Tipos de descarga eléctrica en gases.

La descarga eléctrica en gases incluye todos los casos de movimiento en gases bajo la acción de un campo eléctrico de partículas cargadas (electrones e iones) como resultado de procesos de ionización... Un requisito previo para que ocurra una descarga en gases es la presencia de libre cargas en él - electrones e iones.

Un gas que consta únicamente de moléculas neutras no conduce la corriente eléctrica en absoluto, es decir, un dieléctrico ideal... En condiciones reales, debido a la acción de los ionizadores naturales (radiación ultravioleta del Sol, rayos cósmicos, radiación radiactiva de la Tierra, etc.), el gas siempre contiene una cierta cantidad de cargas libres: iones y electrones, que le dan cierta conductividad eléctrica.

El poder de los ionizadores naturales es muy bajo: como resultado de su acción, se forma en el aire aproximadamente un par de cargas cada segundo en cada centímetro cúbico, lo que corresponde a un aumento en la densidad volumétrica de las cargas po = 1.6-19 CL / (cm3 x pulg.). La misma cantidad de cargas se recombina cada segundo. El número de cargas en 1 cm3 de aire al mismo tiempo permanece constante e igual a 500-1000 pares de iones.

Por lo tanto, si se aplica un voltaje a las placas de un capacitor de aire plano con una distancia S entre los electrodos, entonces se establecerá una corriente en el circuito, cuya densidad es J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 .

El uso de ionizadores artificiales aumenta muchas veces la densidad de corriente en el gas. Por ejemplo, cuando el espacio de gas se ilumina con una lámpara de mercurio y cuarzo, la densidad de corriente en el gas aumenta a 10 — 12 A / cm2; en presencia de una descarga sincera cercana al volumen ionizado, corrientes del orden de 10-10 A/cm2, etc.

Considere la dependencia de la corriente que pasa a través de un espacio de gas con un campo eléctrico uniforme en el valor del voltaje aplicado i (Fig. 1).

Arroz. 1. Características corriente-voltaje de la descarga de gas

Inicialmente, a medida que aumenta el voltaje, la corriente en el espacio aumenta debido al hecho de que la cantidad creciente de cargas cae bajo la acción de un campo eléctrico en los electrodos (sección OA). En la sección AB, la corriente prácticamente no cambia, ya que todas las cargas formadas debido a los ionizadores externos caen sobre los electrodos. La corriente de saturación Is está determinada por la intensidad del ionizador que actúa sobre el espacio.

Con un aumento adicional en el voltaje, la corriente aumenta bruscamente (sección BC), lo que indica el desarrollo intensivo de los procesos de ionización de gases bajo la acción de un campo eléctrico. Con el voltaje U0, se observa un fuerte aumento de la corriente en el espacio, que en este caso pierde sus propiedades dieléctricas y se convierte en un conductor.

El fenómeno en el que aparece un canal de alta conductividad entre los electrodos del espacio de gas se denomina ruptura eléctrica (la ruptura en un gas a menudo se denomina descarga eléctrica, lo que significa todo el proceso de formación de ruptura).

La descarga eléctrica correspondiente a la sección de la característica OABS se denomina dependiente, ya que en esta sección la corriente en el espacio de gas está determinada por la intensidad del ionizador activo. La descarga en la sección posterior al punto C se denomina independiente, ya que la corriente de descarga en esta sección depende solo de los parámetros del circuito eléctrico en sí (su resistencia y la potencia de la fuente de alimentación) y para su mantenimiento, la formación de partículas cargadas debido a los ionizadores externos no es necesario. El voltaje Wo al que comienza la autodescarga se denomina voltaje inicial.

Formas de autodisolución en gases dependiendo de las condiciones bajo las cuales se realiza la descarga, pueden ser diferentes.

A baja presión, cuando debido al pequeño número de moléculas de gas por unidad de volumen, el espacio no puede adquirir una alta conductividad y una descarga luminiscente... La densidad de corriente en una descarga luminiscente es baja (1-5 mA / cm2), la descarga cubre todo el espacio entre los electrodos.

Arroz. 2. Descarga incandescente en gas

A una presión de gas cercana a la atmosférica y superior, si la potencia de la fuente de alimentación es baja o se aplica tensión al espacio durante un breve período de tiempo, se produce una descarga de chispa... Un ejemplo de descarga de chispa es la descarga en forma de rayo… Con una exposición prolongada al voltaje, la descarga de chispa toma la forma de chispas que aparecen alternativamente entre los electrodos.

Arroz. 3. Descarga sincera

En el caso de una potencia significativa de la fuente de energía, la descarga de chispa se convierte en un arco, en el que una corriente puede fluir a través del espacio, alcanzando cientos y miles de amperios. Tal corriente contribuye a calentar el canal de descarga, aumentando su conductividad y, como resultado, se obtiene un aumento adicional en la corriente. Dado que este proceso tarda un tiempo en completarse, luego, con una aplicación de voltaje a corto plazo, la descarga de chispa no se convierte en una descarga de arco.

Arroz. 4. Descarga de arco

En campos altamente heterogéneos, la autodescarga siempre comienza en forma de descarga de corona, que se desarrolla solo en la parte del espacio de gas donde la intensidad del campo es más alta (cerca de los bordes afilados de los electrodos). En el caso de la descarga de corona, no se produce una alta conductividad a través de un canal entre los electrodos, es decir, el espacio conserva sus propiedades aislantes. A medida que aumenta aún más el voltaje aplicado, la descarga de corona se transforma en una descarga de arco o de buena fe.

Descarga de corona: el tipo de descarga eléctrica estacionaria en un gas de suficiente densidad, que ocurre en un fuerte campo eléctrico no homogéneo. La ionización y la excitación de partículas de gas neutro por avalanchas de electrones se localizan en una cantidad limitada de zona (casquete de corona o zona de ionización) de un fuerte campo eléctrico cerca de un electrodo con un pequeño radio de curvatura. El brillo azul pálido o violeta del gas dentro de la zona de ionización, por analogía con el halo de la corona solar, dio origen al nombre de este tipo de descarga.

Además de la radiación en el visible, ultravioleta (principalmente), así como en las longitudes de onda más cortas del espectro, la descarga de corona está acompañada por el movimiento de partículas de gas desde el electrodo de corona, el llamado "Viento eléctrico", zumbido, a veces emisión de radio, química, reacciones (por ejemplo, la formación de ozono y óxidos de nitrógeno en el aire).

Arroz. 5. Descarga de corona en gas

Las regularidades de aparición de descargas eléctricas en diferentes gases son las mismas, la diferencia radica en los valores de los coeficientes que caracterizan el proceso.