Tipos de descarga elétrica em gases

Descarga elétrica em gases inclui todos os casos de movimento em gases sob a ação de um campo elétrico de partículas carregadas (elétrons e íons) como resultado de processos de ionização... Um pré-requisito para a ocorrência de uma descarga em gases é a presença de livre cargas nele - elétrons e íons.

Um gás que consiste apenas em moléculas neutras não conduz corrente elétrica, ou seja, um dielétrico ideal... Em condições reais, devido à ação de ionizadores naturais (radiação ultravioleta do Sol, raios cósmicos, radiação radioativa da Terra, etc.), o gás sempre contém uma certa quantidade de cargas livres - íons e elétrons, que lhe conferem certa condutividade elétrica.

O poder dos ionizadores naturais é muito baixo: como resultado de sua ação, cerca de um par de cargas é formado no ar a cada segundo em cada centímetro cúbico, o que corresponde a um aumento na densidade volumétrica das cargas po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). A mesma quantidade de cargas sofre recombinação a cada segundo. O número de cargas em 1 cm3 de ar ao mesmo tempo permanece constante e igual a 500-1000 pares de íons.

Assim, se uma tensão for aplicada às placas de um capacitor de ar plano com uma distância S entre os eletrodos, uma corrente será estabelecida no circuito, cuja densidade é J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

O uso de ionizadores artificiais aumenta muitas vezes a densidade de corrente no gás. Por exemplo, quando a lacuna de gás é iluminada com uma lâmpada de quartzo de mercúrio, a densidade de corrente no gás aumenta para 10 - 12 A / cm2; na presença de uma descarga sincera próxima ao volume ionizado, correntes da ordem de 10-10 A / cm2, etc.

Considere a dependência da corrente que passa por um gap de gás com um campo elétrico uniforme do valor da tensão aplicada i (Fig. 1).

Arroz. 1. Características de corrente-tensão da descarga de gás

Inicialmente, à medida que a tensão aumenta, a corrente no gap aumenta devido ao fato de que a quantidade crescente de cargas cai sob a ação de um campo elétrico nos eletrodos (seção OA). Na seção AB, a corrente praticamente não muda, pois todas as cargas formadas devido aos ionizadores externos caem nos eletrodos. A corrente de saturação Is é determinada pela intensidade do ionizador atuando no intervalo.

Com um aumento adicional na tensão, a corrente aumenta acentuadamente (seção BC), o que indica o desenvolvimento intensivo de processos de ionização de gás sob a ação de um campo elétrico. Na tensão U0, observa-se um aumento acentuado da corrente no gap, que neste caso perde suas propriedades dielétricas e se transforma em condutor.

O fenômeno no qual um canal de alta condutividade aparece entre os eletrodos do gap de gás é chamado de quebra elétrica (a quebra em um gás é freqüentemente chamada de descarga elétrica, o que significa todo o processo de formação da quebra).

A descarga elétrica correspondente à seção da característica OABS é chamada de dependente, pois nesta seção a corrente no gap de gás é determinada pela intensidade do ionizador ativo. A descarga na seção após o ponto C é chamada de independente, pois a corrente de descarga nesta seção depende apenas dos parâmetros do próprio circuito elétrico (sua resistência e a potência da fonte de energia) e, para sua manutenção, a formação de partículas carregadas devido a ionizadores externos não é necessária. A tensão Wo na qual a auto-descarga começa é chamada de tensão inicial.

As formas de autodissolução em gases, dependendo das condições em que ocorre a descarga, podem ser diferentes.

Em baixa pressão, quando devido ao pequeno número de moléculas de gás por unidade de volume, a lacuna não pode adquirir alta condutividade e uma descarga incandescente... A densidade de corrente em uma descarga incandescente é baixa (1-5 mA / cm2), o descarga cobre todo o espaço entre os eletrodos.

Arroz. 2. Descarga incandescente em gás

Em pressão de gás próxima à atmosférica e superior, se a potência da fonte de alimentação for baixa ou a tensão for aplicada ao gap por um curto período de tempo, há uma descarga de faísca... Um exemplo de descarga de faísca é a descarga em forma de raio… Com exposição prolongada à tensão, a descarga de faísca assume a forma de faíscas que aparecem alternadamente entre os eletrodos.

Arroz. 3. Dispensa sincera

No caso de potência significativa da fonte de energia, a descarga da faísca se transforma em um arco, no qual uma corrente pode fluir pelo vão, atingindo centenas e milhares de amperes. Essa corrente contribui para aquecer o canal de descarga, aumentando sua condutividade e, como resultado, obtém-se um aumento adicional na corrente. Como esse processo leva algum tempo para ser concluído, com uma aplicação de tensão de curto prazo, a descarga de faísca não se transforma em descarga de arco.

Arroz. 4. Descarga de arco

Em campos altamente não homogêneos, a autodescarga sempre começa na forma de descarga corona, que se desenvolve apenas na parte do gap de gás onde a intensidade do campo é maior (perto das bordas afiadas dos eletrodos). No caso da descarga corona, não ocorre alta condutividade através de um canal entre os eletrodos, ou seja, o espaço retém suas propriedades isolantes. À medida que a tensão aplicada aumenta ainda mais, a descarga corona se transforma em uma descarga genuína ou de arco.

Descarga corona — o tipo de descarga elétrica estacionária em um gás de densidade suficiente, ocorrendo em um forte campo elétrico não homogêneo. A ionização e a excitação de partículas de gás neutro por avalanches de elétrons estão localizadas em uma quantidade limitada de zona (cobertura de coroa ou zona de ionização) de um forte campo elétrico próximo a um eletrodo com um pequeno raio de curvatura. O brilho azul pálido ou violeta do gás dentro da zona de ionização, por analogia com o halo da coroa solar, deu origem ao nome desse tipo de descarga.

Além da radiação no visível, ultravioleta (principalmente), bem como nos comprimentos de onda mais curtos do espectro, a descarga corona é acompanhada pelo movimento de partículas de gás do eletrodo corona - o chamado "Vento elétrico", hum, às vezes emissão de rádio, química, reações (por exemplo, a formação de ozônio e óxidos de nitrogênio no ar).

Arroz. 5. Descarga corona no gás

As regularidades do aparecimento de descargas elétricas em diferentes gases são as mesmas, a diferença está nos valores dos coeficientes que caracterizam o processo.