Teoria do fluxo da quebra elétrica de gases

A própria palavra "fluxo" é traduzida como "fluxo". Assim, um «streamer» é um conjunto de canais ramificados finos através dos quais elétrons e átomos de gás ionizado se movem em uma espécie de fluxo. Na verdade, o streamer é um precursor de uma descarga corona ou faísca sob condições de pressão de gás relativamente alta e espaçamento de eletrodo relativamente grande.

Os canais brilhantes ramificados do streamer se alongam e eventualmente se sobrepõem, fecham a lacuna entre os eletrodos - filamentos condutores contínuos (faíscas) e canais de faísca são formados. A formação de um canal de faíscas é acompanhada por um aumento da corrente nele, um aumento acentuado da pressão e o aparecimento de uma onda de choque no limite do canal, que ouvimos como o crepitar de faíscas (trovão e relâmpago em miniatura).

A cabeça do streamer, localizada na frente da rosca do canal, brilha mais intensamente. Dependendo da natureza do meio gasoso entre os eletrodos, a direção de deslocamento da cabeça do streamer pode ser uma de duas coisas, distinguindo assim streamers anódicos e catódicos.

Em geral, um streamer é um estágio de destruição que fica entre uma faísca e uma avalanche. Se a distância entre os eletrodos for pequena e a pressão do meio gasoso entre eles for baixa, o estágio de avalanche contorna o streamer e vai diretamente para o estágio de faísca.

Ao contrário da avalanche de elétrons, o streamer é caracterizado por uma alta velocidade (cerca de 0,3% da velocidade da luz) de propagação da cabeça do streamer para o ânodo ou cátodo, que é muitas vezes maior que a velocidade de deriva do elétron simplesmente em um campo elétrico externo.

À pressão atmosférica e a uma distância de 1 cm entre os eletrodos, a velocidade de propagação da cabeça do streamer de cátodo é 100 vezes maior que a velocidade de uma avalanche de elétrons. Por esse motivo, o streamer é considerado um estágio separado da decomposição preliminar de uma descarga elétrica em um gás.

Heinz Ratner, experimentando em 1962 com uma câmera Wilson, observou a transição de uma avalanche para uma serpentina. Leonard Loeb e John Meek (assim como Raettner independentemente) propuseram um modelo de streamer que explica por que a descarga autossustentável se forma em uma taxa tão alta.

O fato é que dois fatores levam a uma alta velocidade de movimento da cabeça do streamer. O primeiro fator é que o gás na frente da cabeça é excitado pela radiação ressonante, o que leva ao aparecimento dos chamados. Elétrons livres em sementes durante a reação de ionização associativa.

Os elétrons de semente são formados ao longo do canal de forma mais eficiente do que ocorreria na fotoionização direta.O segundo fator é que a intensidade do campo elétrico da carga espacial perto da cabeça do streamer excede a intensidade média do campo elétrico no intervalo, alcançando assim uma alta taxa de ionização durante a propagação da frente do streamer.

A figura acima mostra um diagrama da formação de um streamer de cátodo. Quando a cabeça da avalanche de elétrons atingiu o ânodo, atrás dela ainda havia uma cauda no espaço intereletrodo na forma de uma nuvem de íons. Aqui, devido à fotoionização do gás, aparecem avalanches filhas, que se ligam a essa nuvem de íons positivos. A carga torna-se cada vez mais densa e, assim, obtém-se um fluxo autopropagante de carga positiva - o próprio streamer.

Teoricamente, neste ponto do espaço entre os eletrodos, onde a avalanche se transforma em uma serpentina, em um determinado momento existe um ponto onde o campo elétrico total (o campo elétrico criado pelos eletrodos e o campo de carga espacial da cabeça da serpentina ) desaparece. Supõe-se que este ponto esteja ao longo do eixo da avalanche. Basicamente, a frente do streamer é uma onda de ionização não linear, uma onda de carga espacial que surge no espaço livre como uma onda de combustão.

Para a formação da frente do streamer catódico, a emissão de radiação fora dos limites do vão entre os eletrodos é essencial.No momento em que a intensidade do campo elétrico na cabeça do streamer atinge um valor crítico, que corresponde ao início do vazamento de elétrons, o equilíbrio local entre o campo elétrico e a distribuição de velocidade do elétron é perturbado, o que em geral complica muito o modelo do streamer de quebra elétrica do gás.