Električno pražnjenje- proces protoka električne struje povezan sa značajnim povećanjem električne vodljivosti medija u odnosu na njegovo normalno stanje.
Povećanje električne vodljivosti osigurano je prisutnošću dodatnih slobodnih nositelja naboja. Električna pražnjenja mogu biti nesamoodrživa, koja nastaju zbog vanjskog izvora slobodnih nositelja naboja, i neovisna, koja nastavljaju gorjeti čak i nakon što se vanjski izvor slobodnih nositelja naboja isključi.
Razlikuju se sljedeće vrste električnih pražnjenja: iskra, korona, luk (električni luk) i žarenje.
Spojimo kuglaste elektrode na bateriju kondenzatora i počnemo puniti kondenzatore pomoću električnog stroja. Kako se kondenzatori pune, razlika potencijala između elektroda će se povećavati, a posljedično će se povećavati i jakost polja u plinu. Sve dok je jakost polja niska, u plinu se ne mogu primijetiti nikakve promjene. Međutim, uz dovoljnu jakost polja (oko 30 000 V/cm), između elektroda se pojavljuje električna iskra, koja izgleda kao svijetleći zavojiti kanal koji povezuje obje elektrode. Plin u blizini iskre se zagrijava do visoka temperatura i odjednom se širi, uzrokujući pojavu zvučnih valova, a mi čujemo karakterističan zvuk pucketanja. Kondenzatori u ovoj postavci dodani su kako bi iskra bila snažnija i stoga učinkovitija.
Opisani oblik plinskog pražnjenja naziva se iskričasto pražnjenje, ili proboj plinske iskre. Kada dođe do iskričastog pražnjenja, plin iznenada, naglo, gubi izolacijska svojstva i postaje dobar vodič. Jakost polja pri kojoj dolazi do proboja plinske iskre ima različitu vrijednost za različite plinove i ovisi o njihovom stanju (tlak, temperatura). Za određeni napon između elektroda, jakost polja je manja što su elektrode udaljenije jedna od druge. Stoga, što je veći razmak između elektroda, to je veći napon između njih potreban da bi došlo do iskrićeg proboja plina. Ovaj napon se naziva probojni napon.
Pojava kvara objašnjava se na sljedeći način. Uvijek postoji određena količina iona i elektrona u plinu, koja proizlazi iz slučajnih uzroka. Međutim, obično je njihov broj tako mali da plin praktički ne provodi struju. Pri relativno malim vrijednostima jakosti polja, kakve susrećemo kada proučavamo nesamoodržive vodljivost plinova, sudari iona koji se kreću u električnom polju s neutralnim molekulama plina događaju se na isti način kao i sudari elastičnih kuglica. Pri svakom sudaru čestica koja se kreće prenosi dio svoje kinetičke energije na onu koja miruje, te se obje čestice nakon udara rasprše, ali ne unutarnje promjene ne događa u njima. Međutim, ako je jakost polja dovoljna, kinetička energija koju je ion akumulirao u intervalu između dva sudara može postati dovoljna da ionizira neutralnu molekulu nakon sudara. Kao rezultat toga nastaju novi negativni elektron i pozitivno nabijeni ostatak – ion. Ovaj proces ionizacije naziva se udarna ionizacija, a rad koji je potrebno utrošiti za uklanjanje elektrona iz atoma naziva se ionizacijski rad. Količina ionizacijskog rada ovisi o strukturi atoma i stoga je različita za različite plinove.
Elektroni i ioni nastali pod utjecajem udarne ionizacije povećavaju broj naboja u plinu, a zauzvrat se pod utjecajem električnog polja pokreću i mogu proizvesti udarnu ionizaciju novih atoma. Tako se ovaj proces "pojačava", a ionizacija u plinu brzo doseže vrlo veliku vrijednost. Sve su pojave vrlo slične snježnoj lavini u planinama, za čiju je pojavu dovoljna neznatna gruda snijega. Stoga je opisani proces nazvan ionska lavina. Formiranje ionske lavine je proces proboja iskre, a minimalni napon pri kojem dolazi do ionske lavine je probojni napon. Vidimo da je tijekom proboja iskre razlog ionizacije plina uništenje atoma i molekula tijekom sudara s ionima.
Jedan od prirodnih predstavnika iskričastog pražnjenja je munja - lijepa i nesigurna.
Pojava ionske lavine ne dovodi uvijek do iskre, već može uzrokovati i pražnjenje druge vrste - koronsko pražnjenje.
Zategnimo metalnu žicu AB promjera nekoliko desetinki milimetra na dva visoka izolacijska nosača i spojimo je na negativni pol generatora koji daje napon od nekoliko tisuća volti, na primjer, dobrom električnom stroju. Odnijet ćemo drugi pol generatora na Zemlju. Dobit ćemo neku vrstu kondenzatora čije su ploče naša žica i zidovi sobe koji, naravno, komuniciraju sa Zemljom. Polje u ovom kondenzatoru je vrlo nehomogeno, a njegov intenzitet je vrlo visok u blizini tanke žice. Postupnim povećanjem napona i promatranjem žice u mraku, možete primijetiti da se pri određenom naponu u blizini žice pojavljuje slabašni sjaj ("korona"), koji prekriva žicu sa svih strana; prati ga šištanje i lagano pucketanje. Ako je između žice i izvora spojen osjetljivi galvanometar, tada uz pojavu sjaja, galvanometar pokazuje primjetnu struju koja teče od generatora kroz žice do žice i od nje kroz zrak prostorije do zidova povezanih na drugi pol generatora. Struju u zraku između žice AB i stijenki nose ioni nastali u zraku uslijed udarne ionizacije. Dakle, sjaj zraka i pojava struje ukazuju na jaku ionizaciju zraka pod utjecajem električnog polja.
Koronsko pražnjenje može se dogoditi ne samo na žici, već i na vrhu i općenito na svim elektrodama, u blizini kojih nastaje vrlo jako nehomogeno polje.
Primjena koronskog pražnjenja.
1) Električno pročišćavanje plinova (elektrofilteri). Posuda ispunjena dimom odjednom postane potpuno prozirna kada se u nju umetnu oštre metalne elektrode spojene na električni stroj. Unutar staklene cijevi nalaze se dvije elektrode: metalni cilindar i tanka metalna žica koja visi duž njegove osi. Elektrode su spojene na električni stroj. Ako se mlaz dima (ili prašine) otpuhne kroz cijev i stroj radi, tada čim napon postane dovoljan za formiranje korone, mlaz zraka koji izlazi postat će potpuno čist i proziran, a sav čvrst i tekući čestice sadržane u plinu će se taložiti na elektrodama. Objašnjenje iskustva je sljedeće. Nakon što se zapali kruna žice, zrak unutar cijevi postaje visoko ioniziran. Ioni plina, sudarajući se s česticama prašine, "lijepe" se na potonje i naplaćuju ih. Budući da unutar cijevi postoji jako električno polje, nabijene čestice se pod utjecajem polja kreću prema elektrodama, gdje se talože. Opisani fenomen trenutno nalazi tehničku primjenu za pročišćavanje industrijskih plinova u velikim količinama od krutih i tekućih nečistoća.
2) Brojači elementarnih čestica. Koronsko pražnjenje je u osnovi rada izuzetno važnih fizikalnih uređaja: tzv. brojača elementarnih čestica (elektrona, kao i drugih elementarnih čestica koje nastaju tijekom radioaktivnih transformacija) Geiger-Müllerovog brojača. Sastoji se od malog metalnog cilindra A, opremljenog prozorom, i tanke metalne žice razvučene duž osi cilindra i izolirane od nje. Mjerilo je spojeno na krug koji sadrži izvor napona B od nekoliko tisuća volti. Napon je odabran tako da bude samo malo manji od "kritičnog", tj. potrebnog za paljenje koronskog pražnjenja unutar mjerača. Kada elektron koji se brzo kreće uđe u brojač, on ionizira molekule plina unutar brojača, uzrokujući blago smanjenje napona potrebnog za paljenje korone. Dolazi do pražnjenja u mjeraču, au krugu se pojavljuje slaba kratkotrajna struja.
Struja koja nastaje u mjeraču je toliko slaba da ju je teško detektirati konvencionalnim galvanometrom. Međutim, može se učiniti prilično vidljivim ako se u strujni krug uvede vrlo veliki otpor R i paralelno s njim spoji osjetljivi elektrometar E. Kada se u krugu pojavi struja I, na krajevima strujnog kruga se stvara napon U otpor, jednak Ohmovom zakonu U = IxR. Ako odaberete vrijednost otpora R vrlo veliku (mnogo milijuna ohma), ali znatno manju od otpora samog elektrometra, tada će čak i vrlo slaba struja uzrokovati primjetan napon. Prema tome, svaki put kad brzi elektron uđe u brojač, list elektrometra će se osloboditi.
Takvi brojači omogućuju registraciju ne samo brzih elektrona, već i svih nabijenih, brzo pokretnih čestica koje su sposobne ionizirati plin putem sudara. Suvremeni brojači lako otkrivaju ulazak čak i jedne čestice u njih te stoga omogućuju da se s potpunom pouzdanošću i vrlo jasnom jasnoćom provjeri da elementarne čestice doista postoje u prirodi.
Godine 1802. V. V. Petrov je utvrdio da ako pričvrstite dva komada drvenog ugljena na polove velike elektrolitičke baterije i, dovodeći ugljen u dodir, malo ih razdvojite, stvorit će se svijetli plamen između krajeva ugljena i krajeva sam će se ugljen užariti. Emitiranje zasljepljujuće svjetlosti ( električni luk). Taj je fenomen neovisno uočio sedam godina kasnije engleski kemičar Davy, koji je predložio da se ovaj luk nazove "voltaičnim" u čast Volte.
Obično se rasvjetna mreža napaja izmjeničnom strujom. Luk, međutim, gori stabilnije ako se kroz njega propusti stalna struja, tako da mu je jedna elektroda uvijek pozitivna (anoda), a druga negativna (katoda). Između elektroda nalazi se stup vrućeg plina koji dobro provodi struju. U običnim lukovima ovaj stup emitira znatno manje svjetla od užarenog ugljena. Pozitivni ugljen, koji ima višu temperaturu, gori brže od negativnog ugljena. Zbog jake sublimacije ugljena na njemu nastaje udubljenje – pozitivni krater, koji je najtopliji dio elektroda. Temperatura kratera u zraku pri atmosferskom tlaku doseže 4000 °C. Luk može gorjeti i između metalnih elektroda (željezo, bakar itd.). U tom slučaju, elektrode se tope i brzo isparavaju, što troši puno topline. Stoga je temperatura kratera metalne elektrode obično niža nego kod ugljične elektrode (2000-2500 °C).
Primoravanjem luka da gori između karbonskih elektroda u komprimiranom plinu (oko 20 atm), bilo je moguće dovesti temperaturu pozitivnog kratera na 5900 °C, tj. na temperaturu površine Sunca. U tom je stanju uočeno topljenje ugljena.
Stup plinova i para kroz koji dolazi do električnog pražnjenja ima još višu temperaturu. Energetsko bombardiranje ovih plinova i para elektronima i ionima, pokretanim električnim poljem luka, dovodi temperaturu plinova u stupcu do 6000-7000 °. Stoga se u stupu luka gotovo sve poznate tvari tale i pretvaraju u paru, a omogućene su i mnoge kemijske reakcije koje se ne događaju pri višim temperaturama. niske temperature. Nije teško, na primjer, taliti vatrostalne porculanske štapiće u lučnom plamenu. Za održavanje pražnjenja luka potreban je mali napon: luk dobro gori kada je napon na njegovim elektrodama 40-45 V. Struja luka je prilično značajna. Tako, na primjer, čak iu malom luku teče struja od oko 5 A, au velikim lukovima koji se koriste u industriji struja doseže stotine ampera. To pokazuje da je otpor luka nizak; Posljedično, svjetleći plinski stupac dobro provodi električnu struju.
Tako jaka ionizacija plina moguća je samo zahvaljujući činjenici da katoda luka emitira mnogo elektrona, koji svojim udarima ioniziraju plin u prostoru pražnjenja. Snažna emisija elektrona s katode osigurana je činjenicom da je sama katoda luka zagrijana na vrlo visoku temperaturu (od 2200° do 3500°C ovisno o materijalu). Kada za paljenje luka prvo dovedemo ugljen u kontakt, tada se na mjestu kontakta, koje ima vrlo veliki otpor, oslobodi gotovo sva Jouleova toplina struje koja prolazi kroz ugljen. Stoga se krajevi ugljena jako zagriju, a to je dovoljno da između njih izbije luk kada se razmaknu. Nakon toga, katoda električnog luka održava se u zagrijanom stanju samom strujom koja prolazi kroz luk. Glavnu ulogu u tome igra bombardiranje katode pozitivnim ionima koji upadaju na nju.
Primjena lučnog pražnjenja.
Zbog visoke temperature, elektrode luka emitiraju blistavu svjetlost, pa je električni luk jedan od najboljih izvora svjetlosti. Troši samo oko 0,3 vata po svijeći i znatno je ekonomičniji. Od najboljih žarulja sa žarnom niti. Električni luk prvi je upotrijebio za osvjetljavanje P. N. Yablochkov 1875. godine i nazvan je "ruska svjetlost", ili "sjeverna svjetlost".
Električni luk se također koristi za zavarivanje metalnih dijelova (elektrolučno zavarivanje). Trenutno se električni luk vrlo široko koristi u industrijskim električnim pećima. U globalnoj industriji oko 90% alatnog čelika i gotovo svih specijalnih čelika tali se u električnim pećima.
Od velikog je interesa živin luk koji gori u kvarcnoj cijevi, tzv kvarcna lampa. U ovoj svjetiljci lučno pražnjenje se ne događa u zraku, već u atmosferi živine pare, za koju se u svjetiljku unosi mala količina žive, a zrak se ispumpava. Svjetlo živinog luka izuzetno je bogato nevidljivim ultraljubičastim zrakama koje imaju jake kemijske i fiziološke učinke. Živine lampe imaju široku primjenu u liječenju raznih bolesti (“umjetno planinsko sunce”), kao iu znanstvenim istraživanjima kao jak izvor ultraljubičastih zraka.
Osim iskre, korone i luka, u plinovima postoji još jedan oblik samostalnog pražnjenja - tzv. tinjajuće pražnjenje. Za dobivanje ove vrste pražnjenja prikladno je koristiti staklenu cijev dugu oko pola metra, koja sadrži dvije metalne elektrode. Spojimo elektrode na izvor istosmjerne struje s naponom od nekoliko tisuća volti (radit će električni stroj) i postupno ispumpavamo zrak iz cijevi. Pri atmosferskom tlaku, plin unutar cijevi ostaje taman jer primijenjeni napon od nekoliko tisuća volti nije dovoljan da probije dugi plinski raspor. Međutim, kada tlak plina dovoljno padne, u cijevi bljesne svjetlosno pražnjenje. Izgleda kao tanka vrpca (grmizna u zraku, druge boje u drugim plinovima) koja povezuje obje elektrode. U tom stanju plinski stup dobro provodi struju.
Daljnjim pražnjenjem svjetleći kabel se zamagljuje i širi, a sjaj ispunjava gotovo cijelu cijev. Razlikuju se sljedeća dva dijela pražnjenja: 1) nesvjetleći dio uz katodu, koji se naziva tamni katodni prostor; 2) svjetleći stupac plina koji ispunjava ostatak cijevi, sve do anode. Ovaj dio pražnjenja naziva se pozitivnim stupcem.
Tijekom tinjajućeg izboja plin dobro provodi elektricitet, što znači da se u plinu cijelo vrijeme održava jaka ionizacija. U ovom slučaju, za razliku od lučnog pražnjenja, katoda ostaje cijelo vrijeme hladna. Zašto u ovom slučaju dolazi do stvaranja iona?
Potencijal ili pad napona za svaki centimetar duljine plinskog stupca u tinjajućem izbijanju vrlo je različit u različite dijelove iscjedak. Ispada da se gotovo cijeli pad potencijala događa u tamnom prostoru. Razlika potencijala koja postoji između katode i granice prostora koja joj je najbliža naziva se pad potencijala katode. Mjeri se u stotinama, au nekim slučajevima i tisućama volti. Čini se da cijelo pražnjenje postoji zbog ovog pada katode. Značaj pada katode je u tome što pozitivni ioni, prolazeći kroz ovu veliku razliku potencijala, postižu veću brzinu. Budući da je upad katode koncentriran u tankom sloju plina, ovdje se gotovo ne događaju sudari iona s atomima plina, pa stoga, prolazeći kroz područje upada katode, ioni dobivaju vrlo visoku kinetičku energiju. Kao rezultat toga, kada se sudare s katodom, izbace iz nje određeni broj elektrona koji se počinju kretati prema anodi. Prolazeći kroz tamni prostor, elektroni se pak ubrzavaju padom potencijala katode i pri sudaru s atomima plina u udaljenijem dijelu izboja proizvode udarnu ionizaciju. Pozitivni ioni koji pritom nastaju bivaju opet ubrzani padom katode i izbijaju nove elektrone s katode itd. Dakle, sve se ponavlja dok postoji napon na elektrodama.
To znači da su razlozi ionizacije plina u tinjajućem pražnjenju udarna ionizacija i izbijanje elektrona s katode pozitivnim ionima.
Primjena tinjajućeg pražnjenja.
Ovo pražnjenje se uglavnom koristi za rasvjetu. Koristi se u fluorescentnim svjetiljkama.
LEKCIJA
u disciplini „Elektronika i protupožarna automatika“ za kadete i studente
specijalnost 030502.65 – “Sudskomedicinsko vještačenje”
na temu br.1."Poluvodički, elektronički, ionski uređaji"
Tema predavanja je “Indikatorski i fotoelektrični uređaji”.
Pokazni uređaji
Električno pražnjenje u plinovima.
Uređaji s izbojem u plinu (ionski) nazivaju se elektrovakuumski uređaji s električnim izbojem u plinu ili pari. Plin u takvim uređajima je pod sniženim tlakom. Električno pražnjenje u plinu (u pari) skup je pojava koje prate prolazak električne struje kroz njega. Tijekom takvog pražnjenja događa se nekoliko procesa.
Ekscitacija atoma.
Pod udarom elektrona jedan od elektrona atoma plina prelazi na dalju orbitu (na višu energetsku razinu). Ovo pobuđeno stanje atoma traje 10 -7 - 10 -8 sekundi, nakon čega se elektron vraća u svoju normalnu orbitu, odajući energiju koju je dobio pri udaru u obliku zračenja. Zračenje je popraćeno sjajem plina ako emitirane zrake pripadaju vidljivom dijelu elektromagnetskog spektra. Da bi atom bio pobuđen, elektron koji udari mora imati određenu energiju, tzv. energiju pobude.
Ionizacija.
Ionizacija atoma (ili molekula) plina događa se kada je energija udarnog elektrona veća od energije pobude. Kao rezultat ionizacije, elektron je izbačen iz atoma. Posljedično, u prostoru će biti dva slobodna elektrona, a sam atom će se pretvoriti u pozitivan ion. Ako ova dva elektrona, krećući se u ubrzavajućem polju, dobiju dovoljnu energiju, svaki od njih može ionizirati novi atom. Već će biti četiri slobodna elektrona i tri iona. Dolazi do lavinskog porasta broja slobodnih elektrona i iona.
Moguća je postupna ionizacija. Od udara jednog elektrona, atom prelazi u pobuđeno stanje i, nemajući vremena da se vrati u normalno stanje, ionizira se od udara drugog elektrona. Povećanje broja nabijenih čestica u plinu uslijed ionizacije (slobodnih elektrona i iona) naziva se elektrifikacija plina.
Rekombinacija.
Uz ionizaciju u plinu se događa i obrnuti proces neutralizacije naboja suprotnog predznaka. Pozitivni ioni i elektroni gibaju se kaotično u plinu, a kada se približavaju jedni drugima mogu se spojiti u neutralni atom. Ovo je olakšano međusobnim privlačenjem suprotno nabijenih čestica. Redukcija neutralnih atoma naziva se rekombinacija. Budući da se energija troši na ionizaciju, pozitivni ion i elektron imaju ukupnu energiju veću od neutralnog atoma. Stoga je rekombinacija popraćena emisijom energije. To se obično promatra plinski sjaj.
Kada se u plinu pojavi električno pražnjenje, prevladava ionizacija; kada se njegov intenzitet smanji, prevladava rekombinacija. Pri konstantnom intenzitetu električnog izboja u plinu uočava se stacionarni režim u kojem je broj slobodnih elektrona (i pozitivnih iona) koji nastaju u jedinici vremena zbog ionizacije u prosjeku jednak broju neutralnih atoma koji nastaju rekombinacijom . Prestankom pražnjenja nestaje ionizacija i zbog rekombinacije se uspostavlja neutralno stanje plina.
Za rekombinaciju je potrebno određeno vrijeme, pa se deionizacija događa za 10 -5 – 10 -3 sekunde. Dakle, u usporedbi s elektroničkim uređajima, uređaji s pražnjenjem u plinu mnogo su inercijalniji.
Vrste električnih pražnjenja u plinovima.
U plinu postoje samoodrživa i nesamoodrživa pražnjenja. Samopražnjenje se održava pod utjecajem samo električnog napona. Nesamoodrživo pražnjenje može postojati pod uvjetom da, osim napona, postoje i neki dodatni čimbenici. To može biti svjetlosno zračenje, radioaktivno zračenje, termoemisija vruće elektrode itd.
Zavisna je t tamni ili tihi iscjedak. Sjaj plina obično je nevidljiv. Praktično se ne koristi u uređajima s pražnjenjem u plinu.
Samostalni obuhvaća t tekući iscjedak. Karakterizira ga sjaj plina koji podsjeća na sjaj tinjajućeg ugljena. Pražnjenje se održava emisijom elektrona s katode pod utjecajem iona. Uređaji s tinjajućim pražnjenjem uključuju zenerove diode (stabilizatore napona izboja u plinu), svjetiljke s plinskim svjetlom, tiratrone s tinjajućim pražnjenjem, žarulje s indikatorima znakova i dekatrone (uređaje za brojanje s pražnjenjem u plinu).
Lučno pražnjenje može biti zavisan ili nezavisan. Lučno izbijanje javlja se pri gustoći struje koja je znatno veća nego kod tinjajućeg izboja i praćeno je intenzivnim sjajem plina. Uređaji za nesamoodrživo lučno pražnjenje uključuju gastrone i tiratrone s grijanom katodom. Neovisni uređaji za lučno pražnjenje uključuju živine ventile (ekscitrone) i ignitrone s tekućom živinom katodom, kao i plinske pražnjere.
Iskreće pražnjenje nalikuje lučnom pražnjenju. To je kratkotrajno pulsirajuće električno pražnjenje. Koristi se u odvodnicima koji služe za kratkotrajno zatvaranje određenih strujnih krugova.
Visokofrekventno pražnjenje može se dogoditi u plinu pod utjecajem izmjeničnog elektromagnetskog polja čak i u odsutnosti vodljivih elektroda.
Koronsko pražnjenje je neovisan i koristi se u uređajima s pražnjenjem u plinu za stabilizaciju napona. Uočava se u slučajevima kada jedna od elektroda ima vrlo mali radijus.
Fenomen statičkog elektriciteta obično se opaža kod dielektrika. Ako je kemijska veza u dielektriku ionska, tada zbog nesavršenosti strukture tvari broj pozitivnih i negativnih iona po jedinici volumena tvari nije isti. To znači da gotovo svako dielektrično tijelo s ionskom vezom u početku ima električni naboj, oko kojeg postoji elektrostatsko polje.
U stvarnim uvjetima taj se naboj obično kompenzira nabojima iz okoline, koji se talože na površini dielektrika. Zbog toga oko takvog tijela ne postoji elektrostatičko polje.
Ako je kemijska veza u dielektriku kovalentna, tada dielektrik može imati električni dipolni moment različit od nule i kao rezultat toga stvara elektrostatsko polje oko sebe. U stvarnim uvjetima se na površini takvog dielektrika iz okoline talože kompenzacijski naboji, tako da električno polje oko takvog tijela postaje nula.
Mehanička interakcija tijela može dovesti do uklanjanja kompenzacijskih naboja s odgovarajućih površina i pojave električnog polja u okolnom prostoru, što može ometati ulaze električnih uređaja. Ovo električno polje u nekim slučajevima može dovesti do proboja dielektrika (na primjer, zraka).
Pražnjenja povezana s ovim kvarom stvaraju elektromagnetske impulse u prostoru, koji također prenose smetnje.
Ukupni unutarnji otpor izvora je od 1 do 30 kOhm.
Ukupni induktivitet puta pražnjenja je 0,3 - 1,5 μH.
Kapacitet se kreće od 100 do 300 pF.
Maksimalni napon do 15 kV.
Maksimalna struja impulsa pražnjenja je do 30 A.
Brzina porasta struje od 2 do 35 A/ns.
Približan oblik strujnog impulsa tijekom pražnjenja električne energije:
Približan oblik strujnog impulsa Spektralna karakteristika:
kada postoji pražnjenje električne energije:
Klasifikacija izvora smetnji
Postoje funkcionalni i nefunkcionalni izvori.
Funkcionalni izvori su radijski i televizijski odašiljači koji distribuiraju elektromagnetske valove u okolinu u svrhu prijenosa informacija. Ova skupina uključuje sve uređaje koji emitiraju elektromagnetske valove ne u komunikacijske svrhe, već radi obavljanja svoje tehničke funkcije, na primjer, visokofrekventni generator za industrijsku ili medicinsku uporabu, mikrovalni uređaji za radio upravljanje.
Nefunkcionalni izvori uključuju automobilske uređaje za paljenje, fluorescentne svjetiljke, opremu za zavarivanje, releje i zaštitne zavojnice, ispravljače, kontaktne i blizinske sklopke, žičane vodove i električne komponente, interkome, atmosferska pražnjenja, koronska pražnjenja u vodovima, procese preklapanja, elektricitet statičkog pražnjenja, brzo promjenjive struje i napone u visokonaponskim tehnološkim laboratorijima.
Također postoje širokopojasni i uskopojasni izvori smetnji.
Širokopojasni je smetnja koja ima široki frekvencijski spektar, a uskopojasni je uzak.
U normalnim uvjetima svaki je plin, bilo zrak ili srebrna para, izolator. Da bi pod utjecajem električnog polja nastala struja, molekule plina moraju biti na neki način ionizirane.
Vanjske manifestacije i karakteristike pražnjenja u plinu izuzetno su raznolike, što se objašnjava širokim rasponom parametara i elementarnih procesa koji određuju prolazak struje kroz plin. Prvi uključuje sastav i tlak plina, geometrijsku konfiguraciju prostora pražnjenja, frekvenciju vanjskog električnog polja, jakost struje itd., Drugi - ionizaciju i ekscitaciju atoma i molekula plina, rekombinacijske utjecaje drugog vrsta, elastično raspršenje nositelja naboja, razne vrste emisijskih elektrona. Takav niz čimbenika kojima se može upravljati stvara preduvjete za vrlo široku primjenu plinskih pražnjenja.
Potencijal ionizacije je energija potrebna za uklanjanje elektrona iz atoma ili iona. Fotoionizacija atoma
. Atomi se mogu ionizirati apsorbiranjem kvanta svjetlosti čija je energija jednaka ili veća od potencijala ionizacije atoma. Površinska ionizacija
Ionizacijski procesi koriste se ne samo za pobuđivanje različitih vrsta plinskih pražnjenja, već i za intenziviranje raznih kemijskih reakcija te za kontrolu protoka plina pomoću električnih i magnetskih polja.
KAO. N 444818: Metoda zagrijavanja čelika u oksidirajućoj atmosferi, naznačena time što se za smanjenje dekarbonizacije, tijekom procesa zagrijavanja koristi ionizirana atmosfera.
KAO. 282684: Metoda za mjerenje malih protoka plina ispuštenih u vakuumski volumen, naznačena time što se, kako bi se povećala točnost mjerenja, plin ionizira prije lansiranja i oblikuje u homogeni puni snop, a zatim se ionski snop uvodi u vakuumski volumen, gdje se neutralizira na metalnoj meti, a veličina protoka plina procjenjuje se prema struji ionske zrake.
Obično se plinsko pražnjenje događa između vodljivih elektroda, koje stvaraju graničnu konfiguraciju električnog polja i igraju značajnu ulogu kao izvori i ponori nabijenih čestica.
Međutim, prisutnost elektroda nije nužna (visokofrekventni toroidalni naboj).
Pri dovoljno visokim tlakovima i duljinama pražnjenja plinoviti medij ima glavnu ulogu u nastanku i napredovanju pražnjenja. Održavanje struje pražnjenja određeno je održavanjem ravnotežne ionizacije plina, koja se događa pri malim strujama zbog procesa kaskadne ionizacije, a pri velikim strujama zbog toplinske ionizacije.
Kako se smanjuje tlak plina i duljina pražnjenja, procesi na elektrodama imaju sve veću ulogu. Pri P =0,02..0,4 mmHg/cm procesi na elektrodama postaju odlučujući.
Pri niskim strujama pražnjenja između hladnih elektroda i prilično jednolikog polja, glavna vrsta pražnjenja je sjajno pražnjenje, karakterizirano značajnim (50 - 400 V) padom potencijala katode. Katoda kod ove vrste pražnjenja emitira elektrone pod utjecajem nabijenih čestica i svjetlosnih kvanta, a toplinske pojave ne igraju ulogu u održavanju pražnjenja.
Primjesa molekularnih plinova u pražnjenju tijekom koronskog pražnjenja dovodi do stvaranja pruga, tj. tamne i svijetle pruge smještene preko gradijenta električnog polja.
Tinjajuće izbijanje u jako nehomogenom električnom polju i značajnom (P> 100 mmHg) tlaku naziva se korona izbijanje. Struja koronskog pražnjenja ima karakter impulsa izazvanih lavinama elektrona. Frekvencija pojavljivanja impulsa je 10-100 kHz.
Lučno pražnjenje opaža se pri jakosti struje od najmanje nekoliko ampera. Ovu vrstu pražnjenja karakterizira nizak (do 10 V) katodni pad potencijala i visoka gustoća struje. Za lučno izbijanje neophodna je visoka emisija elektrona s katode i toplinska ionizacija u stupcu plazme. Spektar luka obično sadrži linije katodnog materijala.
Kao. 226 729: Metoda ravnanja AC korištenjem raspora za pražnjenje plina sa šupljom katodom pri niskom tlaku plina, koji odgovara području lijeve grane Paschenove krivulje, karakteriziran time da se radi povećanja ispravljene struje i smanjenja pada napona tijekom provodljivog dijela perioda , s pozitivnim potencijalom na anodi, sustav "anoda - šuplja katoda" prelazi u način rada lučnog pražnjenja.
Iskričasto pražnjenje počinje stvaranjem streamera - elektronskih lavina koje se same šire i tvore vodljivi kanal između elektroda. Drugi stupanj iskričastog pražnjenja - glavno pražnjenje - događa se duž kanala koji formira struja, a karakteristike su mu bliske lučnom pražnjenju, vremenski ograničenom kapacitetom elektroda i nedovoljnim napajanjem. Pri tlaku od 1 atm. materijal i stanje elektroda ne utječe na probojni napon kod ove vrste pražnjenja.
Za mjerenje visokih napona vrlo se često koristi razmak između sfernih elektroda, koji odgovara pojavi proboja iskre.
Kao. 272 663: Metoda za određivanje veličine makročestica njihovim nanošenjem na nabijenu površinu, naznačena time što, kako bi se povećala točnost mjerenja, intenzitet bljeska svjetlosti koji prati električni slom između nabijene površine i čestice koja joj se približava određuje se, a po intenzitetu se prosuđuje veličina čestice.
Bakljasto pražnjenje je posebna vrsta visokofrekventnog jednoelektrodnog pražnjenja. Pri tlaku blizu ili iznad atmosferskog tlaka, pražnjenje baklje ima oblik plamena svijeće. Ova vrsta pražnjenja može postojati na frekvencijama od 10 MHz, pod uvjetom da je snaga izvora dovoljna.
Pri proučavanju nabijenog vrha opaža se zanimljiv učinak - takozvani tok naboja iz vrha. U stvarnosti nema otjecanja. Mehanizam ovog fenomena je sljedeći: male količine slobodnih naboja u zraku blizu vrha se ubrzavaju i, udarajući u atome plina, ioniziraju ih. Stvara se područje prostornog naboja, odakle polje istiskuje ione istog predznaka kao vrh, povlačeći sa sobom atome plina. Protok atoma i iona stvara dojam da naboji teku prema dolje. U tom slučaju vrh se isprazni i istovremeno prima impuls usmjeren protiv vrha.
Nekoliko primjera korištenja koronskog pražnjenja:
Kao. 485 282: Uređaj za klimatizaciju koji sadrži kućište s pladnjem i cijevima za dovod i odvod zraka i izmjenjivač topline koji se nalazi u kućištu s kanalima navodnjavanim iz jednog od protoka, naznačen time što, kako bi se povećao stupanj hlađenja zraka, intenziviranjem isparavanja, korona voda , uzduž osi navodnjavanih kanala izmjenjivača topline postavljaju se elektrode, pričvršćene na uzemljeno tijelo pomoću izolatora i spojene na negativni pol izvora napona.
KAO. 744429: Mjerač koronskog pražnjenja za žice promjera finije od pedeset mikrona. Kao što je poznato, oko vodiča se javlja koronsko pražnjenje u obliku svjetlećeg prstena ako se na vodič dovede visoki napon. Pri određivanju poprečnog presjeka vodiča, koronsko pražnjenje će imati vrlo specifične karakteristike. Čim se promijeni presjek, karakteristike koronskog pražnjenja se odmah mijenjaju.
Električno pražnjenje*- Može doći do gubitka električne energije bilo kojeg naelektriziranog tijela, tj. električnog pražnjenja* tog tijela na razne načine, zbog čega se pojave koje prate električno pražnjenje* mogu pokazati vrlo različite prirode. Svi različiti oblici električnog pražnjenja* mogu se podijeliti u tri glavne vrste: električno pražnjenje* u obliku električne struje, ili električno* vodljivo pražnjenje, električno* konvektivno pražnjenje i električno* eksplozivno pražnjenje. Električno pražnjenje* u obliku struje nastaje kada je naelektrizirano tijelo povezano sa zemljom ili drugim tijelom koje posjeduje m, jednak po količini i suprotan po predznaku elektricitetu na tijelu koje se prazni, kroz vodiče ili čak izolatore, ali izolatore koji su prekriveni slojem koji provodi električnu struju, na primjer. površina je mokra ili prljava. U tim se slučajevima događa potpuno električno pražnjenje* određenog tijela, a trajanje tog električnog pražnjenja * određeno je m i oblikom (vidi) vodiča kroz koje dolazi do električnog pražnjenja * Što je manji otpor i samoindukcija vodiča, to je brže električno pražnjenje. * tijela se javlja. Tijelo se djelomično prazni, tj. dolazi do njegovog električnog pražnjenja* nepotpun, kada je vodičima spojen s nekim drugim tijelom koje nije naelektrisano ili je manje naelektrisano od njega. U tim slučajevima, što više elektriciteta tijelo izgubi, to je veći kapacitet tijela koje je s njim povezano provodnicima. Pojave koje prate električno pražnjenje* u obliku struje kvalitativno su iste kao i pojave koje uzrokuje električna struja pobuđena običnim galvanskim elementima. Električno pražnjenje* konvencionalno nastaje kada se dobro izolirano tijelo nalazi u tekućem ili plinovitom mediju koji sadrži čestice koje se mogu naelektrizirati i pod utjecajem električnih sila gibati u tom mediju. Električno pražnjenje* Eksplozivno- to je električno pražnjenje* tijela bilo u zemlju ili u drugo tijelo, suprotno naelektrizirano, kroz medij koji ne provodi elektricitet. Pojava se događa kao da neprovodni medij popusti pod djelovanjem onih napetosti koje u njemu nastaju pod utjecajem naelektrisanja tijela, te osigura put elektricitetu. Takvo eksplozivno električno pražnjenje* uvijek je popraćeno svjetlosnim pojavama i može se pojaviti u razne forme. Ali svi ti oblici eksplozivnog električnog pražnjenja* mogu se podijeliti u tri kategorije: Električno pražnjenje* uz pomoć iskre, Električno pražnjenje* na pomoću četke, Električno pražnjenje* praćeno zračenjem, ili tiho P. Sva ova električna pražnjenja* međusobno su slična po tome što, unatoč kratkom trajanju, svako od njih predstavlja kombinaciju više električnih pražnjenja*, tj. tim električnim pražnjenjima* tijelo gubi elektricitet ne kontinuirano, već povremeno. način. Električno pražnjenje* uz pomoć iskre je u većini slučajeva oscilatorno (vidi Oscilatorno električno pražnjenje*). Električno pražnjenje* uz pomoć iskre nastaje kada se naelektrizirano tijelo nalazi u bilo kojem plinu znatan elastičnost ili u tekućini, drugo tijelo je dovoljno blizu, provodi električnu struju i povezano je sa zemljom ili je naelektrizirano nasuprot ovom tijelu. Iskra može nastati i kada se između takva dva tijela nalazi sloj neke vrste čvrstog izolatora. U ovom slučaju, iskra probija ovaj sloj, stvarajući prolaznu rupu i pukotine u njemu. Iskra je uvijek popraćena posebnim pucketavim zvukom, koji je posljedica brzog udara okoline u kojoj se stvara. Kada je iskra kratka, izgleda kao lagana, ravna linija. Debljina te linije određena je količinom elektriciteta koju gubi naelektrizirano tijelo uz pomoć te iskre. Povećanjem duljine iskra se tanji i ujedno odstupa od izgleda ravne linije, poprima oblik cik-cak linije, a zatim se daljnjim izduživanjem grana i na kraju dobiva oblik četke (Tablica, slika 1). Uz pomoć rotirajućeg zrcala može se otkriti da je iskra koja se pojavljuje zapravo sastavljena od više pojedinačnih iskrica koje slijede jedna za drugom nakon nekog vremena. Duljina nastale iskre, odnosno tzv malo udaljenost, ovisi o razlici potencijala između tijela između kojih nastaje ta iskra. Međutim, čak i uz istu razliku potencijala između dva tijela, duljina iskre koja se formira između njih donekle varira ovisno o obliku tih tijela. Dakle, za danu razliku potencijala, iskra je dulja kada se formira između dva diska nego u slučaju kada mora preskočiti između dvije kuglice. A za različite kuglice iskra nije iste duljine. Što se dvije lopte razlikuju po veličini, to je ona duža. Pri zadanoj razlici potencijala dobiva se najkraća iskra, odnosno najmanja udaljenost pražnjenja se dobiva u slučaju kada se iskra treba dobiti između dvije kuglice iste veličine. Promjena elastičnosti plina ima vrlo velik utjecaj na veličinu potencijalne razlike potrebne za formiranje iskre određene duljine. Kako se smanjuje elastičnost plina, smanjuje se i ta potencijalna razlika. Plin u kojem nastaje iskra ima značajan utjecaj na veličinu potrebne razlike potencijala. Za istu duljinu iskre i istu elastičnost plina ta je razlika potencijala najmanja za vodik, veća za zrak i još veća za ugljičnu kiselinu. Za stvaranje iskre u tekućini potrebna je veća razlika potencijala nego za stvaranje iste iskre u plinu. Tvar tijela između kojih nastaje iskra ima vrlo mali utjecaj na potencijalnu razliku potrebnu za nastanak iskre. Za kratke iskre u zraku ili bilo kojem drugom plinu, potencijalna razlika koja tvori iskru vrlo je proporcionalna duljini iskre. Za velike duljine iskre, odnos između duljine iskre i potencijalne razlike potrebne za to nije tako jednostavan. U ovom slučaju, kako se razlika potencijala povećava, duljina iskre raste brže nego što se povećava razlika potencijala. U sljedećoj tablici nalaze se podaci za izražavanje duljine iskri i pripadajućih potencijalnih razlika (iskre nastaju između dva diska, jedan ima blago konveksnu površinu).
| Duljina iskre, u stm | Razlika potencijala, u voltima |
ELEKTRIČNO PRAZNJENJE.
