2. Виды самостоятельных разрядов Тлеющий разряд

Возникает при пониженном давлении (порядка нескольких мм рт. ст.).

Напряжение зажигания не очень велико. Строго говоря, важно не напряжение, а значение напряженности поля Е. При уменьшении давления напряженность зажигания уменьшается во столько раз, во сколько возрастает длина свободного пробега электронов.

Демонстрация: тлеющий разряд в трубке при откачке воздуха.

При давлении около 50 мм рт.ст. в трубке начинается самостоятельный разряд в виде красноватого шнура, идущего от катода к аноду. При давлении 2-3 мм рт.ст. свечение заполняет всю трубку. При давлении 0,1 – 0,01 мм рт.ст. разряд имеет вид, схематически показанный на рисунке (под этим рисунком изображен график изменения потенциала вдоль трубки). При дальнейшем понижении давления светящийся столб распадается на страты, при этом интенсивность разряда становится исчезающе малой (т.к. в газе остается мало молекул).

Основные части разряда:

1 – первое темное катодное пространство (такое тонкое, что его трудно заметить): электроны еще не набрали энергии для возбуждения атомов;

2 – тонкая катодная пленка: электроны возбуждают молекулы, но еще не ионизуют их (свечение возникает при возвращении молекул в основное состояние);

3 – второе темное катодное пространство (на самом деле он не совсем темное): здесь начинается ударная ионизация молекул и образуются электронные лавины. Эта область наиболее важна для поддержания разряда, т.к. создаваемые здесь положительные ионы вызывают вторичную электронную эмиссию с катода.

4 – тлеющее свечение рекомбинации («отрицательное тлеющее свечение», т.к. здесь преобладает отрицательный заряд электронов);

5 – фарадеево темное пространство: электроны растратили свою энергию на ионизацию и нуждаются в новом «разбеге».

6 – «положительный столб» разряда, простирающийся до анода: вещество в состоянии плазмы, т.е. смеси положительных ионов и электронов. Он занимает большую часть трубки, и его свечение рекомбинации имеет наибольшее практическое значение, но для поддержания разряда эта область не нужна: можно приблизить анод вплотную к границе 5-6, и части 1 – 5 разряда не изменятся.

Основные процессы, поддерживающие тлеющий разряд: ударная ионизация с образованием электронных лавин, вторичная эмиссия на катоде и фотоионизация.

Коронный разряд

В озникает при атмосферном давлении в резконеоднородном электрическом поле: электрод в виде острия или тонкой проволоки окружен светящейся короной. Чем больше напряжение, тем больше размер короны.

Демонстрация: коронный разряд на шарике.

Напряженность поля вблизи острия очень велика и даже при атмосферном давлении может превышать пробойное значение В/м. В области сильного поля («короны») образуются электронные лавины, которые обрываются на некотором расстоянии от электрода. Вне короны, где электрическое поле недостаточно сильное, ионы медленно дрейфуют к другому электроду (роль которого могут играть окружающие заземленные предметы) – это область несамостоятельного разряда.

В природе корона может наблюдаться перед грозой на верхушках мачт или шпилей («Огни святого Эльма»), около высоковольтных проводов линий электропередачи (чтобы избежать утечки заряда, провода делают достаточно толстыми).