Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Этим способом, в частности, пользуются для изготовления металлических зеркал высокого качества. й 172. Искровой разряд Если постепенно увеличивать напряжение между двумя электродами, находящимися в атмосферном воздухе и имеющими такую форму, что электрическое поле между ними не слишком сильно отличается от однороднога (например, два плоских электрода с закругленными краями или два достаточно боль- 398 гл хш РАЗРЯДЫ В 1 АЗАХ ших шара), то при некотором напряжении возникает электрическая искра Она имеет вид ярко светящегося тонкого канала, соединяющего оба электрода, который обычно бывает сложным образом изогнут и разветвлен (рис 29б).
Рис 29б Искровой разряд Электрическая искра возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторого определенного значения Е (критическая напряженность поля, или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа н его состояния Для воздуха при нормальных условиях .Š— 3 10 В/и. Значение Е„увеличивается с увеличением давления Отношение критической напряженности поля к давлению газа р для данного газа остается приблизительно постоянным в широкой области изменения давлений Е /р сонвс (172 1) Этот закон, который можно обосновать в теории Таунсенда, оказывается во многих случаях весьма полезным и позноляет определить Е, при разных давлениях, если известно его значение при каком-либо одном давлении Напряжение пробоя понижается при воздействии на газ внешнего ионизатора Если приложить к газовому промежутку напряжение, несколько меньшее пробойного, и внести в пространство между электродами зажженную газовую горелку, то возникает искра Такое же действие оказывает и освещение отрицательного электрода ультрафиолетовым светом, а также другие ионизаторы Для объяснения искрового разряда вначале казалось естественным предположить, что основными процессами в искре являются, в соответствии с теорией Таунсенда, ионизация электронными ударами в объеме и ионизация положительными ионами (в объеме или на катоде) Однако впоследствии выяснилось, что эти процессы не могут объяснить многие особенности образования искры Остановимся для примера на скорости развития искрового разряда.
Если бы в искре существенную роль играла ионизация положительными ионами, то время развития искры было бы по крайней мере того же порядка, что и время перемещения положительных ионов от анода до катода Это время легко оценить, оно оказывается порядка 10 ~ — 10 ~ с Между тем опыт дает, что время ее развития — 10 ус и меныпе, те на несколько порядков меньше ИСКРОВОЙ РАЗРЯД 399 а 172 Объяснение большой скорости развития искры, так же как и других особенностей этой формы разряда, дано так называемой стримерной теорией искры, в настоящее время надежно обоснованной прямыми экспериментальными данными Согласно этой теории возникновению ярко светящегося канала искры предшествует появление слабо светящихся скоплений ионизованных частиц (стрпмеров) Пронизывая газоразрядный промежуток, стримеры образуют проводящие мостики, по которым в последующие стадии разряда и устремляются мощные потоки электронов Причиной возникновения стримеров является не только образование электронных лавин посредством ударной ионизации, но еще и ионизация газа излучением, возникающим в самом разряде (фотоионизация) Схема развития стримера изображена на рис 297 В виде конусов на этом рисунке показаны электронные лавины, зарождающиеся в точках вершин конусов и распространяющиеся от катода к аноду Существенным в этой схеме является то обстоя- Рис 297 Развитие отрицательного стримера тельство, что, помимо, первоначальной электронной лавины, зародившейся непосредственно у катода, происходит образование новых лавин в точках, расположенных далеко впереди от головы первоначальной лавины Эти новые лавины возникают вследствие появления электронов в объеме газа в результате фотоионизации излучением, исходящим из лавин, возникших ранее (на рисунке это излучение показано схематически в виде волнистых линий) В процессе своего развития отдельные лавины нагоняют друг дру1а и сливаются вместе, в результате чего возникает хорошо проводящий канал стримера Из приведенной схемы ясно, что вследствие возникновения многих лавин общий путь СР, проходимый стримером, намного больше расстояния АВ, проходимого одной первоначальной лавиной (различие в длинах АВ и СР в действительности намного больше, чем показано на рис 297) Наряду со стримерами, распространяющимися от катода к аноду (отрицательные стримеры), существуют также стримеры, движущиеся от анода к катоду (положительные стримеры) гл хлч елзгяды в глзлх 9 173.
Коронный разряд Разряд, получивший аакое название, наблюдается при сравнительно высоких давлениях газа (например, при атмосферном давлении) в сильно неоднородном поле. Для получения значительной неоднородности поля электроды должны иметь очень неодинаковую поверхность, т.е. один электрод — очень болыпую поверхность, а другой — очень малую. Так, например, коронный разряд легко получить, располагая тонкую проволоку внутри металлического цилиндра, радия ус которого значительно больше радиуса проволоки (рис.
298); следует отметить, Н что наличие внешнего цилиндра не обязав тельно и его роль могут играть окружаюн щие заземленные предметы. Линии напряженности электрического поля сгущаются по мере приближения к проволоке, а, следовательно, напряженность поля возле проволоки имеет наиРнс. 299. Схема попу- большее значение. Когда она достигает нонна коРонного Раз- приблизительно 3 10о В~м (приатмосферряда ном давлении и нормальной температуре), между проволокой и цилицдром зажигается разряд и в цепи появляется ток.
При этом возле проволоки возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, окружающей проволоку, откуда и произошло название разряда (рис. 299). Рис. 299. Фотографии короны вокруг проволоки Коронный разряд возникает как при отрицательном потенциале на проволоке (отрицательная корона, рис. 299 а), так и 401 когонный глзгяд 1ПЗ при положительном (положительная корона, рис. 299 б), а также при переменном напряжении между проволокой и цилиндром. При увеличении напряжения между проволокой и цилиндром растет и ток в коронном разряде. При этом увеличивается толщина светящегося слоя короны. Процессы внутри короны сводятся в основном к следующему. Если проволока заряжена отрицательно, то по достижении напряженности пробоя у поверхности проволоки зарождаются электронные лавины, которые распространяются от проволоки к цилиндру.
Так как напряженность поля уменьшается по мере удаления от проволоки, то на некотором расстоянии от проволоки электронные лавины обрываются. Расстояние,на которое распрострэляются электронные лавины, и есть толщина короны. Слсдовательно, в коронном разряде электронные лавины не пронизывают целиком слой газа, т.е. мы имеем неполный пробой газового промежутка. В случае положительной короны электронные лавины зарождаются на внешней поверхности короны и движутся по направлению к проволоке. Таким образом, внутри короны мы имеем и положительные и отрицательные ионы. Отрицательные ионы (при отрицательной короне) движутся к аноду и выходят за пределы короны. Положительные ионы движутся к проволоке.
Электроны, вышедшие за пределы короны, присоединяются к нейтральным атомам газа, отчего возникают отрицательные ионы. За пределами короны мы имеем только ионы одного знака 1отрицательные при отрицательной короне н положительные при положительной короне). В этой области разряд имеет несамостоятельный характер. Коронный разряд может возникнуть не только возле проволок, но и возле любых проводников с малой поверхностью, каковыми являются всякого рода заострения. В частности, рассмотренные ранее в электростатике свойства острий Ц 29) объясняются зажиганием возле них микроскопической короны. Корона возникает также иногда в природе под влиянием атмосферного электрического поля и появляется на верхушках деревьев, корабельных мачт и т.п.
С возможностью возникновения коронного разряда приходится всегда считаться в технике высоких напряжений. При зажигании короны возле проводов высоковольтных линий электропередачи окружающий воздух сильно ионизируется и появляются вредные токи утечки. Чтобы коронный разряд не мог возникнуть, провода высоковольтных линий должны иметь достаточно большой диаметр, тем больший, чем выше напряжение линий. По этой же причине м в лабораторной практике вся проводка высокого напряжения (к рентгеновским установкам и 402 гл хю глзгяды в глзлх другим высоковольтным устройствам) осуществляется обычно с помощью труб достаточно большого диаметра. $ 174.
Молния Молния представляет собой гигантскую электрическую искру. Электрическая природа молнии была впервые доказана известными опытами Франклина с воздушным змеем и многочисленными исследованиями М.В. Ломоносова и Рихмана. Наблюдая за показаниями электроскопа, соединенного с высоким металлическим шестом, Ломоносов обнаружил, что электрическое поле у поверхности земли существует и в отсутствие грозы, сильно увеличиваясь в предгрозовые периоды Он создал первую теорию возникновения электрических зарядов в атмосфере, указав на важную роль восходящих и нисходящих потоков воздуха, и этим положил начало науке об атмосферном электричестве Молнии возникают либо между облаками, либо между облаком и землей.
Сила тока в молнии огромна н колеблется обычно от 10 до 1000 кА, а напряжение между облаком и землей перед возникновением молнии достигает 10з- 10э В. Длительность отдельного разряда молнии очень мала, порядка микросекунды. Поэтому общий заряд, переносимый отдельной молнией, обычно невелик (0,1-10 Кл). Очень часто молния представляет собой ряд искровых рырядов, следующих друг за другом по одному пути (кратные молнии). Число таких разрядов может достигать нескольких десятков, а общая длительность молнии — 1 с. Особенно интересные результаты получаются при фотографировании молнии камерой с враща7ощимся объективом. Подобные фотографии позволяют проследить за последовательными стадиями развития молнии.
Они показывают, что молнии предшествует развятне слабо светящегося канала — лидера, распространяющегося обычно от облака к земле и аналогичного стрнмеру Я 172) в коротких лабораторных искрах. Когда лидер достигает земли, по пути, пробитому лидером, устремляются большие заряды и развивается ярко светящийся главный канал молнии, распространяющийся с огромной скоростью 10— 7 — 10з м/с от земли к облаку. При этом происходит сильное разогревзлие воздуха в главном канале и возникает ударная звуковая волна — гром. Хотя основные процессы в молнии, по-видимому, такие же, как в коротких лабораторных искрах, особенности развития обоих типов разрядов все же несколько различны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
