходит большой ток —собственно искра. Газ в канале сильно нагревается, возникает скачок давления —звуковая волна (в молнии — гром). (Изложение весьма упрощенное, но более аккуратное намного длиннее, а полной ясности все равно нет...)

Если межэлектродное расстояние большое, поле Е неоднородное, на конце стимера может образоваться хорошо проводящий участок — лидер (рис. 8.8), что характерно для молний, где последовательно образуется несколько лидеров, по существу, несколько разрядов с временными сдвигами в десятки миллисекунд.

Искровой разряд получил применение в промышленности, это так называемый «электроэрозионный» способ обработки металлов, запатентованный в ряде стран. Более подробно об искровом разряде см. [34].