Cum și unde are loc o descărcare corona. Descărcare corona - apariție, caracteristici și aplicații. Comandă de lucru

Marele hatman al coroanei Stanislav Zholkievsky Unul dintre cei mai străluciți comandanți ai Commonwealth-ului s-a născut în 1547 în moșia familiei Zholkiewka, situată pe râul Vepr, lângă Lviv, în familia voievodului Stanislav Zholkievsky (ortografia Zholkovsky și

(1 atm), care rezultă într-un electric puternic neomogen. câmp lângă electrozi cu o rază mică de curbură (punct, fire subțiri etc.). Strălucirea albastru pal sau violet a descărcării, prin analogie cu haloul coroanei solare, a dat naștere numelui. Pe lângă vizibil, UV (gl. arr.), precum și în părțile cu lungime de undă mai scurtă ale spectrului, K. r. însoțită de mișcarea particulelor de gaz de la electrodul corona (așa-numitul vânt electric), zgomot de foșnet, uneori emisie radio, chimică. reacții (de exemplu, formarea de ozon și oxizi de azot în aer).

La post. Exista corona unipolara (pozitiva sau negativa, in functie de semnul electrodului corona) si bipolara, cand ambii electrozi corona. iar excitarea particulelor de gaz neutru de către avalanșe de electroni sunt localizate într-o zonă limitată. zona - așa-numita. zona de ionizare (ZI). De la RF la ext. zona (VZ) mișcă fluxul de purtători, semnul căruia coincide cu semnul sarcinii electrodului corona. Sarcina spațială rezultată încetinește dezvoltarea ulterioară a proceselor de ionizare, slăbind câmpul mediu în apropierea electrodului corona, care localizează IG lângă electrodul corona. La orice tensiune pe electrozi (mai mare decât tensiunea de aspect corona și mai mică decât tensiunea de defalcare), sarcina de volum a admisiei de aer are o astfel de valoare și distribuție, la care gradientul câmpului de la suprafața electrodului corona rămâne practic neschimbat. și este apropiată ca magnitudine de gradientul debutului coroanei. Astfel, intensitatea To. reglementate de proprie taxă în vrac.

Reproducere avalanșe electroniceîn ZI şi staţionare K. r. la post. corona sunt furnizate prin fotoionizare prin propria radiație a atomilor și moleculelor de gaz excitate: un nou electron se formează ca urmare a absorbției unui cuantum de radiație într-un gaz în apropierea externului condiționat. limitele GG, iar apoi avalanșa se dezvoltă spre electrodul corona. Când este refuzat. corona (mișcarea avalanșelor de electroni de la electrodul corona), un nou electron este eliberat ca urmare a fotoemisiei de pe suprafața catodului (vezi Fig. efect fotoelectricÎn aerul rarefiat, în anumite alte gaze și cu o curbură foarte mare a electrozilor, sunt posibile alte procese. Caracteristicile mecanismului de reproducere a avalanșelor și diferența de distribuție a ionilor și electronilor asociate acestora în ZI determină unele externe. diferențe în K. r. polaritate diferită. Pentru negativ Corona se caracterizează prin: localizarea GR sub formă de focare luminoase separate, mai mult sau mai puțin uniform distribuite pe suprafața electrodului; mai mare decât la pus. corona, dependența tensiunii apariției coroanei de starea suprafeței electrodului; discontinuitate în timp a proceselor de ionizare și oscilații de curent de înaltă frecvență (emisia radio cu un spectru de frecvență aproape uniform până la câțiva MHz). Pentru post. Coroanele de pe electrozi cu o rază de curbură foarte mică se caracterizează printr-o înveliș luminoasă uniformă aproape de suprafața electrodului, absența oscilațiilor de înaltă frecvență în curent și absența emisiei radio.

Cu o scădere a gradului de neomogenitate a câmpului (raza de curbură a electrodului este mai mare de câțiva mm), precum și cu o creștere a tensiunii K. r. nu capătă o formă omogenă, ci o formă de streamer (uneori torță sau cluster). În acest caz, procesele active sunt mutate în mijloace. distanța de la suprafața electrodului (zeci de cm). În loc de un capac uniform pus. coroana arată ca niște canale separate și strălucitoare și luminoase ( streamers) estompându-se la capete într-o strălucire difuză. Apar oscilații de curent de înaltă frecvență și emisii radio, adesea mai puternice decât cu negativ. polaritate.

Distribuția intensității câmpului în 311 diferă puțin (în medie) de cea din nonionizări. gaz (el - static. distribuţie). Prin urmare, nu există niciun motiv pentru a considera acoperirea corona ca un strat bine conducător.

Intensitatea câmpului de prag pe suprafața electrodului, la atingerea căreia apare un K. R., depinde de raza de curbură a electrodului, de tipul și densitatea gazului și practic nu depinde de materialul electrodului.

Pierderi de energie la To. apar ch. arr. în VT și doar într-o mică măsură în GI. La post. tensiune și un electrod corona, aceasta este pierderea de căldură a unui flux unipolar de ioni care disipă energia la ciocnirea cu particulele de gaz neutru. Cu doi electrozi corona (radiație corona bipolară), contrafluxurile de ioni de diferite semne se recombină parțial, slăbind efectul de ecranare al sarcinii în IG și crescând intensitatea proceselor în IG. K. r. Este utilizat în dispozitivele industriale pentru încărcarea fluxurilor de materiale dispersate cu ioni pentru depunerea acestora de către forțe electrice. câmpuri (precipitatoare electrostatice și separatoare electrice, dispozitive pentru „vopsirea electrostatică”, aplicarea de acoperiri de protecție sau decorative etc.). Pe liniile de transmisie a energiei de înaltă tensiune, corona de pe fire provoacă pierderi, care sunt deosebit de semnificative la atm. precipitații (până la sute de kW/km). K. r. este, de asemenea, o sursă de mijloace. interferențe radio.

Apariția streamerelor în volumul dintre electrozi nu duce întotdeauna la o scânteie, dar poate provoca și o descărcare de alt tip, o descărcare corona. Figura prezintă o diagramă a unui dispozitiv care poate fi utilizat pentru a reproduce o descărcare corona. În acest dispozitiv, un fir subțire este plasat de-a lungul axei unui cilindru metalic gol.

La o tensiune între fir și cilindru, în spațiul dintre ele ia naștere un câmp electric neomogen cu o intensitate maximă în apropierea firului. Când intensitatea câmpului din apropierea firului se apropie de valoarea de defalcare a puterii aerului (aproximativ U p \u003d 30.000 V / m), o descărcare corona este aprinsă între fir și cilindru și curentul curge în circuit, de exemplu. în jurul firului există o strălucire - o coroană. Aspectul coroanei la un potențial negativ al firului (corona negativă) este oarecum diferit de corona pozitivă.

La un potențial negativ al sârmei, avalanșele de electroni încep la sârmă, se propagă spre anod și, la o anumită distanță, streamerele se desprind din cauza scăderii intensității câmpului. În cazul unei coroane pozitive, avalanșele de electroni își au originea la limita exterioară (suprafața) coroanei și se deplasează spre fir. Spre deosebire de o descărcare de scânteie, o defalcare incompletă a golului de gaz are loc într-o descărcare corona, deoarece avalanșele de electroni din ea nu pătrund prin întregul strat de gaz E = .

În interiorul coroanelor există atât ioni pozitivi, cât și negativi. In afara coroanei vor exista ioni de un singur semn: negativ cu o coroana negativa; ioni pozitivi cu corona pozitivă.

Descărcarea corona poate apărea nu numai la sârmă, ci și la vârf și, în general, la toți electrozii, lângă care se formează un câmp neomogen foarte puternic. Descărcarea corona este însoțită de un șuierat și un mic trosnet. Descărcarea corona are loc pe liniile electrice de înaltă tensiune și provoacă scurgeri de încărcături electronice, de ex. electricitate.

Aplicarea descărcării corona.

1. Curățarea electrică a gazelor (precipitatoare electrostatice). O astfel de experiență este cunoscută - un vas plin cu fum devine instantaneu complet transparent dacă în el sunt introduși electrozi metalici ascuțiți sub tensiune înaltă.

Acest efect este folosit pentru purificarea gazelor. Particulele solide și lichide conținute în gazul din descărcarea corona interacționează cu ionii și devin particule încărcate (ionii se „lipesc” de particulele de praf) și sunt apoi direcționate către electrozi și depuse. În plus, astfel de precipitatoare electrostatice fac posibilă extragerea multor tone de produse valoroase din gaze în producția de acid sulfuric și metale neferoase în producția liniară.

2. Contoare de particule de electroni.

Tensiunea U este aleasă astfel încât să fie ceva mai mică decât „critică”, adică. necesare pentru a aprinde descărcarea corona din interiorul tejghelei. Când un electron care se mișcă rapid intră în contor, ionizează moleculele de gaz din interiorul volumului, ceea ce face ca tensiunea de aprindere a coroanei să scadă. În contor are loc o descărcare și în circuit apare un impuls slab de curent pe termen scurt. Pentru înregistrarea semnalului se folosește un electrometru sensibil E, de fiecare dată când o particulă (chiar și un electron) intră în volumul contorului, frunzele electrometrului dau o respingere.

§7. Clasificarea descărcărilor electrice.

Descărcările electrice în gaze au loc în moduri diferite, de ex. în descărcare se realizează anumite procese fundamentale (elementare), care sunt pentru un anumit tip de descărcare și determină forma acestuia; trăsăturile sale caracteristice.

După cum știm deja, există un număr limitat de procese elementare care pot fi realizate în volumul unei descărcări de gaz; enumeram din nou aceste procese:

1) Rezultă coliziuni ale particulelor de gaz: schimb de energie, impuls, excitație a atomilor, ionizare.

2) Rezultat atașarea electronilor: apare un ion negativ, concentrația de electroni scade.

3) Rezultatul recombinării: se naște radiația (fotonul).

4) Recepția și emisia de radiații în volumul deversarii.

5) Difuzia particulelor încărcate.

6) Efectele electrodului: emisie termoionică; efect fotoelectric extern, emisie la impactul electronilor, emisia la impactul ionilor pozitivi: emisie la impactul atomilor neutri; emisie de câmp.

În același timp, toate aceste procese elementare - fundamentale în descărcări nu sunt realizate. În funcție de condiții, se realizează doar unele procese, iar acest set de procese elementare determină proprietățile de bază ale descărcării, adică. acest tip de descărcare diferă de celălalt printr-un ansamblu de procese elementare. Acest set sau tip de descărcare în sine este determinat de următorii parametri ai sistemului: mărimea curentului, tensiunea dintre electrozi; presiunea gazului, geometria camerei de descărcare, materialul electrozilor și starea suprafeței acestora, temperatura electrozilor etc.

Tipul de descărcare este determinat în principal de tensiunea de pe electrozi, mărimea curentului de descărcare și presiunea din camera de descărcare. În acest caz, tensiunea și curentul sunt parametri independenți ai sistemului.

Astfel, dependența tensiunii de curent devine cea mai importantă caracteristică integrală a descărcării electrice U = f(I) se mai numește și caracteristica curent-tensiune a descărcării. Se formează în funcție de procesele interne, prin urmare, poate fi folosit pentru a determina tipul de descărcare.

Deci, să luăm în considerare modul în care un tip de descărcare este transferat la un alt tip folosind caracteristica curent-tensiune.

Secțiunea OB este o descărcare întunecată care nu se autosusține, formarea purtătorilor de curent are loc numai datorită unui ionizator extern, recombinarea are loc în secțiunea OA și toate sarcinile ajung la electrozii din secțiunea AB, iar recombinarea sarcinii poate fi neglijată. .

Dincolo de punctul B, începe ionizarea particulelor neutre prin impactul electronilor și apar avalanșe de electroni și ioni. Cu toate acestea, dacă scoateți ionizatorul extern, descărcarea se oprește. Aceasta este o descărcare Townsend care nu se autosusține - aceasta este secțiunea BC.

Electronii secundari scoși din catod de ionii pozitivi, cuante luminoase și moleculele excitate joacă un rol semnificativ în regiunea CD. Necesitatea menținerii ionizării datorită energiei surselor externe dispare - descărcarea devine independentă, se mai numește și descărcare independentă Townsend (aceasta este secțiunea CE).

În secțiunea EF, descărcarea Townsend se transformă într-o descărcare normală de strălucire, care corespunde secțiunii FH. Pe secțiunea NK, tensiunea crește și ea odată cu creșterea. Descărcarea corespunzătoare secțiunii NK se numește descărcare strălucitoare anormală.

În plus, odată cu creșterea curentului, temperatura catodului crește, rolul emisiei termoionice crește, descărcarea este contractată și se formează o descărcare de arc. Descărcarea arcului este menținută prin emisie termoionică din catod.

Descărcare luminoasă staționară la presiune scăzută.

Pe măsură ce curentul crește, o descărcare independentă Townsell (secțiunea CEF) se poate dezvolta în moduri diferite și poate avea mai multe forme. Dacă la o presiune de aproximativ 1 mm. rt. Artă. descărcarea are loc între electrozii conectați la o sursă de curent continuu, apoi se realizează o descărcare normală.

Secțiunea FH a caracteristicii curent-tensiune corespunde unei descărcări luminoase. O trăsătură distinctivă a unei descărcări strălucitoare este o distribuție specifică de potențial de-a lungul lungimii spațiului interelectrod. Distribuția potențialului duce la faptul că descărcarea strălucitoare are un aspect caracteristic neomogen și, prin urmare, o structură neomogenă, descărcarea pare a fi împărțită în părți. O descărcare luminoasă constă dintr-o regiune catodică și o coloană pozitivă.

Să luăm în considerare diferitele părți ale descărcării. Pornind de la catod la anod.

Regiunea catodică a descărcării.

Electronii necesari pentru a menține descărcarea sunt emiși în principal atunci când catodul este bombardat cu ioni pozitivi. Electronii secundari părăsesc catodul cu viteze mici, drept urmare ei (în apropierea suprafeței formează o sarcină spațială negativă) nu au încă energie suficientă pentru a excita moleculele de gaz, prin urmare moleculele nu radiază și se formează un spațiu întunecat. direct la suprafața catodului, umplut cu electroni lenți. Acest strat foarte subțire, neluminos de gaz se numește spațiul întunecat al lui Aston. Curentul din această regiune este generat în principal de ioni pozitivi.

În plus, electronul este accelerat de câmp, energia cinetică a electronilor devine suficientă pentru a excita moleculele de gaz, iar acest lucru determină apariția unui strat luminos subțire de gaz, numit prima strălucire catodică. În această regiune, electronii pierd parțial sau complet viteza în timpul coliziunilor. Prin urmare, în spatele primei străluciri catodice, se formează următorul spațiu catodic întunecat. În această regiune are loc o recombinare slabă a electronilor cu ioni pozitivi, așa că aici are loc radiații foarte slabe. În spațiul catodic întunecat, electronii sunt puternic accelerați până la viteze la care ionizează intens moleculele de gaz și, în consecință, se înmulțesc.

La sfârșitul celui de-al doilea spațiu catod întunecat, numărul de electroni este deja atât de mare încât curentul este transportat aproape în totalitate de electroni și reduc semnificativ sarcina spațială pozitivă, formând chiar o regiune de încărcare spațială negativă. În această regiune, accelerarea ulterioară a electronilor se oprește, iar energia acumulată în regiunea celui de-al doilea spațiu întunecat catodic este cheltuită în principal pentru excitația și ionizarea intensă a moleculelor. Acest lucru se întâmplă în regiunea celei de-a doua străluciri catodice (strălucire catodă negativă). Ca urmare, energia electronilor scade, treptat scade și intensitatea excitației și ionizării, prin urmare, numărul de electroni scade (și datorită recombinării și difuziei), astfel încât sarcina spațială negativă dispare. În consecință, intensitatea câmpului electric se modifică și în punctul de dispariție a sarcinii negative E ia o valoare constantă (aproximativ 1 V/cm) și nu se modifică până la regiunea anodică a sarcinii. În acest loc, începe coloana pozitivă a descărcării strălucitoare.

Spațiul ocupat de spațiul întunecat al lui Aston de către prima strălucire a catodului și al doilea spațiu întunecat se numește regiunea de picătură a catodului. După cum se poate observa din figură, căderea potențialului dintre electrozi este realizată aproape complet într-o zonă mică în apropierea catodului. Lungimea acestei secțiuni variază invers cu presiunea gazului. La P = 1 mm Hg. dc este de aproximativ 10mm și U=100-250V.

Într-o descărcare luminoasă normală, densitatea de curent rămâne constantă pe măsură ce curentul de descărcare crește sau scade. Dar depinde de presiunea Р și se modifică conform legii P 2 . De exemplu, la P = 1 mm Hg. densitate medie j\u003d 0,1 mA / cm 2 \u003d 1 10 4 A / cm 2. Dar j depinde și de natura gazului și de materialul catodului. Din I=jS rezultă că la un curent scăzut o parte a zonei ia parte la descărcare.

În aceste condiții, scăderea potențialului catodic U k rămâne constantă. Pentru intervalul de presiune de la 1-10 mmHg. valoarea lui U k nu depinde de presiune și este determinată în mod unic de natura gazului și a materialului catodic. Exemple

Odată cu o creștere a curentului de descărcare, vine un moment în care întreaga zonă a catodului ia parte la descărcare, din acest moment, cu o creștere suplimentară a curentului, începe o creștere a căderii potențialului catodului. Intensitatea câmpului E crește până când este asigurată ionizarea necesară pentru a susține creșterea curentului. În aceste condiții, o descărcare normală de strălucire se transformă într-o descărcare de strălucire anormală.

unde, k este o constantă în funcție de tipul de gaz și de materialul catodic.

Postare pozitivă.

Coloana pozitivă este formată din plasmă, iar plasma este un mediu neutru conducător de electricitate. Prin urmare, coloana de strălucire pozitivă joacă rolul unui conductor obișnuit care conectează regiunea apropiată de catod cu partea apropiată de anodă a descărcării. Spre deosebire de alte părți ale descărcării luminoase, care au dimensiuni și structură specifice în funcție de tipul de gaz, presiunea acestuia și densitatea curentului de descărcare, lungimea coloanei pozitive este determinată de dimensiunile camerei de descărcare și de structura camerei de descărcare. coloana este un gaz ionizat ( n e ≈ n i), adică poate fi de orice lungime. Intensitatea câmpului este de aproximativ 1 V/cm și tinde să crească odată cu creșterea presiunii. Tensiunea se modifică și odată cu modificarea razei camerei (tubului) - compresia descărcării crește câmpul: E ia întotdeauna o valoare suficientă pentru a menține gradul de ionizare în coloană, care este necesar pentru arderea staționară a scurgerea. Energia din coloană este suficientă pentru ionizare. Iar procesul de ionizare compensează pierderea de electroni și ioni din cauza recombinării și difuziei, urmată de neutralizarea pe electrozi și pe pereții camerei, strălucirea coloanei pozitive este asociată cu toate aceste procese. Spre deosebire de alte părți, în coloana pozitivă a unei descărcări strălucitoare, mișcarea haotică a particulelor încărcate prevalează asupra celei direcționate.

regiunea anodică.

Anodul atrage electroni din coloana pozitivă și în apropierea punctului de legare se formează o sarcină spațială negativă și o creștere a intensității câmpului, în urma căreia curentul de descărcare este transferat pe suprafața anodului. Regiunea de picătură a anodului este partea pasivă a descărcării. Anodul nu emite sarcini. O descărcare luminoasă poate exista fără o regiune anodă, precum și fără o coloană pozitivă. Coloana pozitivă a descărcării nu depinde de procesele apropiate de electrod. Diferența dintre părțile catodului este mișcarea predominant direcționată a electronilor și ionilor.

Utilizarea unei descărcări strălucitoare.

Descărcarea strălucitoare în gazele rarefiate găsește o varietate de aplicații în redresoare cu gaz, convertoare, indicatoare, stabilizatoare de tensiune, lămpi fluorescente cu lumină de gaz. De exemplu, în lămpile cu neon (în scopuri de semnalizare) se folosește o descărcare strălucitoare în neon, electrozii sunt acoperiți cu un strat de bariu și au o scădere a potențialului catodic de ordinul a 70 V și se aprind atunci când sunt porniți în rețeaua de iluminat. .

În lămpile fluorescente, descărcarea strălucitoare are loc în vapori de mercur. Radiația vaporilor de mercur este absorbită de stratul de fosfor, care acoperă suprafața interioară a tubului de lumină de gaz.

Descărcarea strălucitoare este, de asemenea, utilizată pentru pulverizarea catodică a metalelor. Suprafața catodului în timpul unei descărcări strălucitoare, din cauza bombardamentului cu ionii de gaz pozitivi, este puternic încălzită în zone mici separate și, prin urmare, trece treptat într-o stare de vapori. Prin plasarea obiectelor lângă catodul de descărcare, acestea pot fi acoperite cu un strat uniform de metal.

În ultimii ani, o descărcare strălucitoare și-a găsit aplicație în chimia plasmei și tehnologia laser. În ele, o descărcare strălucitoare este utilizată într-un mod anormal la presiune ridicată.

1. p = 6,7 kPa ≈ 50 mm. rt. Artă.

v= 15,7 m/s

2. p = 8 kPa ≈ 60 mm. rt. Artă.

v= 21 m/s

Caracteristici tipice volt-amperi ale unei descărcări strălucitoare într-un flux de aer transversal.

1 mm. rt. Artă. = 133 Pa. 1kPa=1000/133=8mmHg