¿Cómo y dónde se produce la descarga de corona? Descarga de corona: aparición, características y aplicación. Orden de trabajo

Gran Hetman Corona Stanislav Zholkiewski Uno de los comandantes más brillantes de la Commonwealth polaco-lituana nació en 1547 en la finca familiar de Zholkiewka, ubicada en el río Vepr cerca de Lvov, en la familia del gobernador Stanislav Zholkiewski (también escrito Zhelkovskiy y

(1 atm), que surge en una corriente eléctrica marcadamente heterogénea. campo cerca de electrodos con un pequeño radio de curvatura (punta, alambres delgados, etc.). La descarga de color azul pálido o violeta brilla similar a un halo. corona solar dio origen al nombre. Además del visible, el UV (imagen principal), así como en las partes del espectro de longitudes de onda más cortas, K. r. acompañado del movimiento de partículas de gas del electrodo de corona (el llamado viento eléctrico), crujidos, a veces emisiones de radio, químicos. reacciones (por ejemplo, la formación de ozono y óxidos de nitrógeno en el aire).

En el puesto. Se distingue entre corona unipolar (positiva o negativa según el signo del electrodo de corona) y corona bipolar, cuando ambos electrodos son corona. y la excitación de partículas de gas neutro por avalanchas de electrones se localiza dentro de unos límites. zona - llamada zona de ionización (IZ). De ZI a ext. zona (VZ) se mueve un flujo de portadores, cuyo signo coincide con el signo de la carga del electrodo de descarga. La carga de volumen resultante se ralentiza mayor desarrollo procesos de ionización, debilitando el campo promedio cerca del electrodo de corona, lo que localiza la ignición cerca del electrodo de corona. A cualquier voltaje en los electrodos (mayor que el voltaje de inicio de la corona y menor que el voltaje de ruptura), la carga volumétrica del VZ tiene tal magnitud y distribución en la que el gradiente de campo en la superficie del electrodo de la corona permanece prácticamente sin cambios y tiene una magnitud cercana al gradiente del inicio de la corona. Así, la intensidad de K. r. regulado por el propio. carga volumétrica.

Reproducción avalanchas electrónicas en ZI y estacionariedad de K. r. en positivo la corona son proporcionadas por fotoionización por la propia radiación de los átomos y moléculas excitados del gas: se forma un nuevo electrón como resultado de la absorción de un cuanto de radiación en el gas cerca del externo convencional. límites del SI, y luego la avalancha se desarrolla hacia el electrodo de corona. Si es negativo corona (movimiento de avalanchas de electrones desde el electrodo de corona), se libera un nuevo electrón como resultado de la fotoemisión desde la superficie del cátodo (ver. efecto foto).En aire enrarecido, en algunos otros gases y con una curvatura muy grande de los electrodos, son posibles otros procesos. Las características del mecanismo de reproducción de las avalanchas y la diferencia asociada en la distribución de iones y electrones en la Tierra determinan ciertos factores externos. diferencias en K. r. polaridad diferente. por negativo las coronas se caracterizan por: localización de lesiones luminosas en forma de focos luminosos separados, más o menos uniformemente distribuidos sobre la superficie del electrodo; mayor que en positivo. corona, dependencia del voltaje de aparición de la corona del estado de la superficie del electrodo; discontinuidad en el tiempo de los procesos de ionización y fluctuaciones de la corriente HF (emisión de radio con un espectro de frecuencia casi uniforme de hasta varios MHz). por positivo Las coronas sobre electrodos de un radio de curvatura muy pequeño se caracterizan por una cubierta luminosa uniforme, muy adyacente a la superficie del electrodo, la ausencia de oscilaciones de alta frecuencia en la corriente y la ausencia de emisiones de radio.

Con una disminución en el grado de falta de homogeneidad del campo (el radio de curvatura del electrodo es más de varios mm), así como con un aumento en el voltaje del K. r. no adquiere una forma homogénea, sino una forma de serpentina (a veces de antorcha o de racimo). En este caso, se dan significado a los procesos activos. distancia desde la superficie del electrodo (decenas de cm). En lugar de una funda de uniforme la pondrá. la corona parece canales separados entrelazados que brillan intensamente ( serpentinas), difuminándose en los extremos en un brillo difuso. Se producen oscilaciones de corriente de alta frecuencia y emisiones de radio, a menudo más potentes que las negativas. polaridad.

La distribución de la intensidad del campo dentro del 311 difiere poco (en promedio) de la de los no ionizados. gas (distribución estática electrónica). Por lo tanto, no hay razón para considerar que la cubierta de la corona sea una capa altamente conductora.

El umbral de intensidad de campo en la superficie del electrodo, al llegar al corte se produce una reacción al rojo vivo, depende del radio de curvatura del electrodo, del tipo y densidad del gas, y es prácticamente independiente del material del electrodo.

Pérdidas de energía durante K. r. suceder cap. Arr. en VZ y sólo en pequeña medida en ZI. En el puesto. voltaje y un electrodo de corona, esta es la pérdida térmica de un flujo unipolar de iones que disipan energía al chocar con partículas de gas neutro. Con dos electrodos de corona (corona bipolar), los contraflujos de iones de diferentes signos se recombinan parcialmente, debilitando el efecto protector de la carga y aumentando la intensidad de los procesos en la carga. K.r. Se utiliza en dispositivos industriales para cargar corrientes de materiales dispersos con iones para su precipitación mediante fuerzas eléctricas. campos (precipitadores y separadores eléctricos, dispositivos de "pintura electrostática", aplicación de revestimientos protectores o decorativos, etc.). En las líneas de transmisión de energía de alto voltaje, la corona en los cables causa pérdidas, que son especialmente significativas en atmósfera. Precipitaciones (hasta cientos de kW/km). K.r. es también el medio fuente. interferencias de radio.

La aparición de serpentinas en el volumen entre los electrodos no siempre produce una chispa, sino que también puede provocar otro tipo de descarga, la descarga en corona. La figura muestra un diagrama de un dispositivo con el que se puede reproducir una descarga en corona. En este dispositivo, se coloca un alambre delgado a lo largo del eje de un cilindro metálico hueco.

Cuando hay voltaje entre el cable y el cilindro, surge un campo eléctrico no uniforme en el espacio entre ellos con una intensidad máxima cerca del cable. Cuando la intensidad del campo cerca del cable se acerca al valor de ruptura de la tensión del aire (aproximadamente U p = 30.000 V/m), se enciende una descarga en corona entre el cable y el cilindro y la corriente fluye en el circuito, es decir. Aparece un brillo alrededor del cable: una corona. Apariencia La corona en un potencial de cable negativo (corona negativa) es algo diferente de la corona positiva.

Con un potencial de cable negativo, las avalanchas de electrones comienzan en el cable, se extienden hasta el ánodo y, a cierta distancia, las corrientes se rompen debido a una disminución en la intensidad del campo. En el caso de una corona positiva, las avalanchas de electrones se originan en el límite exterior (superficie) de la corona y se mueven hacia el cable. A diferencia de una descarga de chispa, en una descarga de corona se produce una ruptura incompleta del espacio de gas, ya que en ella las avalanchas de electrones no penetran toda la capa de gas E = .

Dentro de las coronas hay iones tanto positivos como negativos. Fuera de la corona habrá iones de un solo signo: negativo con corona negativa; iones positivos con corona positiva.

Una descarga en corona puede ocurrir no sólo en el alambre, sino también en la punta y en general en todos los electrodos, cerca de los cuales se forma un campo heterogéneo muy fuerte. La descarga de corona va acompañada de un silbido y un ligero crujido. La descarga de corona se produce en líneas eléctricas de alto voltaje y provoca fugas de cargas electrónicas, es decir, electricidad.

Aplicación de descarga corona.

1. Depuración de gases eléctricos (precipitadores eléctricos). Existe un experimento bien conocido: un recipiente lleno de humo se vuelve instantáneamente completamente transparente si se introducen en él electrodos metálicos afilados bajo alto voltaje.

Este efecto se utiliza para purificar gases. Sólidos contenidos y partículas líquidas en un gas en una descarga de corona, interactúan con iones y se convierten en partículas cargadas (los iones se "pegan" a las partículas de polvo) y luego se dirigen a los electrodos y se depositan. Además, estos precipitadores electrostáticos permiten extraer muchas toneladas de gases. productos valiosos en la producción de ácido sulfúrico y metales no ferrosos en producción lineal.

2.Contadores de partículas electrónicas.

El voltaje U se elige de modo que sea ligeramente menor que el "crítico", es decir necesario para encender la descarga de corona dentro del medidor. Cuando un electrón que se mueve rápidamente ingresa al contador, ioniza las moléculas de gas dentro del volumen, lo que hace que el voltaje de ignición de la corona disminuya. Se produce una descarga en el medidor y aparece un pulso de corriente débil y de corta duración en el circuito. Para registrar la señal se utiliza un electrómetro sensible E; cada vez que una partícula (incluso un electrón) ingresa al volumen del contador, las hojas del electrómetro se echan hacia atrás.

§7. Clasificación de descargas eléctricas..

Las descargas eléctricas en gases se producen de diferentes maneras, es decir, en una descarga se realizan ciertos procesos fundamentales (elementales) que son específicos de un tipo determinado de descarga y determinan su forma; sus rasgos característicos.

Como ya sabemos, existe un número limitado de procesos elementales que pueden realizarse en el volumen de una descarga de gas; enumeremos estos procesos nuevamente:

1) Resultan colisiones de partículas de gas: intercambio de energía, momento, excitación de átomos, ionización.

2) Se produce la adición de electrones: aparece un ion negativo, la concentración de electrones disminuye.

3) Resultado de la recombinación: nace la radiación (fotón).

4) Recepción y emisión de radiación en el volumen de descarga.

5) Difusión de partículas cargadas.

6) Efectos de los electrodos: emisión termoiónica; efecto fotoeléctrico externo, emisión por impacto de electrones, emisión por impacto de iones positivos: emisión por impacto de átomos neutros; emisiones autoelectrónicas.

Al mismo tiempo, todos estos procesos elementales y fundamentales en las descargas no se realizan. Dependiendo de las condiciones, sólo se realizan algunos procesos, y este conjunto de procesos elementales determina las propiedades básicas de la descarga, es decir Este tipo de descarga se diferencia de otro por una multitud de procesos elementales. Este conjunto o tipo de descarga en sí está determinado por los siguientes parámetros del sistema: la magnitud de la corriente y el voltaje entre los electrodos; presión del gas, geometría de la cámara de descarga, material de los electrodos y estado de su superficie, temperatura de los electrodos, etc.

El tipo de descarga está determinado principalmente por el voltaje en los electrodos, la magnitud de la corriente de descarga y la presión en la cámara de descarga. En este caso, el voltaje y la corriente son parámetros independientes del sistema.

Por tanto, la dependencia del voltaje de la corriente se convierte en la característica integral más importante. descarga eléctrica U = f(I) también se denomina característica corriente-tensión de la descarga. Se forma dependiendo de procesos internos, por lo tanto, se puede utilizar para determinar el tipo de descarga.

Entonces, consideremos cómo un tipo de descarga se transforma en otro tipo usando la característica corriente-voltaje.

La sección OB es una descarga oscura no autosostenida, la formación de portadores de corriente ocurre solo debido a un ionizador externo, la recombinación ocurre en la sección OA y en AB todas las cargas llegan a los electrodos, la recombinación de carga se puede descuidar.

Más allá del punto B comienza la ionización de partículas neutras por impacto de electrones y aparecen avalanchas de electrones e iones. Sin embargo, si retira el ionizador externo, la descarga se detiene. Esta es una descarga de Townsend no independiente: esta es una sección de las Fuerzas Armadas.

Los electrones secundarios, eliminados del cátodo por iones positivos, cuantos de luz y moléculas excitadas, desempeñan un papel importante en la región CD. No es necesario mantener la ionización debido a la energía de fuentes externas: la descarga se vuelve independiente, también se le llama descarga Townsend independiente (esta es la sección SE).

En la sección EF, la descarga de Townsend se transforma en una descarga luminiscente normal, que corresponde a la sección FH. El voltaje en la sección NK aumenta al aumentar el voltaje. La descarga correspondiente a la sección NK se denomina descarga luminiscente anómala.

Además, al aumentar la corriente, aumenta la temperatura del cátodo, aumenta el papel de la emisión termoiónica, la descarga se contrae y se forma una descarga de arco. La descarga del arco se mantiene mediante la emisión termoiónica del cátodo.

Descarga incandescente estacionaria a baja presión.

A medida que aumenta la corriente, una descarga Townsell independiente (sección CEF) puede desarrollarse de diferentes maneras y tener varias formas. Si a una presión de aproximadamente 1 mm. rt. Arte. la descarga se produce entre los electrodos conectados a una fuente de corriente continua, luego se realiza una descarga normal.

La sección FH de la característica corriente-tensión corresponde a una descarga luminiscente. Una característica distintiva de una descarga luminosa es la peculiar distribución del potencial a lo largo del espacio entre electrodos. La distribución del potencial conduce al hecho de que la descarga luminosa tiene un aspecto característico no uniforme y, por lo tanto, una estructura no uniforme; la descarga parece estar dividida en partes. La descarga luminosa consta de una región catódica y una columna positiva.

Veamos las diferentes partes de la descarga. Desde el cátodo hasta el ánodo.

Región catódica de la descarga.

Los electrones necesarios para mantener la descarga se emiten principalmente cuando el cátodo es bombardeado con iones positivos. Los electrones secundarios abandonan el cátodo a bajas velocidades, por lo que (cerca de la superficie forman una carga espacial negativa) aún no tienen suficiente energía para excitar las moléculas de gas, por lo que las moléculas no emiten, y se forma un espacio oscuro lleno de Los electrones lentos se forman directamente en la superficie del cátodo. Esta capa de gas muy delgada y no luminosa se llama espacio oscuro de Aston. La corriente en esta región es generada principalmente por iones positivos.

A continuación, los electrones son acelerados por el campo, la energía cinética de los electrones se vuelve suficiente para excitar las moléculas de gas y esto provoca la aparición de una fina capa luminosa de gas, llamada primer resplandor catódico. En esta región, los electrones pierden parcial o totalmente su velocidad durante las colisiones. Por lo tanto, después del primer resplandor catódico, se forma un siguiente espacio catódico oscuro. En esta región hay una débil recombinación de electrones con iones positivos, por lo que aquí se producen muy pocas emisiones. En el espacio catódico oscuro, los electrones son fuertemente acelerados a velocidades a las que ionizan intensamente las moléculas de gas y, en consecuencia, se multiplican.

Al final del segundo espacio catódico oscuro, el número de electrones ya es tan grande que la corriente es transportada casi por completo por los electrones, y estos reducen notablemente la carga espacial positiva, formando incluso una región de carga espacial negativa. En esta región, se detiene la aceleración adicional de los electrones y la energía acumulada en la región del espacio oscuro del segundo cátodo se gasta principalmente en la intensa excitación e ionización de las moléculas. Esto ocurre en la zona de la segunda incandescencia catódica (intensidad catódica negativa). Como resultado, la energía de los electrones disminuye, gradualmente la intensidad de excitación e ionización también disminuye, por lo tanto, el número de electrones disminuye (y debido a la recombinación y difusión), hasta el punto de que la carga espacial negativa se vuelve cero. En consecuencia, la intensidad del campo eléctrico cambia y en el punto de desaparición de la carga negativa E toma un valor constante (aproximadamente 1 V/cm) y no cambia hasta la región de carga del ánodo. En este punto comienza la columna positiva de la descarga luminosa.

El espacio ocupado por el espacio oscuro de Aston del primer brillo catódico y el segundo espacio oscuro se llama región de caída de potencial catódico. Como puede verse en la figura, la caída de potencial entre los electrodos se logra casi por completo en una pequeña área cerca del cátodo. La longitud de esta sección varía inversamente proporcional a la presión del gas. A P = 1 mmHg. CC es de aproximadamente 10 mm y U = 100-250 V.

En una descarga luminosa normal, la densidad de corriente permanece constante a medida que la corriente de descarga aumenta o disminuye. Pero depende de la presión P y cambia según la ley P 2. Por ejemplo, a P = 1 mm Hg. densidad media j= 0,1 mA/cm2 = 1·104 A/cm2. Pero j Depende también de la naturaleza del gas y del material del cátodo. De I=jS de ello se deduce que, con poca corriente, parte del área participa en la descarga.

En estas condiciones, la caída del potencial catódico Uk también permanece constante. Para rangos de presión de 1 a 10 mm Hg. el valor de U k no depende de la presión y está determinado únicamente por la naturaleza del gas y el material del cátodo. Ejemplos

A medida que aumenta la corriente de descarga llega un momento en el que toda la zona del cátodo participa en la descarga, a partir de este momento mayor crecimiento corriente, la caída del potencial del cátodo comienza a aumentar. La intensidad del campo E aumenta hasta que se logra la ionización necesaria para mantener el aumento de corriente. En estas condiciones, una descarga luminosa normal se convierte en una descarga luminosa anómala.

donde k es una constante que depende del tipo de gas y material del cátodo.

Pilar positivo.

La columna positiva está formada por plasma y el plasma es un medio neutro conductor de electricidad. Por lo tanto, la columna de brillo positivo desempeña el papel de un conductor ordinario que conecta la región cercana al cátodo con la parte cercana al ánodo de la descarga. A diferencia de otras partes de la descarga luminiscente, que tienen dimensiones y estructura específicas según el tipo de gas, su presión y densidad de corriente de descarga, la longitud de la columna positiva está determinada por las dimensiones de la cámara de descarga y la estructura de la columna. es un gas ionizado ( norte mi ≈ norte yo), es decir. puede tener cualquier longitud. La intensidad del campo es de aproximadamente 1 V/cm y tiende a aumentar al aumentar la presión. La intensidad también cambia cuando cambia el radio de la cámara (tubo): la compresión de la descarga aumenta el campo: E siempre toma un valor suficiente para mantener en la columna el grado de ionización necesario para la combustión estacionaria de la descarga. La energía en la columna es suficiente para la ionización. Y el proceso de ionización compensa la pérdida de electrones e iones debido a la recombinación y difusión, seguido de la neutralización en los electrodos y en las paredes de la cámara, el brillo de la columna positiva está asociado a todos estos procesos. A diferencia de otras partes, en la columna positiva de una descarga luminosa, el movimiento caótico de partículas cargadas prevalece sobre el dirigido.

Región del ánodo.

El ánodo atrae electrones de la columna positiva y se forma una carga espacial negativa cerca del sitio de unión y la intensidad del campo aumenta, como resultado de lo cual la corriente de descarga se transfiere a la superficie del ánodo. La región de caída del ánodo es la parte pasiva de la descarga. El ánodo no emite cargas. Una descarga luminosa puede existir sin región anódica, así como sin columna positiva. La columna de descarga positiva no depende de procesos cercanos al electrodo. La diferencia entre las partes del cátodo es el movimiento predominantemente dirigido de electrones e iones.

Aplicación de descarga luminosa.

La descarga incandescente en gases descargados encuentra una variedad de aplicaciones en rectificadores, convertidores, indicadores, estabilizadores de voltaje y lámparas fluorescentes de luz de gas llenos de gas. Por ejemplo, en las lámparas de neón (para fines de señalización), se utiliza una descarga luminosa en el neón, los electrodos están recubiertos con una capa de bario y tienen una caída de potencial catódico de aproximadamente 70 V y se encienden cuando se conectan a la red de iluminación.

En las lámparas fluorescentes, la descarga luminosa se produce en vapor de mercurio. La radiación del vapor de mercurio es absorbida por una capa de fósforo que cubre la superficie interior del tubo de luz de gas.

La descarga luminiscente también se utiliza para la pulverización catódica de metales. Durante una descarga luminosa, la superficie del cátodo, debido al bombardeo con iones de gas positivos, se calienta mucho en pequeñas áreas individuales y, por lo tanto, gradualmente pasa a un estado de vapor. Al colocar objetos cerca del cátodo de descarga, se pueden recubrir con una capa uniforme de metal.

EN últimos años La descarga luminosa encuentra aplicación en la química del plasma y la tecnología láser. En ellos, se utiliza una descarga luminosa de forma anómala a presión elevada.

1.p = 6,7 kPa ≈ 50 mm. rt. Arte.

v= 15,7 m/s

2. pag = 8 kPa ≈ 60 mm. rt. Arte.

v= 21m/s

Voltios típicos - clasificaciones de amperios Descarga luminosa en un flujo de aire transversal.

1 milímetro. rt. Arte. = 133Pa. 1 kPa = 1000/133 = 8 mmHg.