1.7.Разряды в неоднородном поле. Закон подобия разрядов

Неоднородным называется электрическое поле, в котором напряженность поля в различных точках различна. Такие поля имеют место, если электроды имеют сложную форму или отличаются друг от друга по форме (острие-плоскость, острие-шар и т.п.). Степень неоднородности поля характеризуется коэффициентом неоднородности , где , – расстояние между электродами.

Для однородного поля . Если , то поле называется слабонеоднородным. Такие условия соответствуют полю двух концентрических цилиндров , параллельных проводов и для двух сфер одинакового радиуса .

Р

Рис. 1.5 – Распределение напряженности между электродами цилиндрического конденсатора

ассмотрим случай неоднородного поля для двух коаксиальных цилиндров радиусом и (рис. 1.5). Напряженность электрического поля в любой точке между цилиндрами определяется выражением

. (1.14)

Условие самостоятельности разряда с учетом коэффициента ионизации будет

. (1.15)

Но т.к. нелинейно зависит от и , то напряжение возникновения разряда будет зависеть от соотношения и , т.е. . Последнее выражение характеризует закон подобия разрядов. Для неоднородного поля при начальное напряжение развития разряда является функцией произведения плотности (давления) газа на один из параметров промежутка и отношения к этому параметру всех остальных размеров, определяющих форму промежутка.

Вывод: в геометрически подобных промежутках начальное напряжение разряда будет зависеть от . Если сохранять промежутки геометрически подобными, начальные напряжения останутся неизменными при пропорциональном изменении плотности газа.

Д

Рис. 1.6 – Зависимость напряженности поля от отношения

ля случая двух коаксиальных цилиндров радиусом и , максимальное значение напряженности на поверхности цилиндра радиусом в зависимости от отношения будет иметь вид кривой (рис. 1.6, кривая 1) с минимумом при . Если для электродов напряженность поля начального разряда равна и не зависит от расстояния, то имеем две характерные области развития разрядов: и .

В области , когда (точка К₁), образование ионизирующего слоя возле цилиндра радиусом как бы увеличивает его радиус, т.е. уменьшает отношение , что приводит к увеличению напряженности электрического поля, увеличению области ионизации и развитию стримера. Стример достигает противоположного электрода, образуется канал высокой проводимости, возникает самостоятельный разряд, переходящий в пробой. Поле в этом случае будет слабонеоднородным.

В области при также возникает самостоятельный разряд, но в этом случае при уменьшении уменьшается напряженность электрического поля до . В дальнейшем расширение области самостоятельного разряда прекращается, т.к. при не выполнется условие самостоятельности разряда. Таким образом при ( ) будет существовать устойчивый самостоятельный разряд, охватывающий только часть пространства. Такой разряд называется коронным.

Для того, чтобы коронный разряд перешел в пробой, необходимо поднять напряжение до значения , при котором кривая (кривая 2) будет касаться прямой в одной точке , т.е. и . Такое поле называется резконеоднородным.

Условием возникновения самостоятельного разряда в неоднородном поле будет .

Для практических расчетов пользуются эмпирической формулой

, (1.16)

где – радиус электрода с большей кривизной; – расстояние между электродами; – коэффициент неоднородности электрического поля. Значения и зависят от формы электродов и приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Значения коэффициентов и

Форма электродов
цилиндрический конденсатор	0,65
провод–плоскость	0,65	при	для двух параллельных проводов
шар–плоскость	0,78		для двух параллельных шаров
сферический конденсатор	0,89