9. Развитие заряда в однородном поле. Закон Пашена.

В промежутке с однородным полем условие самостоятельности разряда является одновременно и условием пробоя (разряда в промежутке).

Закон Пашена гласит: в однородном поле пробивные напряжения являются функцией произведения относительной плотности воздуха Z( давления p) и расстояния между электродами S :

При и увеличении плотности газа от значения, соответствующего минимуму кривой, электрическая прочность промежутка возрастает, т.к. уменьшается длина свободного пробега, увеличивается число столкновений и уменьшается вероятность ионизации. При уменьшении плотности относительно минимума возрастает за счет эффекта снижения числа столкновений. В связи с этим в изоляционных конструкциях используется газ под высоким давлением или под малым (вакуум).

При уменьшение L расстояния между электродами пробивная напряженность Eпр возрастает. За счет этого можно увеличить пробивное напряжение, если вместо одного газового промежутка толщиной L использовать n промежутков толщиной L/n, соединенных последовательно. На практике широко используется для уменьшения размеров изоляционных конструкций. При увеличении L Eпр стремится к своему максимуму.

10. Стримерная теория заряда. Разряд начинается с образования начальной лавины, развивающейся от катода к аноду. После за счет более медленных ионов на аноде сильно повышается напряженность и образуется объемный заряд, вследствие чего становиться возможном фотоионизация, в результате которой испускается фотон(фотоэлектрон), движущийся по направлению к аноду и вызывающий новую лавину электронов. Тем самым объемный заряд как бы переносится на расстояние х перед фронтом лавины и x+Δx от анода (Δx – длина лавины). Стадию разряда, на которой становится возможной фотоионизация ввиду излучения самой лавины называют стримерной.(характерно для больших расстояний между электродами).

Область между первой и второй лавинами заполняется электронами начальной и ионами вторичной лавины, т.е. образуется канал заполненный плазмой. В итоге получается проводящий канал называемый стримером. Скорость прорастания стримера превышает в (x+Δx)/ Δx раз скорость электронов в области фронта стримера и достигает 10^7-10^9 см/c. После того как стример достигает противоположного электрода, между электродами образуется канал высокой проводимости и развивается главный разряд. Выделяют катодный и анодный стример.

11. 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 .

Рис. 1.5 – Распределение напряженности между электродами цилиндрического конденсатора

Рассмотрим 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.

Для 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 .

Рис. 1.6 – Зависимость напряженности поля от отношения

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.

Выражение представляет собой математическую запись закона подобия разрядов: в неоднородных полях начальные напряжения являются функцией произведения плотности газа на один из геометрических размеров промежутка и отношений к этому размеру всех остальных определяющих геометрических размеров.

Например для параллельных цилиндров с радиусами Rиr, находящихся на расстоянии S друг от друга закон можно записать в виде: или Из закона следует, что для геометрически подобных промежутков, у которых отношения всех геометрических размеров одинаковы, начальные напряжения зависят только от произведения . Следовательно, если сохранять промежутки геометрически подобными, начальные напряжения останутся неизменными при изменении плотности газа обратно пропорционально изменению геометрических размеров

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.