Ток насыщения ( ):
Где:
— заряд электрона.
— объём газа.
— число пар ионов, образующихся в
единице объёма за единицу времени под
действием ионизатора.
Прекращение: Как только действие внешнего ионизатора прекращается, ток в газе исчезает (благодаря рекомбинации) — отсюда и название несамостоятельный.
Сравнение с самостоятельным разрядом: Самостоятельный разряд поддерживается внутренними механизмами (ударная ионизация, фотоионизация, эмиссия с катода) и существует даже после устранения внешнего ионизатора.
Самостоятельный разряд (тлеющий, искровой, дуговой, коронный).
Самостоятельный разряд — это электрический ток в газе, который поддерживается собственными процессами ионизации без участия внешнего ионизатора (в отличие от несамостоятельного разряда).
Механизмы поддержания: Электроны, ускоренные приложенным полем, приобретают достаточную энергию, чтобы самостоятельно ионизировать атомы и молекулы газа (ударная ионизация) и/или выбивать электроны с катода (эмиссия).
Самостоятельные разряды имеют сложную структуру и сильно зависят от давления, напряжения и геометрии электродов. Различают четыре основных вида:
1. Тлеющий Разряд
Возникает при низких давлениях газа (от долей до нескольких мм рт. ст.) и умеренных напряжениях. Имеет слоистую структуру с чередующимися светящимися (плазменными) и тёмными областями, наиболее яркой из которых является положительный столб (где происходит основное свечение).
Основной механизм — вторичная электронная эмиссия с катода под действием положительных ионов, которые бомбардируют его.
Применяют: люминесцентные лампы, неоновые трубки, плазменные панели, технологические процессы (плазменное травление).
2. Искровой Разряд
Кратковременный, импульсный разряд, возникающий при высоких давлениях и очень больших напряжённостях поля.
Представляет собой быстро перемещающийся, ярко светящийся, тонкий канал (стример), который ионизирует газ и создаёт высокую температуру. Быстрая, лавинообразная ударная ионизация, вызывающая пробой газового промежутка. Освобождается очень быстро, сопровождается резким звуковым эффектом (гром).
Применение/Примеры: Молния, искра в свечах зажигания автомобилей, искровые разрядники для защиты от перенапряжений.
3. Дуговой Разряд
Высокотемпературный,
стационарный разряд, возникающий при
низких или нормальных давлениях,
но при высокой плотности тока и
относительно низком напряжении
(обычно десятки Вольт). Создаёт очень
высокую температуру (до
)
в узком канале (дуговом столбе).
Основной механизм — термоэлектронная эмиссия с катода. Высокая температура дугового столба нагревает катод до состояния, когда он начинает интенсивно испускать электроны.
Применение: Сварка (электросварка), мощные источники света (дуговые лампы), плавильные печи, электролиз.
4. Коронный Разряд
Возникает при высоком давлении (в атмосфере) в местах с сильно неоднородным электрическим полем, например, вблизи острых концов или тонких проводов. Светящаяся "корона" или "ореол" вокруг проводника. Ионизация происходит только в узкой зоне рядом с остриём или проводом, где напряжённость поля максимальна. Локализованная ударная ионизация вблизи поверхности проводника. Сопровождается характерным шипением, утечкой заряда и может приводить к радиопомехам.
Применение/Примеры: Процессы очистки газов (электрофильтры), озонаторы, потеря энергии на высоковольтных линиях электропередач.