60. Искровой разряд. Молния

Если увеличить напряжение между двумя электродами расположенных в атмосферном воздухе, то по достижению напряженностью электрического поля критической величины возникает электрическая искра. Критическое напряжение сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении равна 3*10⁶ В*м. Возникновению искры предшествует образование локальных ионизированных областей воздуха, их появление связано с электронными лавинами, когда один электрон при ударе выбивает не менее одного дополнительного электрона из нейтрального атома. Далее электроны ускоряются полем и создают следующее поколение электронов. Число электронов в лавине растет по закону геометрической прогрессии. Первая лавина создается вблизи катода, при этом ионизированная область воздуха является источником коротковолнового ультрафиолетового излучения. В результате фото-ионизации образуется хорошо ионизированный и хорошо проводящий канал, возникает искровой разряд. Искровой разряд применяется для искровой обработки поверхности металла. Зависимость пробиваемого напряжения от расстояния между электродами используют для измерения напряжения в искровом вольтметре. В энергетике искровой разряд применяют для защиты цепей от очень высокого напряжения. Линейная молния представляет собой гигантскую искру в атмосфере. Причиной сильного увеличения атмосферного электрического поля во время грозы является электрический заряд облаков. Наиболее часто отрицательный заряд расположен на той стороне облака, который расположен на земле. Когда электрическое поле становится достаточно большим возникает разряд. Молнии могут возникать между облаками, либо между облаком и Землей. Молния представляет собой серию разрядов общей длительностью до 1-й секунды. Мгновенное расширение газов в канале создает звуковой эффект – гром – результат звуковых волн, отраженных от звуковых препятствий. Для защиты сооружений от молний используют молниеотводы. Они представляют собой проводящие металлические стержни, соединенные с Землей и укрепленные выше самой высокой точки сооружения.

61. Дуговой разряд

При разведении первоначального соприкосновения угольных электродов, подключенных к источнику тока, между ними вспыхивает яркий свет. Светящийся нагретый газ, при горизонтальном расположении канала выгибается в виде дуги. Такой разряд называется дуговым. Сила тока в нем может достигать тысяч ампер, а напряжение несколько десятков вольт. Основными процессами в дуге являются термоэлектронные эмиссии с катода и термическая ионизация молекул газа. Электроны бомбардируют анод, в результате чего он раскаляется до очень высокой температуры. Его вещество при этом испаряется и образуется кратер – это самое горячее место дуги. Электронная дуга является мощным источником света и применяется в прожекторах. Такой источник света является более экономичными чем лампа накаливания и имеет спектр, составленный с большей долей коротковолновых излучений. Помимо дуг, горящих между угольными электродами, применяют также лампы высокого давления. В них дуга зажигается в парах ртути или в инертном газе при давлении до 100 атмосфер. Дуга широко используется для сварки и резки металлов.