ประเภทของการปล่อยไฟฟ้าในก๊าซ

การปล่อยไฟฟ้าในก๊าซรวมถึงทุกกรณีของการเคลื่อนที่ในก๊าซภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าของอนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนและไอออน) อันเป็นผลมาจากกระบวนการไอออไนเซชัน... ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเกิดขึ้นของการปล่อยในก๊าซคือการมีอิสระ มีประจุอยู่ในนั้น - อิเล็กตรอนและไอออน

ก๊าซที่ประกอบด้วยโมเลกุลที่เป็นกลางเท่านั้นจะไม่นำกระแสไฟฟ้าเลย นั่นคือ ไดอิเล็กตริกในอุดมคติ... ในสภาพจริง เนื่องจากการกระทำของไอออไนเซอร์ตามธรรมชาติ (รังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ รังสีคอสมิก รังสีกัมมันตภาพรังสีจากโลก ฯลฯ) ก๊าซจะมีประจุอิสระจำนวนหนึ่งเสมอ — ไอออนและ อิเล็กตรอนซึ่งให้ค่าการนำไฟฟ้าที่แน่นอน

พลังของไอออไนเซอร์ตามธรรมชาตินั้นต่ำมาก: จากการกระทำของพวกเขาประจุประมาณหนึ่งคู่จะเกิดขึ้นในอากาศทุก ๆ วินาทีในทุก ๆ ลูกบาศก์เซนติเมตรซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นปริมาตรของประจุ po = 1.6-19 CL / (ซม.3 x นิ้ว) จำนวนประจุที่เท่ากันจะรวมกันใหม่ทุกวินาที จำนวนประจุในอากาศ 1 cm3 ในเวลาเดียวกันจะคงที่และเท่ากับ 500-1,000 คู่ของไอออน

ดังนั้นหากใช้แรงดันไฟฟ้ากับแผ่นของตัวเก็บประจุอากาศแบบแบนที่มีระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้า S กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นในวงจรซึ่งมีความหนาแน่น J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 .

การใช้ไอออไนเซอร์เทียมจะเพิ่มความหนาแน่นของกระแสในก๊าซหลายเท่า ตัวอย่างเช่น เมื่อช่องว่างของก๊าซสว่างขึ้นด้วยหลอดปรอทควอตซ์ ความหนาแน่นกระแสในก๊าซจะเพิ่มขึ้นเป็น 10 — 12 A / cm2 ในที่ที่มีการปลดปล่อยอย่างจริงใจใกล้กับปริมาตรไอออไนซ์กระแสของคำสั่ง 10-10 A / cm2 เป็นต้น

พิจารณาการพึ่งพาของกระแสที่ไหลผ่านช่องว่างก๊าซด้วยสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอกับค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ผม (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. ลักษณะกระแส - แรงดันของการปล่อยก๊าซ

ในขั้นต้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นกระแสในช่องว่างจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากจำนวนประจุที่เพิ่มขึ้นตกอยู่ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าบนขั้วไฟฟ้า (ส่วน OA) ในส่วน AB กระแสจะไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากประจุทั้งหมดที่เกิดขึ้นเนื่องจากไอออนไนเซอร์ภายนอกตกลงบนขั้วไฟฟ้า กระแสอิ่มตัวถูกกำหนดโดยความเข้มของไอออไนเซอร์ที่กระทำกับช่องว่าง

ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นกระแสไฟจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (ส่วน BC) ซึ่งบ่งบอกถึงการพัฒนาอย่างเข้มข้นของกระบวนการไอออไนเซชันของก๊าซภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ที่แรงดันไฟฟ้า U0 จะมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของกระแสในช่องว่างซึ่งในกรณีนี้จะสูญเสียคุณสมบัติเป็นฉนวนและกลายเป็นตัวนำ

ปรากฏการณ์ที่ช่องนำไฟฟ้าสูงปรากฏขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้าของช่องว่างก๊าซเรียกว่าการสลายทางไฟฟ้า (การสลายตัวในก๊าซมักเรียกว่าการปลดปล่อยไฟฟ้า ซึ่งหมายถึงกระบวนการทั้งหมดของการก่อตัวของการสลาย)

การปล่อยไฟฟ้าที่สอดคล้องกับส่วนของคุณลักษณะ OABS เรียกว่าขึ้นอยู่กับเนื่องจากในส่วนนี้กระแสในช่องว่างก๊าซจะถูกกำหนดโดยความเข้มของไอออไนเซอร์ที่ใช้งานอยู่ การปลดปล่อยในส่วนหลังจากจุด C เรียกว่าเป็นอิสระเนื่องจากกระแสการปลดปล่อยในส่วนนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าเท่านั้น (ความต้านทานและพลังงานของแหล่งพลังงาน) และสำหรับการบำรุงรักษาการก่อตัวของอนุภาคที่มีประจุ เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้ไอออไนเซอร์ภายนอก แรงดันไฟฟ้า Wo ที่เริ่มการคายประจุเองเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้น

รูปแบบของการละลายตัวเองเป็นก๊าซขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ปล่อยเกิดขึ้นอาจแตกต่างกัน

ที่ความดันต่ำ เนื่องจากโมเลกุลของก๊าซจำนวนน้อยต่อหน่วยปริมาตร ช่องว่างจึงไม่สามารถรับค่าการนำไฟฟ้าสูงได้ และการปล่อยสารเรืองแสง... ความหนาแน่นกระแสในการปลดปล่อยสารเรืองแสงจะต่ำ (1-5 mA / cm2) การคายประจุครอบคลุมช่องว่างทั้งหมดระหว่างขั้วไฟฟ้า

ข้าว. 2. การปล่อยสารเรืองแสงในก๊าซ

ที่ความดันก๊าซใกล้กับบรรยากาศและสูงกว่า หากพลังงานของแหล่งพลังงานต่ำหรือใช้แรงดันไฟฟ้ากับช่องว่างในช่วงเวลาสั้น ๆ จะมีการปลดปล่อยประกายไฟ... ตัวอย่างของการปลดปล่อยประกายไฟคือการปลดปล่อย ในรูปแบบของสายฟ้า… เมื่อสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าเป็นเวลานาน การคายประจุของประกายไฟจะอยู่ในรูปของประกายไฟที่ปรากฏสลับกันระหว่างขั้วไฟฟ้า

ข้าว. 3. การปลดปล่อยอย่างจริงใจ

ในกรณีของพลังงานที่มีนัยสำคัญ การปล่อยประกายไฟจะกลายเป็นส่วนโค้ง ซึ่งกระแสสามารถไหลผ่านช่องว่างได้ถึงหลายร้อยหลายพันแอมแปร์ กระแสดังกล่าวมีส่วนช่วยในการทำความร้อนช่องระบาย เพิ่มการนำไฟฟ้า และเป็นผลให้กระแสเพิ่มขึ้นอีก เนื่องจากกระบวนการนี้ใช้เวลาในการดำเนินการพอสมควร จากนั้นจึงใช้แรงดันไฟฟ้าในระยะสั้น การคายประจุของประกายไฟจะไม่กลายเป็นการคายประจุแบบอาร์ค

ข้าว. 4. การปลดปล่อยอาร์ค

ในสนามที่มีความไม่สม่ำเสมอสูง การปลดปล่อยตัวเองมักจะเริ่มต้นในรูปของการปล่อยโคโรนา ซึ่งพัฒนาเฉพาะในส่วนของช่องว่างก๊าซที่ความแรงของสนามสูงที่สุด (ใกล้ขอบคมของขั้วไฟฟ้า) ในกรณีของการปล่อยโคโรนา การนำไฟฟ้าสูงผ่านช่องจะไม่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด นั่นคือ ช่องว่างยังคงรักษาคุณสมบัติการเป็นฉนวนไว้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพิ่มขึ้น การปลดปล่อยโคโรนาจะเปลี่ยนเป็นการปลดปล่อยโดยสุจริตหรืออาร์ค

การปลดปล่อยโคโรนา — ประเภทของการปล่อยไฟฟ้าที่อยู่นิ่งในก๊าซที่มีความหนาแน่นเพียงพอ ซึ่งเกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าแรงไม่เท่ากัน การแตกตัวเป็นไอออนและการกระตุ้นของอนุภาคก๊าซที่เป็นกลางโดยการถล่มของอิเล็กตรอนจะถูกทำให้อยู่ในโซนจำนวนจำกัด (โคโรนาแคปหรือโซนไอออไนเซชัน) ของสนามไฟฟ้าแรงสูงใกล้กับอิเล็กโทรดที่มีรัศมีความโค้งน้อย การเรืองแสงสีน้ำเงินหรือสีม่วงอ่อนของก๊าซภายในเขตไอออไนเซชัน โดยเปรียบเทียบกับรัศมีของโคโรนาสุริยะ ทำให้เกิดชื่อของการปล่อยก๊าซชนิดนี้

นอกเหนือจากการแผ่รังสีในรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้ (ส่วนใหญ่) เช่นเดียวกับความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของสเปกตรัม การปลดปล่อยโคโรนายังมาพร้อมกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคก๊าซจากขั้วไฟฟ้าโคโรนา — สิ่งที่เรียกว่า "ลมไฟฟ้า", ฮัม, การปล่อยคลื่นวิทยุในบางครั้ง, เคมี, ปฏิกิริยา (เช่น การก่อตัวของโอโซนและไนโตรเจนออกไซด์ในอากาศ)

ข้าว. 5. การปล่อยโคโรน่าเป็นก๊าซ

ความสม่ำเสมอของการปรากฏตัวของการปล่อยไฟฟ้าในก๊าซต่าง ๆ จะเหมือนกัน ความแตกต่างอยู่ในค่าของค่าสัมประสิทธิ์ที่แสดงลักษณะของกระบวนการ