ИЭ (13.03.02) / Лекции / Презентации / лекция 1_2
.pdf
vDe vDi
Электроны намного быстрее ионов покидают промежуток и поглощаются анодом
Таунсендовский (темный) разряд. Условие самостоятельности (i=1 мкА).
Искажение электрического поля в промежутке, обусловленное лавиной
Для поддержание самостоятельного разряда достаточно лишь приложенного напряжения
Число электронов в лавине в промежутке длиной S c учетом «прилипания»
(1) N |
e |
e( )S |
- коэффициент прилипания |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
N |
i |
N |
e |
1 - число образовавшихся ионов |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-эффективный коэффициент извлечения |
|||||||||
|
электрона из катода при столкновении с +ионом |
||||||||
10 4 |
|
|
|
(3) Ni 1 |
|||||
Условие генерации новой лавины |
|||||||||
откуда |
(4) |
e( )S 1 |
|
1 |
|
||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Разряд в форме стримера
Лавина переходит в стример формируется при Ni,e 107 109
Это достигается в плотных , включая нормальные условия, газах и достаточно длинных (свыше 2см) газовых промежутков S
vдрейфа vстримера
|
Анодный стример |
|
формируется после |
|
пересечении лавиной |
|
промежутка |
|
при ( S 20) |
( x 20, x S ) |
vстримера 106 108 см / с |
Фотография катодного стримера
S=30 мм U=42 кВ, P=740 торр
После пересечения стримером промежутка наступает стадия главного разрядаобразование хорошо проводящего светящегося канала искры
Закон Пашена. Подобие разрядных промежутков
|
Выше имели условие |
|
|
(1) |
e |
( )S |
1 |
1 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
самостоятельности разряда в |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
η=0 |
|
e S |
1 |
|
|
|
|
||||||||
При низких давлениях P |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
В то же время экспериментально |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
||||
|
|
ln |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
PAe |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
выше) дает |
|
|
|
|
|
|
E / P |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
(2) |
|
|
|
|
|
|
подтвержденная формула Таунсенда (см.(3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
где E – напряженность электрического поля, А, В – константы газа |
|
||||||||||||||||
|
S |
|
|||||||||||||||||||||
В однородном поле |
(4) |
E |
U |
Приравнивая выражения для α найдем |
|
|
|||||||||||||||||
S |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпр |
B (P S ) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
ln |
A (P S ) |
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Данное напряжение также носит название начального, как минимально необходимое для поддержания ионизационных
процессов
(6)
Uпр f (P S )
Влияние температуры – обратное по отношению к росту давления
Uпр UпрПашена0.386 |
Pмм рт.ст. |
(1) |
|
TK |
|||
|
|
Отклонения от закона Пашена
1) Низкие (близкие к вакууму) давления. Главная роль принадлежит процессам на электродах в частности на катоде
2) Высокие давления и длины промежутков. Основной механизм разряда стример и объемная фотоионизация. Появление вторичных лавин в объеме ведет к снижению пробивного напряжения.
Практическое использование закона Пашена
1)Вакуумная изоляция установок высокого напряжения
2)Газовая изоляция высокого давления
3)При конструировании следует избегать минимума кривой Пашена, в которой Uпр≈300 В
Практическая аппроксимация кривой Пашена ( правая ветвь)
(1) Uпр a( S ) b
S
P T0
P0 T
- относительная плотность воздуха
[T]=K
|
|
Постоянные |
Воздух |
O2 |
|
N2 |
H2 |
He |
Ne |
|||
|
a, кВ/см |
|
|
24.5 |
26 |
23.5 |
12.6 |
2.01 |
1.82 |
|||
|
b, кВ/см^1/2 |
6.4 |
6.35 |
9.55 |
4.33 |
1.55 |
1.57 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
Eпр |
a b |
|
|
|
|
S Eпр |
|
|||
|
|
S |
|
S |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разбиение газового промежутка для увеличения электрической прочности
Uпр1 Епр1 S1 Епр2 S2
Епр1 Епр
Епр2 Епр
Uпр2 Епр S
Разряд в неоднородном электрическом поле
Картина квазиоднородного электрического поля |
Eср Emax |
|
Emax
Eср
Цилиндрический провод над плоскостью
E |
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ср |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Emax |
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
, r H |
Emax |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
r ln |
2(H |
r) |
|
||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Emax |
|
|
|
0.9U |
, r H |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
r ln |
r H |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
||
Два параллельных цилиндрических провода
E |
U |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ср |
|
|
2H |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Emax |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
, r H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2r ln |
4(H |
r) |
|
||||||||
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Emax |
|
|
0.45U |
|
|
, r H |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
r ln |
r 2H |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|