Виды самостоятельных газовых разрядов

Тлеющий разряд возникает при разности потенциалов между электродами порядка сотен и имеет силу тока порядка единиц ампер. Основными процессами, поддерживающими разряд, являются вторичная электронная эмиссия из катода, вызванная бомбардировкой его положительными ионами, и ударная ионизация электронами молекул газа. Тлеющий разряд практически не нагревает газ. Т.к. напряженность поля в тлеющем разряде невелика, для осуществления этих физических процессов необходима большая длина свободного пробега частиц, поэтому разряд происходит в разряженных газах, при давлении порядка сотен Па. Примерами тлеющего разряда газосветные рекламные трубки, лампы дневного света, неоновые лампы.

Дуговой разряд открыт в 1802 г. В.В. Петровым. Он возникает при разведении первоначально соприкасавшихся электродов и может протекать как при низком (порядка сотен Па), так и при высоком (до 1000 атм.) давлении. Сила тока в дуге может достигать нескольких сотен А при напряжении в несколько десятков вольт. Температура плазмы в дуге составляет около 6000К, а в дуге сверх высокого давления - до 10000К. Основными процессами, поддерживающими разряд, являются термоэлектронная эмиссия с поверхности разогретого катода (его температура 3000С) и термическая ионизация в канале дуги. Примеры использования дугового разряда в технике: дуговые электропечи, электросварка, прожектора (в качестве источника света).

Искровой разряд- это прерывистый разряд в газе, возникающий в случаях, когда напряженность поля достигает пробивного для данного газа значения Е_пр. значение Е_пр зависит от давления - для воздуха при атмосферном давлении Е_пр = 3*10⁶ В/м.

Искровой разряд сопровождается образованием ярко светящегося извилистого, разветвленного канала, по которому проходит кратковременный импульс тока большой силы. Примером искрового разряда является молния: длина ее бывает до 10 км, диаметр канала - до 40 см, сила тока составляет 10⁵ А и более, продолжительность импульса 10^-4 с. каждая молния состоит из нескольких (до 50) импульсов, следующих по одному сильно ионизированному каналу (стримеру). Основные физические процессы, поддерживающие разряд: фотоионизация и ударная ионизация.

Искровой разряд применяется для обработки металлов, для воспламенения горючей смеси в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. При большой мощности источника тока искровой разряд переходит в дуговой.

Кистевой и коронный разряды возникают в газах при атмосферном давлении в сильно неоднородном поле, когда ударная ионизация возникает не во всем пространстве, занятом полем, а лишь вблизи электродов или проводов, где напряженность поля наиболее высокая. Достигая областей с меньшей напряженностью, лавины затухают, т.е. коронный разряд представляет собой неполный пробой газового промежутка, и возникает при напряжении, несколько меньшим, чем необходимо для возникновения искры. При повышении напряжения коронный разряд переходит в искровой.

Если один из электродов имеет форму острия, а другой - диска, возникает разряд, напоминающий кисть из светящихся нитей, который так и называется - кистевой.

Коронный разряд на верхушках мачт, деревьев и т.п., возникающий под действием атмосферного электричества, получил название огней святого Эльма.

Коронирование проводов в линиях высоковольтных передач приводит к вредным утечкам тока, поэтому диаметр проводов делают тем больше, чем выше напряжение линии.

Релаксационными электрическими колебаниями называется периодическое изменение по величине тока и напряжения скачкообразно. Релаксационные колебания возникают в контуре, содержащего лампу тлеющего разряда Л, высокое сопротивление R и конденсатор С.

рис.1

При включении к такому источнику с напряжением U₀ пойдет ток, заряжающий конденсатор и напряжение на конденсаторе U_c будет возрастать На графике участок ОД (рис. 2). При напряжении U_l -называемомое потенциалом зажигания, лампа загорается, становится проводящей и через нее разряжается конденсатор, вследствие чего напряжение U_c резко падает. На графике участок ДЕ. Но конденсатор разрядится не полностью, т.к. разряд прекращается в момент погасания лампы. Погасание лампы происходит при некотором значении напряжения U_z, которое называется потенциалом погасания лампы. Затем начинается новая зарядка конденсатора, но уже от величины потенциала погасания до потенциала зажигания (на графике участок ЕД) после чего происходит новая разрядка и процесс повторяется с периодом Т, который практически равен времени зарядки конденсатора от U_z до U_l.

Время зарядки конденсатора тем больше, чем больше емкость и сопротивление.

Выведем формулу зависимости Т от R и С. Имеем систему уравнений:

где I -ток, текущий через сопротивление и заряжающий конденсатор

q- заряд конденсатора

С - емкость конденсатора

t- время

Совместное решение этих уравнений дает:

а после разделения переменных имеем:

(4)

Интегрируя (4) получим:

(5)

Определим постоянную интегрирования С. Формула (3) дает зависимость между параметрами при зарядке конденсатора и для участка ОД, и для ДЕ на графике. Разница будет в величине С ,т.к, нас интересует период I, то мы должны рассмотреть участок ЕД, т.е, отсчет времени вести с начала этого участка. Так при t=0, U_c= U_z подставим эти значение в (5).

0=-ln(U₀-U_z)+C₀

откуда имеем С₀=ln(U₀-U_z)

Подставляем найденное значение С в уравнение (5) и имеем:

(6)