Ηλεκτρική εκκένωση- η διαδικασία ροής ηλεκτρικού ρεύματος που σχετίζεται με σημαντική αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του μέσου σε σχέση με την κανονική του κατάσταση.
Η αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας εξασφαλίζεται από την παρουσία πρόσθετων δωρεάν φορέων φόρτισης. Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορεί να είναι μη αυτοσυντηρούμενες, να προκύπτουν λόγω μιας εξωτερικής πηγής ελεύθερων φορέων φόρτισης και ανεξάρτητες, που συνεχίζουν να καίγονται ακόμη και μετά την απενεργοποίηση της εξωτερικής πηγής φορέων δωρεάν φόρτισης.
Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ηλεκτρικών εκκενώσεων: σπινθήρας, κορώνα, τόξο (ηλεκτρικό τόξο) και λάμψη.
Ας συνδέσουμε τα σφαιρικά ηλεκτρόδια στην μπαταρία των πυκνωτών και ας αρχίσουμε να φορτίζουμε τους πυκνωτές χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική μηχανή. Καθώς οι πυκνωτές φορτίζονται, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων θα αυξάνεται και κατά συνέπεια, η ένταση του πεδίου στο αέριο θα αυξάνεται. Όσο η ένταση του πεδίου είναι χαμηλή, δεν μπορούν να παρατηρηθούν αλλαγές στο αέριο. Ωστόσο, με επαρκή ένταση πεδίου (περίπου 30.000 V/cm), εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο οποίος μοιάζει με ένα λαμπερό κανάλι περιέλιξης που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Το αέριο κοντά στον σπινθήρα θερμαίνεται μέχρι υψηλή θερμοκρασίακαι ξαφνικά διαστέλλεται, προκαλώντας την εμφάνιση ηχητικών κυμάτων, και ακούμε έναν χαρακτηριστικό ήχο σπασίματος. Οι πυκνωτές σε αυτή τη ρύθμιση προστίθενται για να κάνουν τη σπίθα πιο ισχυρή και επομένως πιο αποτελεσματική.
Η περιγραφόμενη μορφή εκκένωσης αερίου ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα, ή βλάβη σπινθήρα αερίου. Όταν εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα, το αέριο ξαφνικά, απότομα, χάνει τις μονωτικές του ιδιότητες και γίνεται καλός αγωγός. Η ένταση πεδίου στην οποία συμβαίνει η διάσπαση του σπινθήρα αερίου έχει διαφορετική τιμή για διαφορετικά αέρια και εξαρτάται από την κατάστασή τους (πίεση, θερμοκρασία). Για μια δεδομένη τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ένταση του πεδίου είναι μικρότερη, όσο πιο μακριά είναι τα ηλεκτρόδια το ένα από το άλλο. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση μεταξύ τους απαραίτητη για να συμβεί η διάσπαση του αερίου με σπινθήρα. Αυτή η τάση ονομάζεται τάση διάσπασης.
Η εμφάνιση μιας βλάβης εξηγείται ως εξής. Υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ιόντων και ηλεκτρονίων σε ένα αέριο, που προκύπτει από τυχαίες αιτίες. Συνήθως, όμως, ο αριθμός τους είναι τόσο μικρός που το αέριο πρακτικά δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό. Σε σχετικά μικρές τιμές ισχύος πεδίου, όπως αυτές που συναντάμε όταν μελετάμε μη αυτοσυντηρούμενο αγωγιμότητα των αερίων, οι συγκρούσεις ιόντων που κινούνται σε ηλεκτρικό πεδίο με ουδέτερα μόρια αερίου συμβαίνουν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συγκρούσεις ελαστικών σφαιρών. Σε κάθε σύγκρουση, το κινούμενο σωματίδιο μεταφέρει μέρος της κινητικής του ενέργειας στο ακίνητο, και τα δύο σωματίδια διασκορπίζονται μετά την κρούση, αλλά όχι εσωτερικές αλλαγέςδεν συμβαίνει σε αυτά. Ωστόσο, εάν η ένταση του πεδίου είναι επαρκής, η κινητική ενέργεια που συσσωρεύεται από το ιόν στο διάστημα μεταξύ δύο συγκρούσεων μπορεί να γίνει αρκετή για να ιονίσει το ουδέτερο μόριο κατά τη σύγκρουση. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα νέο αρνητικό ηλεκτρόνιο και ένα θετικά φορτισμένο υπόλειμμα - ένα ιόν. Αυτή η διαδικασία ιονισμού ονομάζεται ιοντισμός κρούσης και το έργο που πρέπει να δαπανηθεί για να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο ονομάζεται έργο ιονισμού. Η ποσότητα του έργου ιονισμού εξαρτάται από τη δομή του ατόμου και επομένως είναι διαφορετική για διαφορετικά αέρια.
Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που σχηματίζονται υπό την επίδραση του ιονισμού κρούσης αυξάνουν τον αριθμό των φορτίων στο αέριο και με τη σειρά τους έρχονται σε κίνηση υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου και μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό κρούσης νέων ατόμων. Έτσι, αυτή η διαδικασία «ενισχύεται» και ο ιονισμός στο αέριο φτάνει γρήγορα σε πολύ μεγάλη τιμή. Όλα τα φαινόμενα μοιάζουν αρκετά με μια χιονοστιβάδα στα βουνά, για την εμφάνιση της οποίας αρκεί ένα ασήμαντο κομμάτι χιονιού. Επομένως, η περιγραφόμενη διαδικασία ονομάστηκε χιονοστιβάδα ιόντων. Ο σχηματισμός μιας χιονοστιβάδας ιόντων είναι η διαδικασία διάσπασης του σπινθήρα και η ελάχιστη τάση στην οποία εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων είναι η τάση διάσπασης. Βλέπουμε ότι κατά τη διάσπαση σπινθήρα ο λόγος για τον ιονισμό του αερίου είναι η καταστροφή ατόμων και μορίων κατά τη διάρκεια συγκρούσεων με ιόντα.
Ένας από τους φυσικούς εκπροσώπους μιας εκκένωσης σπινθήρα είναι ο κεραυνός - όμορφος και όχι ασφαλής.
Η εμφάνιση χιονοστιβάδας ιόντων δεν οδηγεί πάντα σε σπινθήρα, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει εκκένωση άλλου τύπου - εκκένωση κορώνας.
Ας τεντώσουμε ένα μεταλλικό σύρμα ΑΒ με διάμετρο μερικών δέκατων του χιλιοστού σε δύο ψηλά μονωτικά στηρίγματα και ας το συνδέσουμε στον αρνητικό πόλο μιας γεννήτριας που παρέχει τάση πολλών χιλιάδων βολτ, για παράδειγμα, σε μια καλή ηλεκτρική μηχανή. Θα πάρουμε τον δεύτερο πόλο της γεννήτριας στη Γη. Θα πάρουμε ένα είδος πυκνωτή, οι πλάκες του οποίου είναι το σύρμα μας και οι τοίχοι του δωματίου, που φυσικά επικοινωνούν με τη Γη. Το πεδίο σε αυτόν τον πυκνωτή είναι πολύ ανομοιογενές και η έντασή του είναι πολύ υψηλή κοντά σε ένα λεπτό σύρμα. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση και παρατηρώντας το καλώδιο στο σκοτάδι, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι σε μια ορισμένη τάση, εμφανίζεται μια αχνή λάμψη ("κορώνα") κοντά στο καλώδιο, που καλύπτει το καλώδιο από όλες τις πλευρές. συνοδεύεται από έναν ήχο συριγμού και ένα ελαφρύ τρίξιμο. Εάν ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο είναι συνδεδεμένο μεταξύ του καλωδίου και της πηγής, τότε με την εμφάνιση μιας λάμψης, το γαλβανόμετρο δείχνει ένα αξιοσημείωτο ρεύμα που ρέει από τη γεννήτρια μέσω των καλωδίων στο καλώδιο και από αυτήν μέσω του αέρα του δωματίου στους τοίχους που συνδέονται στον άλλο πόλο της γεννήτριας. Το ρεύμα στον αέρα μεταξύ του σύρματος ΑΒ και των τοιχωμάτων μεταφέρεται από ιόντα που σχηματίζονται στον αέρα λόγω ιονισμού κρούσης. Έτσι, η λάμψη του αέρα και η εμφάνιση ρεύματος υποδηλώνουν ισχυρό ιονισμό του αέρα υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
Έκκριση κορωνοϊούμπορεί να εμφανιστεί όχι μόνο στο σύρμα, αλλά και στο άκρο και γενικά σε όλα τα ηλεκτρόδια, κοντά στα οποία σχηματίζεται ένα πολύ ισχυρό ανομοιογενές πεδίο.
Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού.
1) Ηλεκτρικός καθαρισμός αερίου (ηλεκτρικοί κατακρημνιστές). Ένα δοχείο γεμάτο καπνό γίνεται ξαφνικά εντελώς διαφανές όταν εισάγονται μέσα σε αυτό αιχμηρά μεταλλικά ηλεκτρόδια που συνδέονται με μια ηλεκτρική μηχανή. Μέσα στον γυάλινο σωλήνα υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια: ένας μεταλλικός κύλινδρος και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα που κρέμεται κατά μήκος του άξονά του. Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με την ηλεκτρική μηχανή. Εάν ένα ρεύμα καπνού (ή σκόνης) διοχετευτεί μέσω ενός σωλήνα και το μηχάνημα είναι σε λειτουργία, τότε μόλις η τάση γίνει επαρκής για να σχηματιστεί κορώνα, το ρεύμα αέρα που διαφεύγει θα γίνει εντελώς καθαρό και διαφανές και όλο το στερεό και το υγρό Τα σωματίδια που περιέχονται στο αέριο θα εναποτεθούν σε ηλεκτρόδια. Η εξήγηση της εμπειρίας είναι η εξής. Μόλις το στέμμα του σύρματος αναφλεγεί, ο αέρας μέσα στο σωλήνα γίνεται πολύ ιονισμένος. Τα ιόντα αερίου, που συγκρούονται με σωματίδια σκόνης, «κολλάνε» στα τελευταία και τα φορτίζουν. Δεδομένου ότι υπάρχει ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον σωλήνα, τα φορτισμένα σωματίδια μετακινούνται υπό την επίδραση του πεδίου στα ηλεκτρόδια, όπου καθιζάνουν. Το περιγραφόμενο φαινόμενο βρίσκει επί του παρόντος τεχνική εφαρμογή για τον καθαρισμό βιομηχανικών αερίων σε μεγάλους όγκους από στερεές και υγρές ακαθαρσίες.
2) Μετρητές στοιχειωδών σωματιδίων. Η εκκένωση κορώνας αποτελεί τη βάση της λειτουργίας εξαιρετικά σημαντικών φυσικών συσκευών: των λεγόμενων μετρητών στοιχειωδών σωματιδίων (ηλεκτρόνια, καθώς και άλλα στοιχειώδη σωματίδια που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ραδιενεργών μετασχηματισμών) μετρητής Geiger-Müller. Αποτελείται από ένα μικρό μεταλλικό κύλινδρο Α, εξοπλισμένο με παράθυρο, και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα τεντωμένο κατά μήκος του άξονα του κυλίνδρου και μονωμένο από αυτόν. Ο μετρητής συνδέεται με ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή τάσης Β αρκετών χιλιάδων βολτ. Η τάση επιλέγεται έτσι ώστε να είναι ελαφρώς μικρότερη από την «κρίσιμη», δηλαδή, απαραίτητη για την ανάφλεξη της εκκένωσης κορώνας μέσα στο μετρητή. Όταν ένα ταχέως κινούμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στον απαριθμητή, ο τελευταίος ιονίζει τα μόρια του αερίου μέσα στον μετρητή, προκαλώντας ελαφρά μείωση της τάσης που απαιτείται για την ανάφλεξη του στέμματος. Εμφανίζεται εκκένωση στο μετρητή και ένα ασθενές βραχυπρόθεσμο ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα.
Το ρεύμα που προκύπτει στο μετρητή είναι τόσο ασθενές που είναι δύσκολο να εντοπιστεί με ένα συμβατικό γαλβανόμετρο. Ωστόσο, μπορεί να γίνει αρκετά αντιληπτό εάν μια πολύ μεγάλη αντίσταση R εισαχθεί στο κύκλωμα και ένα ευαίσθητο ηλεκτρόμετρο E συνδεθεί παράλληλα με αυτό Όταν ένα ρεύμα I εμφανίζεται στο κύκλωμα, δημιουργείται μια τάση U στα άκρα του αντίσταση, ίση με το νόμο του Ohm U = IxR. Εάν επιλέξετε μια τιμή αντίστασης R πολύ μεγάλη (πολλά εκατομμύρια ohms), αλλά σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση του ίδιου του ηλεκτρομέτρου, τότε ακόμη και ένα πολύ ασθενές ρεύμα θα προκαλέσει μια αισθητή τάση. Επομένως, κάθε φορά που ένα γρήγορο ηλεκτρόνιο μπαίνει μέσα στον μετρητή, το φύλλο του ηλεκτρομέτρου θα εκπέμπεται.
Τέτοιοι μετρητές καθιστούν δυνατή την καταγραφή όχι μόνο γρήγορων ηλεκτρονίων, αλλά και τυχόν φορτισμένων, ταχέως κινούμενων σωματιδίων ικανών να ιονίζουν ένα αέριο μέσω συγκρούσεων. Οι σύγχρονοι μετρητές ανιχνεύουν εύκολα την είσοδο έστω και ενός σωματιδίου σε αυτά και, ως εκ τούτου, καθιστούν δυνατή την επαλήθευση με πλήρη αξιοπιστία και πολύ σαφή σαφήνεια ότι τα στοιχειώδη σωματίδια υπάρχουν πραγματικά στη φύση.
Το 1802, ο V.V Petrov καθόρισε ότι εάν συνδέσετε δύο κομμάτια άνθρακα στους πόλους μιας μεγάλης ηλεκτρολυτικής μπαταρίας και, φέρνοντας τα κάρβουνα σε επαφή, τα διαχωρίσετε ελαφρώς, θα σχηματιστεί μια λαμπερή φλόγα μεταξύ των άκρων των κάρβουνων και των άκρων του. τα ίδια τα κάρβουνα θα γίνουν λευκά καυτά. Εκπέμποντας ένα εκτυφλωτικό φως ( ηλεκτρικό τόξο). Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε ανεξάρτητα επτά χρόνια αργότερα από τον Άγγλο χημικό Davy, ο οποίος πρότεινε να ονομαστεί αυτό το τόξο «βολταϊκό» προς τιμήν του Volta.
Συνήθως, το δίκτυο φωτισμού τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Το τόξο, όμως, καίγεται πιο σταθερά αν περάσει σταθερό ρεύμα από μέσα του, έτσι ώστε το ένα ηλεκτρόδιό του να είναι πάντα θετικό (άνοδος) και το άλλο αρνητικό (κάθοδος). Ανάμεσα στα ηλεκτρόδια υπάρχει μια στήλη θερμού αερίου που άγει καλά τον ηλεκτρισμό. Στα συνηθισμένα τόξα, αυτός ο πυλώνας εκπέμπει σημαντικά λιγότερο φως από τα καυτά κάρβουνα. Ο θετικός άνθρακας, που έχει υψηλότερη θερμοκρασία, καίγεται πιο γρήγορα από τον αρνητικό άνθρακα. Λόγω της ισχυρής εξάχνωσης του άνθρακα, σχηματίζεται μια κοιλότητα - ένας θετικός κρατήρας, που είναι το πιο καυτό μέρος των ηλεκτροδίων. Η θερμοκρασία του κρατήρα στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση φτάνει τους 4000 °C. Το τόξο μπορεί επίσης να καεί ανάμεσα σε μεταλλικά ηλεκτρόδια (σίδερο, χαλκό κ.λπ.). Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόδια λιώνουν και εξατμίζονται γρήγορα, γεγονός που καταναλώνει πολλή θερμότητα. Επομένως, η θερμοκρασία του κρατήρα ενός μεταλλικού ηλεκτροδίου είναι συνήθως χαμηλότερη από αυτή ενός ηλεκτροδίου άνθρακα (2000-2500 °C).
Αναγκάζοντας ένα τόξο να καεί μεταξύ ηλεκτροδίων άνθρακα σε συμπιεσμένο αέριο (περίπου 20 atm), ήταν δυνατό να φτάσει η θερμοκρασία του θετικού κρατήρα στους 5900 °C, δηλαδή στη θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου. Υπό αυτές τις συνθήκες, παρατηρήθηκε τήξη άνθρακα.
Η στήλη των αερίων και των ατμών μέσω της οποίας γίνεται η ηλεκτρική εκκένωση έχει ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία. Ο ενεργητικός βομβαρδισμός αυτών των αερίων και ατμών από ηλεκτρόνια και ιόντα, που οδηγείται από το ηλεκτρικό πεδίο του τόξου, φέρνει τη θερμοκρασία των αερίων στη στήλη στους 6000-7000 °. Επομένως, στη στήλη τόξου, σχεδόν όλες οι γνωστές ουσίες λιώνουν και μετατρέπονται σε ατμό, και γίνονται δυνατές πολλές χημικές αντιδράσεις που δεν συμβαίνουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες. χαμηλές θερμοκρασίες. Δεν είναι δύσκολο, για παράδειγμα, να λιώσετε πυρίμαχα ραβδιά πορσελάνης σε φλόγα τόξου. Για να διατηρηθεί μια εκφόρτιση τόξου, χρειάζεται μια μικρή τάση: το τόξο καίγεται καλά όταν η τάση στα ηλεκτρόδιά του είναι 40-45 V. Το ρεύμα τόξου είναι αρκετά σημαντικό. Έτσι, για παράδειγμα, ακόμη και σε ένα μικρό τόξο, ρέει ρεύμα περίπου 5 Α και σε μεγάλα τόξα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, το ρεύμα φτάνει τα εκατοντάδες αμπέρ. Αυτό δείχνει ότι η αντίσταση τόξου είναι χαμηλή. Κατά συνέπεια, μια φωτεινή στήλη αερίου άγει καλά το ηλεκτρικό ρεύμα.
Ένας τέτοιος ισχυρός ιονισμός του αερίου είναι δυνατός μόνο λόγω του γεγονότος ότι η κάθοδος τόξου εκπέμπει πολλά ηλεκτρόνια, τα οποία, με τις κρούσεις τους, ιονίζουν το αέριο στον χώρο εκκένωσης. Η ισχυρή εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι η ίδια η κάθοδος τόξου θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (από 2200° έως 3500°C ανάλογα με το υλικό). Όταν, για να ανάψουμε ένα τόξο, φέρουμε πρώτα τα κάρβουνα σε επαφή, μετά στο σημείο επαφής, που έχει πολύ υψηλή αντίσταση, απελευθερώνεται σχεδόν όλη η θερμότητα Joule του ρεύματος που διέρχεται από τα κάρβουνα. Ως εκ τούτου, τα άκρα των κάρβουνων ζεσταίνονται πολύ και αυτό αρκεί για να ξεσπάσει ένα τόξο μεταξύ τους όταν απομακρύνονται. Στη συνέχεια, η κάθοδος του τόξου διατηρείται σε θερμαινόμενη κατάσταση από το ίδιο το ρεύμα που περνά μέσα από το τόξο. Ο κύριος ρόλος σε αυτό παίζει ο βομβαρδισμός της καθόδου από θετικά ιόντα που προσπίπτουν σε αυτήν.
Εφαρμογή εκκένωσης τόξου.
Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, τα ηλεκτρόδια τόξου εκπέμπουν εκθαμβωτικό φως και επομένως το ηλεκτρικό τόξο είναι μία από τις καλύτερες πηγές φωτός. Καταναλώνει μόνο περίπου 0,3 watt ανά κερί και είναι σημαντικά πιο οικονομικό. Από τους καλύτερους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για φωτισμό από τον P. N. Yablochkov το 1875 και ονομάστηκε «ρωσικό φως» ή «βόρειο φως».
Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται επίσης για τη συγκόλληση μεταλλικών εξαρτημάτων (συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο). Επί του παρόντος, το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται πολύ ευρέως σε βιομηχανικούς ηλεκτρικούς κλιβάνους. Στην παγκόσμια βιομηχανία, περίπου το 90% του χάλυβα εργαλείων και σχεδόν όλοι οι ειδικοί χάλυβες τήκονται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους.
Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει το τόξο υδραργύρου που καίγεται σε σωλήνα χαλαζία, το λεγόμενο λάμπα χαλαζία. Σε αυτόν τον λαμπτήρα, η εκκένωση τόξου δεν συμβαίνει στον αέρα, αλλά σε μια ατμόσφαιρα ατμών υδραργύρου, για την οποία μια μικρή ποσότητα υδραργύρου εισάγεται στη λάμπα και ο αέρας αντλείται έξω. Το φως τόξου υδραργύρου είναι εξαιρετικά πλούσιο σε αόρατες υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες έχουν ισχυρές χημικές και φυσιολογικές επιδράσεις. Οι λαμπτήρες υδραργύρου χρησιμοποιούνται ευρέως στη θεραπεία διαφόρων ασθενειών («τεχνητός ήλιος του βουνού»), καθώς και στην επιστημονική έρευνα ως ισχυρή πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας.
Εκτός από τον σπινθήρα, το στέμμα και το τόξο, υπάρχει μια άλλη μορφή ανεξάρτητης εκκένωσης στα αέρια - η λεγόμενη εκκένωση λάμψης. Για να αποκτήσετε αυτό το είδος εκκένωσης, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε έναν γυάλινο σωλήνα μήκους περίπου μισού μέτρου, που περιέχει δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια. Ας συνδέσουμε τα ηλεκτρόδια σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος με τάση αρκετών χιλιάδων βολτ (θα κάνει μια ηλεκτρική μηχανή) και ας αντλήσουμε σταδιακά τον αέρα από το σωλήνα. Σε ατμοσφαιρική πίεση, το αέριο μέσα στο σωλήνα παραμένει σκοτεινό επειδή η εφαρμοζόμενη τάση πολλών χιλιάδων βολτ δεν είναι αρκετή για να τρυπήσει το μεγάλο διάκενο αερίου. Ωστόσο, όταν η πίεση του αερίου πέσει αρκετά, μια φωτεινή εκκένωση αναβοσβήνει στο σωλήνα. Μοιάζει με ένα λεπτό κορδόνι (βυσσινί στον αέρα, άλλα χρώματα σε άλλα αέρια) που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Σε αυτή την κατάσταση, η στήλη αερίου άγει καλά τον ηλεκτρισμό.
Με περαιτέρω εκκένωση, το φωτεινό καλώδιο θολώνει και διαστέλλεται και η λάμψη γεμίζει σχεδόν ολόκληρο τον σωλήνα. Τα ακόλουθα δύο μέρη της εκκένωσης διακρίνονται: 1) το μη φωτεινό τμήμα δίπλα στην κάθοδο, που ονομάζεται σκοτεινός χώρος καθόδου. 2) μια φωτεινή στήλη αερίου που γεμίζει τον υπόλοιπο σωλήνα, ακριβώς μέχρι την άνοδο. Αυτό το τμήμα της εκκένωσης ονομάζεται θετική στήλη.
Κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης πυράκτωσης, το αέριο άγει καλά τον ηλεκτρισμό, πράγμα που σημαίνει ότι ο ισχυρός ιονισμός διατηρείται στο αέριο όλη την ώρα. Σε αυτή την περίπτωση, σε αντίθεση με την εκκένωση τόξου, η κάθοδος παραμένει κρύα όλη την ώρα. Γιατί συμβαίνει ο σχηματισμός ιόντων σε αυτή την περίπτωση;
Το δυναμικό ή η πτώση τάσης για κάθε εκατοστό μήκους της στήλης αερίου σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι πολύ διαφορετική σε διαφορετικά μέρηεκπλήρωση. Αποδεικνύεται ότι σχεδόν ολόκληρη η πτώση του δυναμικού συμβαίνει στο σκοτεινό διάστημα. Η διαφορά δυναμικού που υπάρχει μεταξύ της καθόδου και του πλησιέστερου σε αυτήν ορίου χώρου ονομάζεται πτώση δυναμικού καθόδου. Μετριέται σε εκατοντάδες, και σε ορισμένες περιπτώσεις χιλιάδες βολτ. Ολόκληρη η εκκένωση φαίνεται να υπάρχει λόγω αυτής της πτώσης καθόδου. Η σημασία της πτώσης της καθόδου είναι ότι τα θετικά ιόντα, που διατρέχουν αυτή τη μεγάλη διαφορά δυναμικού, αποκτούν μεγαλύτερη ταχύτητα. Δεδομένου ότι η συχνότητα της καθόδου συγκεντρώνεται σε ένα λεπτό στρώμα αερίου, δεν συμβαίνουν σχεδόν καμία σύγκρουση ιόντων με άτομα αερίου και επομένως, περνώντας από την περιοχή πρόσπτωσης καθόδου, τα ιόντα αποκτούν πολύ υψηλή κινητική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, όταν συγκρούονται με την κάθοδο, βγάζουν από αυτήν έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων, τα οποία αρχίζουν να κινούνται προς την άνοδο. Περνώντας μέσα από το σκοτεινό χώρο, τα ηλεκτρόνια, με τη σειρά τους, επιταχύνονται από την πτώση του δυναμικού της καθόδου και, κατά τη σύγκρουση με άτομα αερίου σε ένα πιο απομακρυσμένο μέρος της εκκένωσης, προκαλούν ιονισμό κρούσης. Τα θετικά ιόντα που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση επιταχύνονται και πάλι από την πτώση της καθόδου και βγάζουν νέα ηλεκτρόνια από την κάθοδο κ.λπ. Έτσι, όλα επαναλαμβάνονται όσο υπάρχει τάση στα ηλεκτρόδια.
Αυτό σημαίνει ότι οι λόγοι για τον ιονισμό αερίου σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι ο ιονισμός κρούσης και η εκτόξευση ηλεκτρονίων από την κάθοδο από θετικά ιόντα.
Εφαρμογή εκκένωσης λάμψης.
Αυτή η εκκένωση χρησιμοποιείται κυρίως για φωτισμό. Χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες φθορισμού.
L E C T I O N
στο γνωστικό αντικείμενο «Ηλεκτρονικά και πυροσβεστικά αυτόματα» για δόκιμους και φοιτητές
ειδικότητας 030502.65 – «Ιατροδικαστική εξέταση»
στο θέμα Νο 1."Συσκευές ημιαγωγών, ηλεκτρονικών, ιόντων"
Το θέμα της διάλεξης είναι «Δείκτες και φωτοηλεκτρικές συσκευές».
Συσκευές ένδειξης
Ηλεκτρική εκκένωση στα αέρια.
Οι συσκευές εκκένωσης αερίου (ιονικές) ονομάζονται συσκευές ηλεκτροκενού με ηλεκτρική εκκένωση σε αέριο ή ατμό. Το αέριο σε τέτοιες συσκευές βρίσκεται υπό μειωμένη πίεση. Η ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο (στον ατμό) είναι ένα σύνολο φαινομένων που συνοδεύουν τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος από αυτό. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας εκφόρτισης, συμβαίνουν διάφορες διεργασίες.
Διέγερση ατόμων.
Υπό την πρόσκρουση ενός ηλεκτρονίου, ένα από τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου αερίου κινείται σε μια πιο μακρινή τροχιά (σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο). Αυτή η διεγερμένη κατάσταση του ατόμου διαρκεί 10 -7 - 10 -8 δευτερόλεπτα, μετά από τα οποία το ηλεκτρόνιο επιστρέφει στην κανονική του τροχιά, εκπέμποντας την ενέργεια που λαμβάνεται κατά την πρόσκρουση με τη μορφή ακτινοβολίας. Η ακτινοβολία συνοδεύεται από λάμψη αερίου εάν οι εκπεμπόμενες ακτίνες ανήκουν στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Για να διεγερθεί ένα άτομο, το ηλεκτρόνιο που χτυπά πρέπει να έχει μια ορισμένη ενέργεια, τη λεγόμενη ενέργεια διέγερσης.
Ιονισμός.
Ο ιονισμός των ατόμων (ή μορίων) ενός αερίου συμβαίνει όταν η ενέργεια του ηλεκτρονίου που κρούει είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια διέγερσης. Ως αποτέλεσμα του ιονισμού, ένα ηλεκτρόνιο εκτινάσσεται από ένα άτομο. Κατά συνέπεια, θα υπάρχουν δύο ελεύθερα ηλεκτρόνια στο διάστημα και το ίδιο το άτομο θα μετατραπεί σε θετικό ιόν. Εάν αυτά τα δύο ηλεκτρόνια, που κινούνται σε ένα επιταχυνόμενο πεδίο, αποκτήσουν αρκετή ενέργεια, καθένα από αυτά μπορεί να ιονίσει ένα νέο άτομο. Θα υπάρχουν ήδη τέσσερα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τρία ιόντα. Εμφανίζεται μια αύξηση σαν χιονοστιβάδα στον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιόντων.
Ο σταδιακός ιονισμός είναι δυνατός. Από την κρούση ενός ηλεκτρονίου, το άτομο περνά σε διεγερμένη κατάσταση και, μη έχοντας χρόνο να επιστρέψει στην κανονική κατάσταση, ιονίζεται από την κρούση ενός άλλου ηλεκτρονίου. Η αύξηση του αριθμού των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα αέριο λόγω ιονισμού (ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα) ονομάζεται ηλεκτροδότηση αερίου.
Ανασυνδυασμός.
Μαζί με τον ιονισμό στο αέριο, συμβαίνει και η αντίστροφη διαδικασία εξουδετέρωσης φορτίων αντίθετου πρόσημου. Τα θετικά ιόντα και τα ηλεκτρόνια κινούνται χαοτικά στο αέριο και όταν πλησιάζουν το ένα το άλλο μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν ένα ουδέτερο άτομο. Αυτό διευκολύνεται από την αμοιβαία έλξη αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων. Η αναγωγή των ουδέτερων ατόμων ονομάζεται ανασυνδυασμός. Δεδομένου ότι η ενέργεια ξοδεύεται για ιονισμό, ένα θετικό ιόν και ένα ηλεκτρόνιο έχουν συνολική ενέργεια μεγαλύτερη από ένα ουδέτερο άτομο. Επομένως, ο ανασυνδυασμός συνοδεύεται από εκπομπή ενέργειας. Αυτό συνήθως παρατηρείται λάμψη αερίου.
Όταν συμβαίνει μια ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο, ο ιονισμός κυριαρχεί όταν μειώνεται η έντασή του, κυριαρχεί ο ανασυνδυασμός. Σε μια σταθερή ένταση ηλεκτρικής εκκένωσης σε ένα αέριο, παρατηρείται ένα καθεστώς σταθερής κατάστασης στο οποίο ο αριθμός των ελεύθερων ηλεκτρονίων (και θετικών ιόντων) που προκύπτουν ανά μονάδα χρόνου λόγω ιονισμού είναι κατά μέσο όρο ίσος με τον αριθμό των ουδέτερων ατόμων που προκύπτουν από τον ανασυνδυασμό . Όταν σταματήσει η εκκένωση, ο ιονισμός εξαφανίζεται και, λόγω του ανασυνδυασμού, η ουδέτερη κατάσταση του αερίου αποκαθίσταται.
Ο ανασυνδυασμός απαιτεί συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, επομένως ο απιονισμός γίνεται σε 10 -5 – 10 -3 δευτερόλεπτα. Έτσι, σε σύγκριση με τις ηλεκτρονικές συσκευές, οι συσκευές εκκένωσης αερίου είναι πολύ πιο αδρανειακές.
Τύποι ηλεκτρικών εκκενώσεων στα αέρια.
Υπάρχουν αυτοσυντηρούμενες και μη αυτοσυντηρούμενες εκκενώσεις στο αέριο. Η αυτοεκφόρτιση διατηρείται υπό την επίδραση μόνο ηλεκτρικής τάσης. Μπορεί να υπάρχει μια μη αυτοσυντηρούμενη εκφόρτιση, υπό τον όρο ότι, εκτός από την τάση, υπάρχουν και ορισμένοι πρόσθετοι παράγοντες. Μπορεί να είναι ακτινοβολία φωτός, ραδιενεργή ακτινοβολία, θερμιονική εκπομπή από θερμό ηλεκτρόδιο κ.λπ.
Εξαρτημένο είναι τ σκοτεινή ή ήσυχη απόρριψη. Η λάμψη του αερίου είναι συνήθως αόρατη. Πρακτικά δεν χρησιμοποιείται σε συσκευές εκκένωσης αερίου.
Ανεξάρτητο περιλαμβάνει τ ρέουσα εκκένωση.Χαρακτηρίζεται από μια λάμψη αερίου που θυμίζει τη λάμψη ενός κάρβουνου που σιγοκαίει. Η εκκένωση διατηρείται με εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο υπό κρούσεις ιόντων. Οι συσκευές εκκένωσης πυράκτωσης περιλαμβάνουν διόδους zener (σταθεροποιητές τάσης εκκένωσης αερίου), λαμπτήρες φωτός αερίου, θυρατρόνια εκκένωσης πυράκτωσης, ενδεικτικές λυχνίες και δεκάτρον (συσκευές μέτρησης εκκένωσης αερίου).
Εκκένωση τόξουμπορεί να είναι είτε εξαρτημένη είτε ανεξάρτητη. Μια εκκένωση τόξου εμφανίζεται σε πυκνότητα ρεύματος σημαντικά μεγαλύτερη από ό,τι σε εκκένωση πυράκτωσης και συνοδεύεται από μια έντονη λάμψη του αερίου. Οι μη αυτοσυντηρούμενες συσκευές εκκένωσης τόξου περιλαμβάνουν γαστρόνια και θυρατρόνια με θερμαινόμενη κάθοδο. Οι ανεξάρτητες συσκευές εκκένωσης τόξου περιλαμβάνουν βαλβίδες υδραργύρου (excitrons) και ignitrons με υγρή κάθοδο υδραργύρου, καθώς και εκκενώσεις αερίων.
Εκκένωση σπινθήραμοιάζει με εκκένωση τόξου. Είναι μια βραχυπρόθεσμη παλμική ηλεκτρική εκκένωση. Χρησιμοποιείται σε απαγωγείς που χρησιμεύουν για βραχυπρόθεσμο κλείσιμο ορισμένων κυκλωμάτων.
Εκφόρτιση υψηλής συχνότηταςμπορεί να εμφανιστεί σε ένα αέριο υπό την επίδραση ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου ακόμη και απουσία αγώγιμων ηλεκτροδίων.
Έκκριση κορωνοϊούείναι ανεξάρτητο και χρησιμοποιείται σε συσκευές εκκένωσης αερίου για τη σταθεροποίηση της τάσης. Παρατηρείται σε περιπτώσεις που ένα από τα ηλεκτρόδια έχει πολύ μικρή ακτίνα.
Το φαινόμενο του στατικού ηλεκτρισμού παρατηρείται συνήθως στα διηλεκτρικά. Εάν ο χημικός δεσμός σε ένα διηλεκτρικό είναι ιοντικός, τότε λόγω της ατέλειας της δομής της ουσίας, ο αριθμός των θετικών και αρνητικών ιόντων ανά μονάδα όγκου της ουσίας δεν είναι ο ίδιος. Αυτό σημαίνει ότι σχεδόν κάθε διηλεκτρικό σώμα με ιοντικό δεσμό έχει αρχικά ηλεκτρικό φορτίο, γύρω από το οποίο υπάρχει ηλεκτροστατικό πεδίο.
Σε πραγματικές συνθήκες, η επιβάρυνση αυτή συνήθως αντισταθμίζεται από φορτία από το περιβάλλον, τα οποία εναποτίθενται στην επιφάνεια του διηλεκτρικού. Ως αποτέλεσμα, δεν υπάρχει ηλεκτροστατικό πεδίο γύρω από ένα τέτοιο σώμα.
Εάν ο χημικός δεσμός σε ένα διηλεκτρικό είναι ομοιοπολικός, τότε το διηλεκτρικό μπορεί να έχει μη μηδενική ηλεκτρική διπολική ροπή και, ως αποτέλεσμα, να δημιουργεί ένα ηλεκτροστατικό πεδίο γύρω του. Σε πραγματικές συνθήκες, τα αντισταθμιστικά φορτία εναποτίθενται από το περιβάλλον στην επιφάνεια ενός τέτοιου διηλεκτρικού, έτσι ώστε το ηλεκτρικό πεδίο γύρω από ένα τέτοιο σώμα να μηδενίζεται.
Η μηχανική αλληλεπίδραση των σωμάτων μπορεί να οδηγήσει στην αφαίρεση των αντισταθμιστικών φορτίων από τις αντίστοιχες επιφάνειες και στην εμφάνιση ηλεκτρικού πεδίου στον περιβάλλοντα χώρο, το οποίο μπορεί να επηρεάσει τις εισόδους των ηλεκτρικών συσκευών. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσει σε διάσπαση ενός διηλεκτρικού (για παράδειγμα, αέρα).
Οι εκκενώσεις που σχετίζονται με αυτή τη διάσπαση σχηματίζουν ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς στο διάστημα, οι οποίοι επίσης μεταδίδουν παρεμβολές.
Η συνολική εσωτερική αντίσταση της πηγής είναι από 1 έως 30 kOhm.
Η συνολική αυτεπαγωγή της διαδρομής εκφόρτισης είναι 0,3 - 1,5 μH.
Η χωρητικότητα κυμαίνεται από 100 έως 300 pF.
Μέγιστη τάση έως 15 kV.
Το μέγιστο ρεύμα παλμού εκφόρτισης είναι έως 30 A.
Τρέχων ρυθμός ανόδου από 2 σε 35 A/ns.
Κατά προσέγγιση σχήμα παλμού ρεύματος κατά την εκκένωση ηλεκτρικού ρεύματος:
Κατά προσέγγιση σχήμα παλμού ρεύματος Φασματικό χαρακτηριστικό:
όταν υπάρχει εκκένωση ηλεκτρικού ρεύματος:
Ταξινόμηση πηγών παρεμβολών
Υπάρχουν λειτουργικές και μη λειτουργικές πηγές.
Οι λειτουργικές πηγές είναι πομποί ραδιοφώνου και τηλεόρασης που διανέμουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο περιβάλλον με σκοπό τη μετάδοση πληροφοριών. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει όλες τις συσκευές που εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα όχι για λόγους επικοινωνίας, αλλά για την εκτέλεση της τεχνικής τους λειτουργίας, για παράδειγμα, μια γεννήτρια υψηλής συχνότητας για βιομηχανική ή ιατρική χρήση, συσκευές ραδιοελέγχου μικροκυμάτων.
Οι μη λειτουργικές πηγές περιλαμβάνουν συσκευές ανάφλεξης αυτοκινήτου, λαμπτήρες φθορισμού, εξοπλισμό συγκόλλησης, ρελέ και προστατευτικά πηνία, ανορθωτές, διακόπτες επαφής και εγγύτητας, καλώδια και ηλεκτρικά εξαρτήματα, θυροτηλέφωνα, ατμοσφαιρικές εκκενώσεις, εκκενώσεις κορώνας σε γραμμές, διεργασίες μεταγωγής, ηλεκτρική εκκένωση, στατική ηλεκτρική ενέργεια ταχέως μεταβαλλόμενα ρεύματα και τάσεις σε εργαστήρια τεχνολογίας υψηλής τάσης.
Υπάρχουν επίσης ευρυζωνικές και στενοζωνικές πηγές παρεμβολών.
Η ευρεία ζώνη είναι παρεμβολή που έχει ευρύ φάσμα συχνοτήτων και η στενή ζώνη είναι στενή.
Υπό κανονικές συνθήκες, οποιοδήποτε αέριο, είτε είναι αέρας είτε ατμός αργύρου, είναι μονωτής. Για να προκύψει ρεύμα υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου, τα μόρια του αερίου πρέπει να ιονιστούν με κάποιο τρόπο.
Οι εξωτερικές εκδηλώσεις και τα χαρακτηριστικά των εκκενώσεων στο αέριο είναι εξαιρετικά ποικίλες, γεγονός που εξηγείται από ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων και στοιχειωδών διεργασιών που καθορίζουν τη διέλευση του ρεύματος μέσω του αερίου. Το πρώτο περιλαμβάνει τη σύνθεση και την πίεση του αερίου, τη γεωμετρική διαμόρφωση του χώρου εκκένωσης, τη συχνότητα του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, την ένταση του ρεύματος κ.λπ., το δεύτερο - ιονισμό και διέγερση ατόμων και μορίων αερίου, επιπτώσεις ανασυνδυασμού του δεύτερου ευγενική, ελαστική σκέδαση φορέων φορτίου, διάφοροι τύποι ηλεκτρονίων εκπομπής. Μια τέτοια ποικιλία ελεγχόμενων παραγόντων δημιουργεί τις προϋποθέσεις για μια πολύ ευρεία χρήση των εκκενώσεων αερίων.
Δυναμικό ιονισμού είναι η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα άτομο ή ιόν.Φωτοϊονισμός ατόμων
. Τα άτομα μπορούν να ιονιστούν απορροφώντας κβάντα φωτός των οποίων η ενέργεια είναι ίση ή μεγαλύτερη από το δυναμικό ιοντισμού του ατόμου.Ιοντισμός επιφάνειας
Οι διεργασίες ιονισμού χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη διέγερση διαφόρων τύπων εκκενώσεων αερίων, αλλά και για την εντατικοποίηση διαφόρων χημικών αντιδράσεων και για τον έλεγχο των ροών αερίων χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.
ΩΣ. N 444818: Μέθοδος θέρμανσης χάλυβα σε οξειδωτική ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από το ότι για τη μείωση της απανθρακοποίησης χρησιμοποιούνται ιονισμένες ατμόσφαιρες κατά τη διαδικασία θέρμανσης.
ΩΣ. 282684: Μια μέθοδος για τη μέτρηση μικρών ροών αερίου που απελευθερώνονται σε όγκο κενού, που χαρακτηρίζεται από το ότι, προκειμένου να αυξηθεί η ακρίβεια μέτρησης, το αέριο ιονίζεται πριν από την εκτόξευση και διαμορφώνεται σε μια ομοιογενή πλήρη δέσμη και στη συνέχεια η δέσμη ιόντων εισάγεται στο όγκου κενού, όπου εξουδετερώνεται σε μεταλλικό στόχο και το μέγεθος της ροής του αερίου κρίνεται από το ρεύμα της δέσμης ιόντων.
Τυπικά, μια εκκένωση αερίου συμβαίνει μεταξύ των αγώγιμων ηλεκτροδίων, τα οποία δημιουργούν μια οριακή διαμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου και παίζουν σημαντικό ρόλο ως πηγές και καταβόθρες φορτισμένων σωματιδίων.
Ωστόσο, η παρουσία ηλεκτροδίων δεν είναι απαραίτητη (τοροειδής φόρτιση υψηλής συχνότητας).
Σε επαρκώς υψηλές πιέσεις και μήκη διακένου εκφόρτισης, το αέριο μέσο παίζει τον κύριο ρόλο στην εμφάνιση και την εξέλιξη της εκκένωσης. Η διατήρηση του ρεύματος εκφόρτισης καθορίζεται με τη διατήρηση του ιονισμού αερίου ισορροπίας, ο οποίος συμβαίνει σε χαμηλά ρεύματα λόγω διαδικασιών ιονισμού καταρράκτη και σε υψηλά ρεύματα λόγω θερμικού ιονισμού.
Καθώς η πίεση του αερίου και το μήκος του διακένου εκφόρτισης μειώνονται, οι διεργασίες στα ηλεκτρόδια διαδραματίζουν όλο και πιο σημαντικό ρόλο. Στο P =0,02..0,4 mmHg/cm, οι διεργασίες στα ηλεκτρόδια γίνονται καθοριστικές.
Σε χαμηλά ρεύματα εκφόρτισης μεταξύ ψυχρών ηλεκτροδίων και ενός αρκετά ομοιόμορφου πεδίου, ο κύριος τύπος εκκένωσης είναι μια εκκένωση πυράκτωσης, που χαρακτηρίζεται από σημαντική πτώση δυναμικού καθόδου (50 - 400 V). Η κάθοδος σε αυτό το είδος εκκένωσης εκπέμπει ηλεκτρόνια υπό την επίδραση φορτισμένων σωματιδίων και κβάντα φωτός και τα θερμικά φαινόμενα δεν παίζουν ρόλο στη διατήρηση της εκκένωσης.
Η ανάμειξη μοριακών αερίων στο διάκενο εκκένωσης κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης κορώνας οδηγεί στο σχηματισμό ραβδώσεων, δηλ. σκοτεινές και ανοιχτόχρωμες λωρίδες που βρίσκονται κατά μήκος της κλίσης του ηλεκτρικού πεδίου.
Μια εκκένωση πυράκτωσης σε ένα εξαιρετικά ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο και σημαντική πίεση (P> 100 mmHg) ονομάζεται εκκένωση κορώνας. Το ρεύμα εκφόρτισης κορώνας έχει τον χαρακτήρα παλμών που προκαλούνται από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων. Η συχνότητα εμφάνισης παλμών είναι 10-100 kHz.
Παρατηρείται εκκένωση τόξου σε ένταση ρεύματος τουλάχιστον αρκετών αμπέρ. Αυτός ο τύπος εκκένωσης χαρακτηρίζεται από χαμηλή (έως 10 V) πτώση δυναμικού καθόδου και υψηλή πυκνότητα ρεύματος. Για μια εκκένωση τόξου, είναι απαραίτητη η υψηλή εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο και ο θερμικός ιονισμός στη στήλη του πλάσματος. Το φάσμα τόξου συνήθως περιέχει γραμμές καθοδικού υλικού.
Ως. 226 729: Μέθοδος ισιώματος ACχρησιμοποιώντας διάκενο εκκένωσης αερίου με κοίλη κάθοδο σε χαμηλή πίεση αερίου, που αντιστοιχεί στην περιοχή του αριστερού κλάδου της καμπύλης Paschen, που χαρακτηρίζεται από το ότι για να αυξηθεί το ανορθωμένο ρεύμα και να μειωθεί η πτώση τάσης κατά το αγώγιμο τμήμα της περιόδου , με θετικό δυναμικό στην άνοδο, το σύστημα «άνοδος - κοίλη κάθοδος» μεταβαίνει σε λειτουργία εκκένωσης τόξου.
Μια εκκένωση σπινθήρα ξεκινά με το σχηματισμό σερπαντίνες - αυτοδιαδιδόμενες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων που σχηματίζουν ένα αγώγιμο κανάλι μεταξύ των ηλεκτροδίων. Το δεύτερο στάδιο της εκκένωσης σπινθήρα - η κύρια εκφόρτιση - συμβαίνει κατά μήκος του καναλιού που σχηματίζεται από το streamer και τα χαρακτηριστικά του είναι κοντά σε μια εκκένωση τόξου, περιορισμένη χρονικά από την χωρητικότητα των ηλεκτροδίων και την ανεπαρκή παροχή ρεύματος. Σε πίεση 1 atm. το υλικό και η κατάσταση των ηλεκτροδίων δεν επηρεάζει την τάση διάσπασης σε αυτόν τον τύπο εκφόρτισης.
Η απόσταση μεταξύ των σφαιρικών ηλεκτροδίων, που αντιστοιχεί στην εμφάνιση σπινθήρα, χρησιμοποιείται πολύ συχνά για τη μέτρηση υψηλών τάσεων.
Ως. 272 663: Μια μέθοδος για τον προσδιορισμό του μεγέθους των μακροσωματιδίων με την εφαρμογή τους σε μια φορτισμένη επιφάνεια, που χαρακτηρίζεται από το ότι, προκειμένου να αυξηθεί η ακρίβεια της μέτρησης, η ένταση της φωτεινής λάμψης που συνοδεύει την ηλεκτρική διάσπαση μεταξύ της φορτισμένης επιφάνειας και του σωματιδίου προσδιορίζεται η προσέγγιση του και το μέγεθος του σωματιδίου κρίνεται από την ένταση.
Η εκκένωση πυρσού είναι ένας ειδικός τύπος εκκένωσης ενός ηλεκτροδίου υψηλής συχνότητας. Σε πιέσεις κοντά ή πάνω από την ατμοσφαιρική πίεση, η εκκένωση του φακού έχει το σχήμα φλόγας κεριού. Αυτός ο τύπος εκφόρτισης μπορεί να υπάρχει σε συχνότητες 10 MHz, υπό την προϋπόθεση ότι η ισχύς της πηγής είναι επαρκής.
Κατά τη μελέτη ενός φορτισμένου άκρου, παρατηρείται ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα - η λεγόμενη ροή φορτίων από το άκρο. Στην πραγματικότητα δεν υπάρχει απορροή. Ο μηχανισμός αυτού του φαινομένου είναι ο εξής: μικρές ποσότητες ελεύθερων φορτίων στον αέρα κοντά στην άκρη επιταχύνονται και, χτυπώντας τα άτομα αερίου, τα ιονίζουν. Δημιουργείται μια περιοχή διαστημικού φορτίου, από όπου ιόντα του ίδιου σημείου με το άκρο ωθούνται προς τα έξω από το πεδίο, παρασύροντας μαζί τους άτομα αερίου. Η ροή των ατόμων και των ιόντων δημιουργεί την εντύπωση μιας ροής φορτίων. Σε αυτή την περίπτωση, το άκρο αποφορτίζεται και ταυτόχρονα δέχεται μια ώθηση που κατευθύνεται ενάντια στην άκρη.
Διάφορα παραδείγματα χρήσης της εκκένωσης κορώνας:
Ως. 485 282: Συσκευή κλιματισμού που περιέχει περίβλημα με δίσκο και σωλήνες για παροχή αέρα και εξαγωγή και εναλλάκτη θερμότητας που βρίσκεται στο περίβλημα με κανάλια που αρδεύονται από μία από τις ροές, που χαρακτηρίζεται από το ότι, προκειμένου να αυξηθεί ο βαθμός ψύξης του αέρα με την εντατικοποίηση της εξάτμισης, το νερό κορώνας, κατά μήκος του άξονα των αρδευόμενων καναλιών του εναλλάκτη θερμότητας, τοποθετούνται ηλεκτρόδια, προσαρτώνται σε γειωμένο σώμα χρησιμοποιώντας μονωτές και συνδέονται με τον αρνητικό πόλο της πηγής τάσης.
ΩΣ. 744429: Μετρητής εκκένωσης Corona για διαμέτρους καλωδίων μικρότερες από πενήντα μικρά. Όπως είναι γνωστό, μια εκκένωση κορώνας με τη μορφή ενός φωτεινού δακτυλίου εμφανίζεται γύρω από έναν αγωγό εάν εφαρμοστεί υψηλή τάση στον αγωγό. Κατά τον προσδιορισμό της διατομής του αγωγού, η εκκένωση κορώνας θα έχει πολύ συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Μόλις αλλάξει η διατομή, αλλάζουν αμέσως τα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνας.
Ηλεκτρική εκκένωση*- Απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας από οποιοδήποτε ηλεκτρισμένο σώμα, δηλαδή ηλεκτρική εκκένωση* αυτού του σώματος, μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους, ως αποτέλεσμα των οποίων τα φαινόμενα που συνοδεύουν μια ηλεκτρική εκκένωση* μπορεί να αποδειχθούν πολύ διαφορετικά στη φύση. Όλες οι διάφορες μορφές ηλεκτρικής εκκένωσης* μπορούν να χωριστούν σε τρεις κύριους τύπους: Ηλεκτρική εκκένωση* με τη μορφή ηλεκτρικού ρεύματος ή Ηλεκτρική* αγώγιμη εκκένωση, Ηλεκτρική* συναγωγή εκκένωσης και ηλεκτρική* εκρηκτική εκκένωση. Ηλεκτρική εκκένωση* με τη μορφή ρεύματοςσυμβαίνει όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα συνδέεται με τη γη ή με ένα άλλο σώμα που διαθέτει m, ίσο σε ποσότητα και αντίθετο σε πρόσημο με τον ηλεκτρισμό στο σώμα εκφόρτισης, μέσω αγωγών ή ακόμα και μονωτών, αλλά μονωτών που καλύπτονται με ένα στρώμα που άγει ηλεκτρισμό, για παράδειγμα. η επιφάνεια είναι υγρή ή βρώμικη. Σε αυτές τις περιπτώσεις συμβαίνει ηλεκτρική πλήρης εκφόρτιση*ενός δεδομένου σώματος και η διάρκεια αυτής της ηλεκτρικής εκφόρτισης * καθορίζεται από το m και το σχήμα (βλ.) των αγωγών μέσω των οποίων συμβαίνει η ηλεκτρική εκκένωση * Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση και η αυτεπαγωγή των αγωγών, τόσο πιο γρήγορη είναι η ηλεκτρική εκφόρτιση * του σώματος εμφανίζεται. Το σώμα αποφορτίζεται μερικώς, δηλαδή συμβαίνει ηλεκτρική εκφόρτισή του* ατελής,όταν συνδέεται με αγωγούς με κάποιο άλλο σώμα που δεν είναι ηλεκτρισμένο ή λιγότερο ηλεκτρισμένο από αυτό. Σε αυτές τις περιπτώσεις, όσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια χάνεται από το σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του σώματος που συνδέεται με αυτό μέσω αγωγών. Τα φαινόμενα που συνοδεύουν μια ηλεκτρική εκκένωση* με τη μορφή ρεύματος είναι ποιοτικά τα ίδια με τα φαινόμενα που προκαλούνται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διεγείρεται από συνηθισμένα γαλβανικά στοιχεία. Ηλεκτρική εκφόρτιση* συμβατικήεμφανίζεται όταν ένα καλά μονωμένο σώμα βρίσκεται σε υγρό ή αέριο μέσο που περιέχει σωματίδια που μπορούν να ηλεκτριστούν και, υπό την επίδραση ηλεκτρικών δυνάμεων, μπορούν να κινηθούν σε αυτό το μέσο. Ηλεκτρική εκκένωση* εκρηκτικός- πρόκειται για ηλεκτρική εκκένωση* ενός σώματος είτε στο έδαφος είτε σε άλλο σώμα, αντίθετα ηλεκτρισμένο, μέσω ενός μέσου που δεν άγει ηλεκτρισμό. Το φαινόμενο συμβαίνει σαν το μη αγώγιμο μέσο να υποχωρεί στη δράση εκείνων των τάσεων που προκύπτουν σε αυτό υπό την επίδραση της ηλεκτροδότησης του σώματος και παρέχει μια διαδρομή για την ηλεκτρική ενέργεια. Μια τέτοια εκρηκτική ηλεκτρική εκκένωση* συνοδεύεται πάντα από ελαφρά φαινόμενα και μπορεί να συμβεί σε διάφορες μορφές. Αλλά όλες αυτές οι μορφές εκρηκτικής ηλεκτρικής εκκένωσης* μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: Ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια μιας σπίθας,Ηλεκτρική εκκένωση* στο χρησιμοποιώντας μια βούρτσα, Ηλεκτρική εκκένωση* συνοδεύεται από λάμψη, ή ησυχία P. Όλες αυτές οι ηλεκτρικές εκκενώσεις* είναι παρόμοιες μεταξύ τους καθώς, παρά τη σύντομη διάρκεια, καθεμία από αυτές αντιπροσωπεύει έναν συνδυασμό πολλών ηλεκτρικών εκκενώσεων*, δηλαδή, με αυτές τις ηλεκτρικές εκκενώσεις* το σώμα χάνει την ηλεκτρική του ενέργεια όχι συνεχώς, αλλά κατά διαστήματα τρόπος. Η ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια ενός σπινθήρα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις ταλαντωτική (βλ. Ταλαντωτική ηλεκτρική εκκένωση*). Μια ηλεκτρική εκκένωση* με τη βοήθεια ενός σπινθήρα σχηματίζεται όταν ένα ηλεκτρισμένο σώμα βρίσκεται σε οποιοδήποτε αέριο σημαντικόςελαστικότητας ή σε ένα υγρό, ένα άλλο σώμα είναι αρκετά κοντά, αγώγοντας ηλεκτρισμό και συνδέεται με το έδαφος ή ηλεκτρισμένο απέναντι από αυτό το σώμα. Ένας σπινθήρας μπορεί επίσης να σχηματιστεί όταν υπάρχει ένα στρώμα κάποιου είδους στερεού μονωτή ανάμεσα σε τέτοια σώματα. Σε αυτή την περίπτωση, ο σπινθήρας διαπερνά αυτό το στρώμα, σχηματίζοντας μια διαμπερή οπή και ρωγμές σε αυτό. Ένας σπινθήρας συνοδεύεται πάντα από έναν ειδικό ήχο τριξίματος, που προκύπτει από ένα γρήγορο σοκ στο περιβάλλον στο οποίο παράγεται. Όταν ο σπινθήρας είναι σύντομος, μοιάζει με ελαφριά, ευθεία γραμμή. Το πάχος αυτής της γραμμής καθορίζεται από την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που χάνεται από το ηλεκτρισμένο σώμα με τη βοήθεια αυτού του σπινθήρα. Καθώς το μήκος του σπινθήρα αυξάνεται, γίνεται λεπτότερο και ταυτόχρονα αποκλίνει από την εμφάνιση μιας ευθείας γραμμής, παίρνει τη μορφή ζιγκ-ζαγκ γραμμής και στη συνέχεια, με περαιτέρω επιμήκυνση, διακλαδίζεται και τελικά μετατρέπεται σε σχήμα βούρτσας. (Πίνακας, Εικ. 1). Με τη βοήθεια ενός περιστρεφόμενου καθρέφτη, μπορεί κανείς να ανακαλύψει ότι ο σπινθήρας που εμφανίζεται αποτελείται στην πραγματικότητα από έναν αριθμό μεμονωμένων σπινθήρων, οι οποίοι διαδέχονται ο ένας τον άλλον μετά από κάποιο χρονικό διάστημα. Το μήκος του σπινθήρα που προκύπτει, ή το λεγόμενο λίγο απόσταση,εξαρτάται από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των σωμάτων μεταξύ των οποίων παράγεται αυτός ο σπινθήρας. Ωστόσο, ακόμη και με την ίδια διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σωμάτων, το μήκος του σπινθήρα που σχηματίζεται μεταξύ τους ποικίλλει κάπως ανάλογα με το σχήμα αυτών των σωμάτων. Έτσι, για μια δεδομένη διαφορά δυναμικού, ο σπινθήρας είναι μεγαλύτερος όταν σχηματίζεται μεταξύ δύο δίσκων από ό,τι στην περίπτωση που πρέπει να πηδήξει ανάμεσα σε δύο μπάλες. Και για διαφορετικές μπάλες ο σπινθήρας δεν έχει το ίδιο μήκος. Όσο περισσότερο διαφέρουν οι δύο μπάλες σε μέγεθος, τόσο μεγαλύτερο είναι. Σε μια δεδομένη διαφορά δυναμικού, επιτυγχάνεται ο μικρότερος σπινθήρας, δηλ. επιτυγχάνεται η μικρότερη απόσταση εκκένωσης στην περίπτωση που ο σπινθήρας πρέπει να ληφθεί μεταξύ δύο σφαιρών του ίδιου μεγέθους. Μια αλλαγή στην ελαστικότητα του αερίου έχει πολύ μεγάλη επίδραση στο μέγεθος της διαφοράς δυναμικού που απαιτείται για να σχηματιστεί ένας σπινθήρας δεδομένου μήκους. Καθώς μειώνεται η ελαστικότητα του αερίου, μειώνεται και αυτή η διαφορά δυναμικού. Το αέριο στο οποίο εμφανίζεται ο σπινθήρας έχει σημαντική επίδραση στο μέγεθος της απαιτούμενης διαφοράς δυναμικού. Για το ίδιο μήκος σπινθήρα και την ίδια ελαστικότητα αερίου, αυτή η διαφορά δυναμικού είναι η μικρότερη για το υδρογόνο, είναι μεγαλύτερη για τον αέρα και ακόμη μεγαλύτερη για το ανθρακικό οξύ. Για να παραχθεί ένας σπινθήρας σε ένα υγρό, απαιτείται μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού από την παραγωγή του ίδιου σπινθήρα σε ένα αέριο. Η ουσία των σωμάτων μεταξύ των οποίων σχηματίζεται ο σπινθήρας έχει πολύ μικρή επίδραση στη διαφορά δυναμικού που απαιτείται για να εμφανιστεί ο σπινθήρας. Για μικρά μήκη σπινθήρα στον αέρα ή σε οποιοδήποτε άλλο αέριο, η διαφορά δυναμικού που σχηματίζει τον σπινθήρα είναι πολύ στενά ανάλογη με το μήκος του σπινθήρα. Για μεγάλα μήκη σπινθήρα, η σχέση μεταξύ του μήκους του σπινθήρα και της διαφοράς δυναμικού που απαιτείται για αυτό δεν είναι τόσο απλή. Σε αυτή την περίπτωση, καθώς αυξάνεται η διαφορά δυναμικού, το μήκος του σπινθήρα αυξάνεται γρηγορότερα από ότι αυξάνεται η διαφορά δυναμικού. Ο παρακάτω πίνακας περιέχει δεδομένα για την έκφραση του μήκους των σπινθήρων και των αντίστοιχων διαφορών δυναμικού (οι σπινθήρες σχηματίζονται μεταξύ δύο δίσκων, ο ένας έχει ελαφρώς κυρτή επιφάνεια).
| Μήκος σπινθήρα, σε στμ | Δυναμική διαφορά, σε βολτ |
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΚΦΟΡΤΙΣΗ.
