4. 
   Пробивное напряжение газа в однородном поле. Закон Пашена.
   

Начальное напряжение – напряжение, при котором в промежутке выполняется условие самостоятельности разряда.

Пробивное (разрядное) напряжение – напряжение при котором происходит полная потеря электрической прочности промежутка.

Закон Пашена – при неизменной температуре пробивное напряжение газа в промежутке с однородным полем является функцией произведения давления на расстояние между электродами.

Другими словами: если во столько-то раз увеличить расстояние между электродами и во столько же раз уменьшить давление, то разрядное напряжение не изменится. Это правило подобия межэлектродных промежутков.

Н а рис. представлена зависимость для воздуха:

При неизменной температуре разрядное напряжение в однородном поле является функцией произведения давления P на расстояние между электродами S, т. е. U_ПР = f(P S).

Вид этой зависимости можно объяснить, исходя из физических представлений. При S = const увеличение давления, больше значения, соответствующего минимуму, приводит к увеличению числа столкновений электронов с нейтральными атомами и молекулами и, как следствие, к уменьшению его энергии, накапливаемой на длине свободного пробега. Следовательно, для возникновения ударной ионизации необходимо увеличение напряженияU_ПР. С другой стороны, при давлениях, меньших минимума пробивного напряженияU_ПР, увеличивается длина свободного пробега и накапливаемая электроном энергия, но уменьшается количество столкновений, что уменьшает вероятность ударной ионизации. Для ее увеличения необходимо, чтобы как можно большее число столкновений заканчивалось ионизацией. Для этого необходимо увеличивать энергию электрона на длине свободного пробега, т. е. увеличиватьU_ПР.

Закон Пашена в виде формулы (1.26) справедлив при нормальной температуре. Изменение температуры действует обратно изменению давления и должно учитываться при расчетах. В общем виде, с учетом изменения температуры, закон Пашена запишется так: .

На основании закона Пашена могут быть предложены способы повышения пробивного напряжения газов:

---

1)увеличение давления больше атмосферного;

2)уменьшение давления до значений, меньших, чем давление, соответствующее минимуму, вплоть до вакуума.

5. 
   Развитие разряда в неоднородном поле.
   

В неоднородном поле, в отличие от однородного, напряженность поля в различных точках промежутка разная по величине или по направлению. К типичным промежуткам с неоднородным полем относятся: стержень–стержень, стержень–плоскость, провод–земляи многие другие реальные изоляционные промежутки.

Степень неоднородности электрического поля характеризуется отношением максимальной напряженности поля в промежутке к средней, называемым коэффициентом неоднородности поля: .

Зависимость напряженности электрического поля от расстояния между электродами типа стержень–плоскость:1 – E_СР =f (S) =U/S; 2 –Emax =f (S); 3 –E*_H – напряженность возникновения самостоятельной формы разряда.

Основные закономерности развития разряда в любых резконеоднородных полях ( K_H > 4 ) практически одинаковы. При некотором начальном напряжении U_Н в промежутке возникает самостоятельный разряд в лавинной форме, т. к. вблизи стержня имеется область с напряженностью, превышающей значение E*_Н, соответствующее возникновению самостоятельной формы разряда (рис.). Разряд локализуется в этой области, а вторичные лавины поддерживаются либо за счет фотоионизации из объема газа (при положительной полярности стержня), либо за счет фотоэмиссии или автоэлектронной (холодной) эмиссии с катода (при отрицательной полярности стержня). Такой разряд называется коронным разрядом в лавинной форме. Значение напряжения и напряженности поля на электроде при возникновении коронного разряда зависит от степени неоднородности поля. С увеличением степени неоднородности напряженность на электроде-стержне увеличивается, а напряжение возникновения короны уменьшается.

Такое состояние разряда – устойчивое, т. к. при этом выполняется условие самостоятельности разряда. Этот случай, когда стримеры не достигают противоположного электрода, получил название коронного разряда в стримерной форме.

Для пробоя всего межэлектродного промежутка необходимо еще увеличить напряжение. Тогда образуется канал, который продвигается от электрода с повышенной напряженностью (острие) к противоположному электроду. При пересечении искровым каналом всего промежутка он преобразуется в электрическую дугу, что означает завершение пробоя.

---

В резконеоднородных полях напряжение пробоя всегда больше напряжения возникновения коронного разряда в любой форме.

Коронный разряд – самостоятельный разряд, возникающий в резконеоднородных полях, в которых ионизационные процессы могут происходить только в узкой области вблизи электродов.

Выполнение условия самостоятельности разряда в промежутках с резконеоднородным полем означает возникновение коронного разряда, который может иметь две формы существования: лавинную и стримерную.

Лавинная - такая форма коронного разряда, при которой в промежутке развиваются только электронные лавины. Особенности:

- напряженность создаваемая лавиной электронов меньше напряженности внешнего электрического поля;

- характерна для малых радиусов кривизны электродов (1-2 мм);

- зона ионизации имеет более или менее однородную структуру.

Стримерная - такая форма коронного разряда, при которой в промежутке кроме электронных лавин развиваются стримерные каналы.

Особенности:

- возникает если напряженность, создаваемая лавиной электронов, сопоставима с напряженностью поля до появления лавины;

- характерна для радиусов кривизны электродов порядка 1см и более;

- на коронирующий электрод оказываются как бы насажанными тоненькие проводники – каналы стримеров, на концах которых напряженность электрического поля может достигать очень больших значений.

6. 
   Влияние полярности электродов на пробивное напряжение, влияние барьера на пробивное напряжение.
   

Эффект полярности:

Пробивное напряжение - это напряжение, при котором происходит потеря электрической прочности промежутка.

Начальное напряжение -минимальное напряжение, при котором выполняется условие самостоятельности разряда.

При положительной полярности острия, имеющиеся в промежутке электроны, двигаясь к острию в область сильного поля, совершают ударную ионизацию и образуют лавину электронов. Когда лавина доходит до острия, электроны лавины нейтрализуются на аноде, а положительные ионы вследствие малой скорости движения остаются у острия и создают положительный объемный заряд, который обладает собственным электрическим полем. Взаимодействуя с внешним полем в промежутке, положительный объемный заряд ослабляет поле вблизи острия и усиливает его в остальной части промежутка (см. рис., 

---

а). Если напряжение между электродами достаточно велико, то возникает лавина электронов справа от объемного заряда, электроны которой, смешиваясь сположительными ионами объемного заряда, создают зародыш канала анодного стримера, заполненный плазмой. Зажигается стримерный коронный разряд. Положительные заряды этой лавины будут располагаться на головке стримера и создавать область повышенной напряженности во внешнем пространстве. Наличие области сильного поля обеспечиваетобразование новых лавин, электроны которых втягиваются в канал стримера, постепенно удлинняя его. Стример прорастает к катоду, вызывая пробой промежутка, при сравнительно малом значении разрядного напряжения.




Образование анодного (а) и катодного (б) стримера: E – напряженность внешнего поля; E_ОБ – напряженность поля объемного положительного заряда; E_рез – результирующая напряженность в промежутке после ионизации
При отрицательной полярности острия электрическое поле непосредственно у острия приводит к эмиссии электронов с катода, которые сразу попадают в сильное поле и производят ударную ионизацию, образуя большое число лавин. Электроны лавин, перемещаясь в слабое поле у анода, теряют скорость, захватываются нейтральными молекулами, становятся отрицательными ионами, рассеянными в пространстве. Положительные ионы лавин образуют объемный заряд у острия, который, взаимодействуя с внешним полем, будет увеличивать напряженность непосредственно у острия и уменьшать – в остальной части промежутка (рис., б). Увеличение поля у острия приводит к усилению эмиссии электронов с поверхности катода, которые, смешиваясь с положительным объемным зарядом, образуют у катода зародыш катодного стримера.

В силу рассмотренных выше особенностей развитие стримера при отрицательном острие происходит с большими трудностями, поэтому разрядное напряжение при отрицательной полярности острия в 2–2,5 раза больше, чем при положительной полярности (рис.):

Зависимость пробивного напряжения от расстояния между электродами стержень-плоскость на импульсном напряжении: 1 — положительная полярность острия; 2 — отрицательная полярность острия; 3 — однородное поле

---

Барьерный эффект

Существенное влияние объемного заряда на развитие разряда в промежутке с резконеравномерным полем используется на практике для увеличения разрядных напряжений изоляционных промежутков.

Это увеличение достигается помещением в промежуток барьеров из твердого диэлектрика (электрокартон, гетинакс и др.). При положительном острие положительные ионы оседают на барьер и растекаются по его поверхности тем равномернее, чем дальше от острия расположен барьер. Это приводит к более равномерному распределению напряженности в промежутке между барьером и плоскостью (рис., а) и, следовательно, к значительному увеличению разрядного напряжения.

При отрицательной полярности стержня электроны, двигаясь от острия, попадают на барьер, теряют скорость и большинство из них вместе с атомами кислорода становятся отрицательными ионами. На барьере в этом случае появляется концентрированный отрицательный заряд, увеличивающий напряженность поля не только между положительным объемным зарядом у острия и барьером, но и во внешнем пространстве (рис., б). Поэтому при отрицательной полярности острия увеличение разрядного напряжения в промежутке при наличии барьера будет незначительным. При расположении барьера в средней части промежутка разрядные напряжения при отрицательной и положительной полярностях близки.

Распределение напряженности поля в межэлектродном промежутке при наличии барьера:а – положительная полярность стержня;б – отрицательная полярность стержня; 1 – распределение напряженности поля без барьера; 2 – распределение напряженности поля с барьером

Таким образом, барьеры в промежутке устанавливаются на таком оптимальном расстоянии от острия, при котором разрядные напряжения максимальны (25–30% от длины промежутка между электродами), причем при положительной полярности острия разрядное напряжение может увеличиться в 2 раза по сравнению с промежутком такой же длины, но без барьера (рис. ):
Влияние барьера на пробивное напряжение газового промежутка при положительной (1, 3) и отрицательной (2, 4) полярностях напряжения:прямые 1 и 2 – пробивное напряжение промежутка без барьера; кривые 3 и 4 – пробивное напряжение промежутка с барьером

---

Смотрите также файлы

• р тест тапсырмасыны дрыс жауабы шін 1 пай, есепті дрыс шешкені шін 5 пай. Бірінші айналыма е кп пай саны 35 пай.docx

• Образовательное учреждение Автономная некоммерческая организация высшего образования Открытый университет экономики, управления и права.rtf

• Бейнеу гуманитарлыэкономикалы колледжі мкк саба жоспары Саба таырыбы.docx

• Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа 185 с углублённым изучением английского языка Центрального района СанктПетербурга Индивидуальный проект.docx

• Практическая работа к теме Доверие к государству Тема занятия внеурочное занятие для обучающихся 4 классов по теме Что мы Родиной зовем.docx