2. Виды электрических разрядов вгазах

В реальном газе всегда присутствует конечное число заряжен- ных частиц – электронов и ионов. Свободные носители заряда обра- зуются в результате воздействия естественных ионизаторов – ульт- рафиолетового излучения солнца, космических лучей, радиоактив- ного излучения. Также свободные носители заряда образуются под действием электрического поля в результате ионизации. Этот про- цесс может носить нарастающий характер в виде лавины. В резуль- тате канал между электродами приобретает высокую проводимость и наступает пробой газообразного диэлектрика.

Разряды в газах могут носитьсамостоятельныйинесамостоя-тельныйхарактер. Если в газовом промежутке ток протекает только под воздействием внешнего ионизатора, то такой разряд называется несамостоятельным (рис. 1.1, участокОАВС). Если ток разряда за- висит от параметров цепи (сопротивления и мощности источника), то разряд называется самостоятельным (рис. 1.1, после точкиС).

Для поддержания самостоятельного разряда не требуется образова- ния заряженных частиц за счет внешних ионизаторов.

Рис. 1.1. Вольт-амперная характеристика газового разряда:

U_п– напряжение пробоя;I_н– ток насыщения

При малых давлениях из-за небольшого числа молекул промежу- ток неможетприобрести большуюпроводимость.Тогдавозникаеттлеющий разряд с плотностью токаj= 1–5 мА/см². Разряд охваты- вает всю область между электродами. При атмосферном давлении (или выше) при малой мощности источника или при кратковре- менном приложении напряжения возникает искровой разряд (мол- ния). При длительном действии напряжения искровой разряд повто- ряется периодически до снятия напряжения. При большоймощно- сти источникапитанияразрядможетноситьдуговой характер.Вэтомслучае ток может достигать 10²–10³А,а температура до 6000 °С.

В резконеоднородном поле самостоятельный разряд имеет видкороны(свечение). При коронном разряде в промежутке между электродами не возникает сквозного канала высокой проводимости, но при дальнейшем увеличении напряжения может возникать ис- кровой или дуговой разряд.

Закономерности развития электрического разряда в разных газах одинаковы, разница заключается лишь в значении коэффициентов, характеризующих этот процесс.

3. Разряд в воздушном промежутке при длительном воздействиинапряжения

Необходимым условием развития разряда в газах является нали- чие свободных электронов. Свободные носители зарядов могут воз- никать какза счетвнешних воздействий, так и засчетэмиссии электронов с поверхности электродов. Свободные носители заряда, в основном электроны, под действием электрического поля могут приобретать энергию, достаточную для выбивания новых электро- нов при столкновении с молекулами или атомами. Этот процесс на- зываетсяударной ионизацией. Образующиеся при этом положи- тельные ионынеиграют роли в процессе столкновения, но они мо- гут искажать картину электрического поля итемсамым косвенно способствовать процессуионизации.

Процесс ионизации газа при постоянной напряженности элек-

трического поля

Econst

определяется энергией ионизации газа

W_ии длиной свободного пробега электрона:

W_иqE_иqU_и, (1.1)

гдеq– заряд электрона;

U_и– потенциал ионизации газа (табл. 1.1).

Если на длинеэлектрон приобретает энергиюWW_и, то име- ет место выбивание свободного электрона (вторичного электрона). Вторичные электроны также могут приобретать энергиюWW_ина длине пробегаи порождать при столкновении новые свободные электроны. Таким образом процесс ударной ионизации может но- сить лавинообразный характер.

ЕслиW<W_и, возникает возбужденное состояние электрона ато-

ма. Это состояние не является устойчивым и через

10^8

с воз-

бужденный электрон возвращается на прежний энергетический уровень. При этом имеет место излучение кванта энергии. Если другой электрон сообщает возбужденному электрону энергию, не- обходимую для ионизации, то происходит ступенчатая ионизация. Одновременно с ионизацией всегда идет рекомбинация, которая сопровождается выделением энергии. Поэтому разряд сопровожда- ется свечением.

Таблица 1.1

Потенциал ионизации некоторых газов

газ	H2	N2	O2	SO2	Cl	N2O
Uи, В	15,4	15,8	12,5	12,3	11,8	12,9

Длина свободного пробегазависит от давленияp, температу-

рыTи эффективного сечения

_эносителя заряда. Среднеезначе-

ниеможно определить по следующему выражению:

^kT, (1.2)

p_э

гдеk– постоянная Больцмана.

Эффективное сечение_э

определяется диаметром движущихся

частиц (электронов или ионов) и диаметром молекул.

Поскольку величинане является постоянной, то в теории га- зового разряда принято использовать коэффициент ударной иони- зации, который представляет собой число ионизаций, осуществ- ляемых электроном на единичном пути вдоль линии поля:



Apexp^^Bp, (1.3)



 ^E

гдеAи

_BAWи

q

• постоянные коэффициенты, зависящиеотха-

рактеристик газа и его температуры;

E– напряженность электрического поля между электродами. Эффективным коэффициентом ионизации называется

_э, (1.4)

где– коэффициент прилипания, число актов захвата электрона (рекомбинации) на 1 см пути.