Искровой разряд

В озникает при атмосферном давлении и очень больших напряженностях поля на всем промежутке между электродами. Характерный внешний вид: ярко светящийся разветвленный канал, по которому проходит кратковременный импульс тока большой силы. Газ в искровом канале разогревается до температуры порядка 10⁴ градусов, давление в канале резко повышается и канал резко расширяется. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как характерный "треск" искры (в случае молнии - гром). Свечение искрового разряда – это свечение раскаленной плазмы искрового канала.

Развитие искрового разряда объясняется стримерной теорией.

В близи катода зарождается электронная лавина; световые кванты (фотоны), испускаемые при рекомбинации, дают начало новым лавинам. Т.о. лавины зарождаются сразу во всем газовом промежутке между катодом и анодом. Совокупность этих лавин называют стримером. Когда лавины, развиваясь, сливаются вместе, образуется искровой канал, по которому проходит импульс тока, разрушающий канал.

Дуговой разряд

Е сли после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным – это дуговой разряд. При этом сила тока сильно возрастает, а напряжение на газовом промежутке падает примерно до 40 В.

Для зажигания дугового разряда необходим сильный разогрев катода – он разогревается за счет бомбардировки положительными ионами. Основной механизм поддержания разряда – термоэлектронная эмиссия с катода (при охлаждении катода разряд гаснет).

Газовой промежуток представляет собой сильно разогретую плазму (больше 10 тысяч градусов).

Используется для сварки, резки металлов и как мощный источник белого света (в прожекторах, проекционной аппаратуре).

Впервые был описан в 1802 г. русским учёным В. Петровым (другое название разряда – «дуга Петрова»). 

Электричество в атмосфере

1. Электрическое поле Земли.

В ясную погоду над пустынной равниной или морем средняя напряженность электрического поля 100 В/м, его линии напряженности направлены к поверхности Земли, т.е. Земля заряжена отрицательно.

Почему же мы не чувствуем это поле, хотя разность потенциалов на высоте человеческого роста около 170 В? Потому что заряд с земли переходит на поверхность тела человека и изменяет поле вокруг него – человек же, как проводник, приобретает потенциал Земли.

Как напряженность изменяется с высотой?

Казалось бы, Е Земли как заряженного шара радиусом 6400 км не должно заметно изменяться вплоть до высот в сотни км. Однако опыт показывает, что Е весьма быстро убывает с высотой: на высоте 1,5 км 25 В/м, а на высоте 50 км 0. На этой высоте расположена ионосфера.

Чем можно объяснить такое быстрое убывание? Очевидно, наличием положительных зарядов в атмосфере. Атмосфера не электронейтральна – положительных ионов в ней больше, чем отрицательных.

2. Электрические токи в атмосфере.

Раз в воздухе есть избыток положительных ионов и есть электрическое поле, направленное к Земле, значит, к Земле течет ток. Плотность атмосферного тока вблизи земной поверхности А/м², а полный ток, достигающий Земли, А.

Легко оценить полный заряд Земли Q, зная напряженность поля вблизи ее поверхности: В/м, откуда Кл.

При токе 1800 А Земля должна была бы разрядиться за время 250 с.

Как же поддерживается неизменный отрицательный заряд Земли? Долгое время это оставалось загадкой. Ключом к ней послужили тщательные измерения суточных колебаний электрического поля Земли.