Лабы / Кутонов5А93_лб1
.docxМинистерство науки и высшего образования Российской федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» |
Инженерная школа энергетики
Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Отделение Электроэнергетики и электротехники
Отчет по лабораторной работе №1
«Разряд в слабонеоднородном поле»
Выполнили:
Студенты группы 5А93 ______________ Белокуров Д.В.
Кутонов В.С.
Комбатуров Т.Н.
Руденок В.А.
Селяев А.В.
(дата, подпись)
Проверил преподаватель: _____________ Шолохова И.И.
(дата, подпись)
Томск — 2022
Цель работы: Изучение влияния неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.
Краткие сведения
Рисунок 1 – Различные конфигурации электрического поля:
а – однородное; б – слабонеоднородное; в, г – резконеоднородное
Степень неоднородности электрического
поля между электродами характеризуется
коэффициентом неоднородности
,
который равен отношению максимальной
напряженности
к средней напряженности
поля между электродами:
Средняя напряженность есть отношение напряжения U, приложенного к электродам, к расстоянию между электродами S:
Процесс роста числа электронов, движущихся
к аноду, получил название лавины
электронов. Интенсивность размножения
электронов в лавине количественно
характеризуется коэффициентом ударной
ионизации
,
численно равным числу ионизаций,
производимых электронами на пути в 1 см
по направлению электрического поля.
Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки:
АТ – автотрансформатор, Т – высоковольтный трансформатор, Rзащ – защитное сопротивление, V1 и V2 – выпрямители, С1 и С2 – фильтры, R1 и R2 – высоковольтный омический делитель, V – вольтметр, D1 и D2 – электроды.
Таблица 1 – Результаты измерений
S, см |
D = 10,5 см |
D = 5 см |
|||||||||||||||
U/2, кВ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|||||||||
1 |
14 |
15 |
16 |
30 |
30 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
20 |
1.5 |
||||||
2 |
29 |
27 |
28 |
56 |
28 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
22.4 |
1.25 |
||||||
3 |
38 |
39 |
39 |
77.3 |
25.8 |
4 |
3,8 |
3,8 |
3,86 |
20.03 |
1.28 |
||||||
,
кВ
,
кВ/см
,
см
,
см
,
кВ/смПример расчета:
Рисунок 3 – График зависимости U=f(S),U=f(S1)
При увеличении расстояния между шарами неоднородность поля возрастает и заметно влияет на величину разрядного напряжения.
Рисунок 4 – График зависимости
=f(S1)
Вывод: В ходе работы, были получены значения разрядного напряжения и расстояния между электродами в слабо неоднородном поле, так же были вычислены напряженность и коэффициент неоднородности.
Мы видим, что при увеличении расстояния между шарами неоднородность поля возрастает. Графики (Рис. 3) напоминают экспоненциальную зависимость. При увеличении расстояния между электродами неоднородность поля возрастает и влияет на величину разрядного напряжения. Неоднородность поля проявляется в изменении величины напряжённости вдоль силовых линий поля. Чем больше неоднородность поля, тем больше напряжение требуется, чтобы вызвать лавинный пробой воздуха между электродами.
С увеличением расстояния между шарами, разряд в их промежутке происходит значительно дольше и, следовательно, прикладываемое напряжение увеличивает своё значение. Это связано с тем, что лавинный пробой воздуха происходит при достаточной степени ионизации этого воздуха электронами, но если расстояние между электродами большое, то при движении от катода к аноду заряженные частицы не встречают достаточного количества соударений, чтобы вызвать лавинную ионизацию, и процесс может прекратиться. В то же время, под воздействием внешнего ионизатора всё же появляются свободные первичные электроны, которые могут дать начало новым лавинам, поэтому при повышении напряжения пробой всё же происходит.
Рисунок 5 – Протокол измерений
Ответы на контрольные вопросы:
Что такое коэффициент неоднородности электрического поля?
Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности КН, который равен отношению максимальной напряженности Eмакс к средней напряженности Eср поля между электродами.
КН=EмаксEсрод
Что называется лавиной электронов?
Лавиной электронов называется процесс роста числа электронов, движущихся к аноду.
В чем заключается условие самостоятельности разряда в газах?
При самостоятельной форме разряда развитие вторичных лавин возобновляется именно за счет условий создания эффективных электронов от первичной лавины, а не внешних воздействий. Условия появления хотя бы одного эффективного электрона:
1) Оставшиеся после прохождения лавины положительные ионы, двигаясь к катоду, бомбардируют его и вызывают эмиссию электронов из катода;
2) Возбужденные атомы и молекулы, образующиеся наряду с ионизацией, испускают фотоны, которые могут приводить как к фотоионизации в объеме промежутка, так и к фотоэмиссии электронов из катода.
Что называется коэффициентом ударной ионизации?
Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации α, который равен числу ионизаций, производимых электроном на единице длины пути по направлению электрического поля.
Почему при измерении напряжения используются электроды
шар– шар, а не плоскость–плоскость?
Использование электродов шар-шар объясняется тем, что они более экономичны при изготовлении, изменять расстояние между ними проще, а также коэффициент неоднородности у них будет оставаться постоянным при различных их перекосах, что нельзя сказать про 2 плоскости, при перекосах которых будет сильно изменяться коэффициент неоднородности.