Descărcări mocnite. Descrierea generală a descărcării luminoase. descărcare corona

1. La presiuni si tensiuni joase de ordinul U=200 - 1000 V se produce o descărcare luminoasă.

Experiența 12.2. Trecerea curentului electric prin aer cu rarefierea lui treptată

Echipament:

1. Tub cu doi electrozi pentru demonstrarea unei descărcări electrice.

2. Vid - pompa rotativa sau Komovsky.

3. Redresor de înaltă tensiune.

4. Galvanometru demonstrativ dintr-un ampermetru.

5. Furtun de cauciuc cu pereți groși.

6. Rezistenta limitatoare de ordinul a 2–3 MΩ.

7. Fire de conectare.

Dacă luăm în considerare tubul de descărcare de gaz în timpul descărcării, putem observa că descărcarea nu este uniformă. Alocați (Fig. 12.2):

· Spațiul întunecat al lui Aston;

o peliculă catodică

· spațiu întunecat catodic;

strălucire mocnitoare

· Faraday spațiu întunecat;

post pozitiv.

Principalele pentru fluxul și suportul sarcinii sunt spațiul întunecat catodic, în care electronii sunt accelerați, și strălucirea, unde are loc recombinarea. Dacă aduceți treptat anodul și catodul mai aproape, reducând lungimea descărcării, atunci în final vor rămâne doar aceste două secțiuni.

Această descărcare este utilizată în principal în scopuri de iluminat, publicitate și așa mai departe. Cu toate acestea, pe baza unei descărcări strălucitoare, de exemplu, în vapori de mercur, au fost create lămpi redresoare care sunt capabile să furnizeze un curent de ordinul a mii și zeci de mii de amperi. Descărcările sunt, de asemenea, utilizate în dispozitivele care funcționează în modul cheie, de exemplu, tiratroni încălziți la rece, gastrons.

De asemenea, cu ajutorul acestui tip de descărcare se depun straturi subțiri de diferite metale.

Experiența 12.3. Descărcări mocnite.

Obiectiv:

Primiți descărcarea strălucitoare.

Echipament:

1. Bobina Ruhmkorff

2. Balon de sticlă

3. Pompa de vid

Progres.

1. La capetele unui balon de sticlă de aproximativ 1 m lungime se aplică tensiune de la o bobină Ruhmkorff, iar unul dintre capetele balonului este conectat la o pompă de vid. Porniți pompa și aplicați tensiune. La o presiune de ordinul descărcării atmosferice nu are loc.

2. Presiunea a scăzut la câteva zeci de mm Hg. Artă. În interiorul balonului se observă o coloană luminoasă de gaz. În apropierea catodului, există o strălucire catodică separată de electrod printr-un spațiu întunecat aproape de catod, apoi un spațiu întunecat și o coloană de anod care strălucește aproape uniform pe toată lungimea becului.

3. Odată cu scăderea presiunii în balon, lungimea strălucirii anodului scade, culoarea strălucirii se schimbă. Din partea roșie a spectrului, merge aproape în întregul interval vizibil. Cu o observare foarte atentă, se poate înlocui începutul strălucirii verzui a pereților tubului, care se formează din cauza bombardamentului electronic al pereților particulelor emise de catod. În apropierea catodului se pot vedea structuri de undă ale strălucirii gazului, așa-numitele striații asociate undelor de ionizare în coloana anodului pozitiv.

Concluzie:

Cu ajutorul unei bobine Ruhmkorff, a unui bec de sticlă și a unei pompe de vid, am obținut o descărcare strălucitoare.

2. Descărcarea scânteii are loc la presiune normală, dar la potențiale uriașe. Fulgerul este un exemplu de descărcare de scânteie. Înainte de descărcare, în gaze apare un canal slab luminos, a cărui rezistență este mai mică decât cea a celorlalte secțiuni ale gazului. Acest canal se numește streamer, prin el trece descărcarea.

Când descărcarea continuă, pe electrozi apar cratere, acestea sunt distruse. Pe acest principiu se bazează prelucrarea cu electrospark a metalelor.

Experiența 12.2. Prelucrare electrospark a metalelor.

Echipament:

1. Aparat electrofor sau redresor de înaltă tensiune.

2. Un dispozitiv pentru demonstrarea prelucrării metalului cu electrospark.

3. Bancă de condensatoare demonstrativă.

4. reostat de 200 ohmi.

5. Fire de conectare.

Când apare o descărcare electrică (scânteie) între două contacte, are loc distrugerea metalului. Oamenii de știință sovietici folosesc acest fenomen pentru prelucrarea cu scântei a metalelor. Metoda electrospark permite prelucrarea aliajelor dure, făcând găuri de diverse forme și adâncimi în produse.

Progres:

1.Asamblați instalația fig.12.4.

2. Piesa de prelucrat este instalată ferm într-o baie de kerosen. Electrodul cu tijă poate face mișcări verticale în sus și în jos, electrodul este conectat printr-un conductor la polul negativ al sursei curent continuu, iar produsul - cu un pol pozitiv.

3. Curentul electric trece de la polul negativ la electrod, de la acesta prin golul din kerosen la produs și de la acesta din urmă la polul pozitiv al sursei de curent. Astfel, în circuitul electric rezultat, rolul anodului este îndeplinit de produs, iar electrodul este catodul.

4. Când electrodul se apropie de produs și decalajul este foarte mic, va sări o scânteie și va avea loc distrugerea (eroziunea) pe anod, cea mai mică particulă a produsului va fi smulsă. Pe măsură ce electrodul este coborât, adâncimea găurii formate va crește.

5. Condensatorul inclus în circuit previne formarea unui arc, iar reostatul face posibilă selectarea tensiunii și curentului dorite în circuit.

6. În instalațiile cu scântei electrice, electrodul oscilează tot timpul. Acest lucru se realizează cu ajutorul unui solenoid. Capătul superior al electrodului în acest caz este furnizat cu un miez.

7. Solenoidul este conectat din diferite părți ale reostatului, astfel încât capetele firelor să fie sub tensiuni diferite.

Când o scânteie sare și curentul trece prin circuitul principal, solenoidul trage miezul în sus, ridicând electrodul în același timp. Acest lucru determină o creștere a decalajului, iar circuitul electric principal este întrerupt. 8. Ca rezultat, solenoidul se va opri, miezul va cădea și, în consecință, electrodul se va coborî și - scânteia va sări din nou. Apoi se repetă întregul proces. Astfel, regulatorul voloid nu numai că oprește periodic circuitul electric și face electrodul să vibreze, ci și coboară treptat electrodul.

3. Descărcare cu arc - o descărcare care are loc cu o creștere bruscă a temperaturii și ca urmare a acestei evaporări a substanței electrodului. De aceea, densitatea de curent în timpul unei descărcări cu arc este mare. Tensiunea la care apare de obicei nu depășește 40-50V, iar curenții ajung la sute de amperi. Arcul a fost descoperit și explorat de V.V. Petrov. Descărcarea cu arc este utilizată pentru lucrari de sudare, în panouri de electrotastatură.

4. O descărcare corona are loc pe conductorii cu un potențial ridicat, precum și pe o rază mică de curbură. Se observă sub forma unei străluciri slabe de gaz în jurul conductorilor, vârfurilor, unde intensitatea câmpului este mare (Fig. 12.5). Apare din cauza defectării incomplete a dielectricului (adică aer).

În aplicațiile de înaltă tensiune, în special în liniile de transmisie de înaltă tensiune, corona duce la scurgeri dăunătoare de curent. Prin urmare, trebuie luate măsuri pentru prevenirea acesteia. În acest scop, de exemplu, firele liniilor de înaltă tensiune iau un diametru mare, cu cât este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea liniei.

Aplicație utilăîn tehnologie, s-a găsit o descărcare corona în precipitatoarele electrostatice (Fig. 12.6). Gazul de purificat se deplasează într-o conductă de-a lungul axei căreia se află un electrod corona negativ. Ionii negativi, care sunt prezenți în cantități mari în regiunea exterioară, se depun pe particulele sau picăturile care poluează gazul și sunt transportați împreună cu ei către electrodul extern non-corona. La atingerea acestui electrod, particulele sunt neutralizate și se așează pe el. Ulterior, la lovirea conductei, sedimentul format de particulele prinse se sfărâmă în colecție.

S-a folosit evacuarea gazelor:

1. Descărcarea arcului pentru sudare și iluminare

2. Descărcarea strălucitoare ca sursă de lumină în lămpile fluorescente și ecranele cu plasmă

3. Descărcare scânteie pentru aprinderea amestecului de lucru în motoarele cu ardere internă

4. Descărcare corona pentru curățarea gazelor de praf și alți contaminanți, pentru diagnosticarea stării structurilor

5. Plasmatrone pentru tăiere și sudare

6. Descărcări pentru lasere de pompare, precum laserul cu heliu-neon, laserul cu azot, laserele cu excimer etc.

1. Într-un contor Geiger

2. În manometre de ionizare

3. În tiratroni

4. În krytroni

5. Într-un tub Geissler

Descărcarea arcului. Arc electric.

În 1802, fizicianul rus V.V. Petrov (1761-1834) a constatat că, dacă două bucăți de cărbune sunt atașate de polii unei baterii electrice mari și, punând cărbunii în contact, îi depărtează ușor, atunci se formează o flacără strălucitoare între capetele cărbunilor și Capetele cărbunilor înșiși devin albe încinse, emițând o lumină orbitoare.

Cel mai simplu dispozitiv pentru producerea unui arc electric este format din doi electrozi, pentru care este mai bine să luați nu cărbune, ci tije special făcute obținute prin presarea unui amestec de grafit, funingine și lianți. O rețea de iluminat poate servi ca sursă de curent, în care este inclus un reostat pentru siguranță.

Forțând arcul să ardă la un curent constant într-un gaz comprimat (20 atm), a fost posibilă aducerea temperaturii capătului electrodului pozitiv la 5900°C, adică. la temperatura de suprafață a soarelui. O temperatură și mai mare este posedată de o coloană de gaze și vapori, care are o conductivitate electrică bună, prin care trece o sarcină electrică. Bombardamentul energetic al acestor gaze si vapori de catre electroni si ioni, actionat de campul electric al arcului, aduce temperatura gazelor din coloana la 6000-7000°C. O ionizare atât de puternică a gazului este posibilă numai datorită faptului că catodul arcului emite o mulțime de electroni, care ionizează gazul din spațiul de descărcare cu impacturile lor. Emisia puternică de electroni din catod este asigurată de faptul că arc catodul însuși este încălzit la un temperatura ridicata(de la 2200 la 3500°C). Când cărbunii sunt aduși în contact pentru a aprinde arcul, aproape toată căldura Joule a curentului care trece prin cărbuni este eliberată în punctul de contact, care avea o rezistență foarte mare. Prin urmare, capetele cărbunilor sunt foarte fierbinți, iar acest lucru este suficient pentru ca un arc să se declanșeze între ele atunci când sunt depărtați. În viitor, catodul arcului este menținut într-o stare încălzită de curentul însuși care trece prin arc. Rolul principal în aceasta este jucat de bombardarea catodului de către ionii pozitivi care cad pe acesta.

Fig12.9. Arc electric

Atunci când se operează instalații electrice de înaltă tensiune, în care apariția unui arc electric este inevitabilă, lupta împotriva arcului electric se realizează folosind bobine electromagnetice combinate cu jgheaburi de arc. Printre alte metode, se cunoaște utilizarea întrerupătoarelor cu vid și ulei, precum și metode de deviare a curentului către o sarcină temporară care întrerupe independent circuitul electric.

Arcul electric este utilizat în sudarea electrică a metalelor, pentru topirea oțelului (cuptor de oțel Arc) și în iluminat (în lămpi cu arc).

Sudarea cu arc.

Sudarea electrică este una dintre metodele de sudare care utilizează un arc electric pentru încălzirea și topirea metalului.

Temperatura arcului electric depășește punctele de topire ale tuturor metalelor existente. Sudarea electrică nu se modifică compoziție chimică material.

La electrod și piesa de prelucrat pentru a fi sudată pentru formarea și întreținerea unui arc electric din transformator de sudare se furnizează energie electrică. Sub acțiunea căldurii arcului electric, marginile pieselor de sudat și metalul electrodului sunt topite, formând un bazin de sudură, care se află în stare topită de ceva timp. În bazinul de sudură, metalul electrodului este amestecat cu metalul topit al produsului (metalul de bază), iar zgura topită plutește la suprafață, formând o peliculă protectoare. Când metalul se solidifică, îmbinare sudata. Energia necesară pentru formarea și menținerea unui arc electric este obținută din surse speciale de alimentare DC sau AC.

În procesul de sudare electrică, consumabile și electrozi neconsumabile. În primul caz, formarea sudură are loc în timpul topirii electrodului în sine, în al doilea caz - în timpul topirii sârmei de umplere (tije etc.), care este introdus direct în bazinul de sudură.

Pentru a proteja metalul sudat de oxidare, gaze protectoare(argon, heliu, dioxid de carbon și amestecurile acestora) furnizate de la capul de sudare în timpul procesului de sudare electrică.

Distingeți sudarea electrică curent alternativși sudare DC. La sudarea cu curent continuu, cusătura se obține cu mai puține stropi de metal, deoarece nu există trecere cu zero și inversare a polarității curentului.

Redresoarele sunt folosite la aparatele de sudura electrice cu curent continuu.

Topirea oțelului.

Cuptor din oțel cu arc - un cuptor electric care utilizează efectul termic al unui arc electric pentru a topi metale și alte materiale.

Topirea în EAF, după inspecția cuptorului și repararea zonelor afectate ale căptușelii (umplere), începe cu umplerea încărcăturii. În cuptoarele moderne, încărcarea este încărcată de sus folosind o găleată de încărcare (coș). Pentru a proteja focarul de impactul cu bucăți mari de încărcătură, resturi mici sunt încărcate pe fundul căzii. Pentru formarea timpurie a zgurii, se introduce var în umplutură în cantitate de 2-3% în greutate din sarcina metalică. După terminarea umplerii, electrozii sunt coborâți în cuptor, comutatorul de înaltă tensiune este pornit și începe perioada de topire. În această etapă, electrozii se pot rupe (dacă există o conductivitate slabă între electrod și sarcină, arcul electric dispare și electrodul se sprijină pe o bucată neconductivă a sarcinii). Puterea de ieșire este reglată prin modificarea poziției electrozilor (lungimea arcului electric) sau a tensiunii de pe electrozi. După o perioadă de topire în cuptor, se formează un strat de metal și zgură. Zgura este descărcată prin orificiul de zgură (fereastra de lucru), adăugând constant agenți de formare a zgurii, pe toată perioada de topire, pentru a elimina fosforul din topitură. Zgura este spumată cu materiale care conțin carbon pentru a închide arcurile, pentru o mai bună descărcare și pentru a reduce deșeurile metalice.

Eliberarea oțelului finit și a zgurii în oală de oțel se realizează printr-o ieșire din oțel și o jgheab prin înclinarea spațiului de lucru (sau, dacă cuptorul este echipat cu o ieșire inferioară în loc de un jgheab, atunci prin acesta). Fereastra de lucru, închisă de un amortizor, este concepută pentru a controla progresul topirii (măsurând temperatura metalului și prelevarea probelor compoziției chimice a metalului). De asemenea, fereastra de lucru poate fi folosită pentru a furniza materiale de formare și aliere a zgurii (în cuptoare mici). La cuptoarele moderne de rezistență grea, furnizarea de materiale care formează zgură în timpul topirii se realizează printr-o gaură specială din acoperiș printr-un transportor de alimentare. Materialele carbonice pentru spumarea zgurii sunt introduse în cuptor fie în porțiuni prin acoperiș, fie injectate de arzătoare cu injecție cu un jet de aer comprimat. Înainte și în timpul atingerii, în oală se adaugă agenți de aliere și dezoxidare, iar materialele care formează zgura sunt, de asemenea, adăugate atunci când zgura de cuptor este tăiată.

Orez. 12.10. Cuptor de oțel cu arc DC

Utilizarea energiei electrice (curent electric), capacitatea de a topi sarcina (deșeuri de metal) aproape oricărei compoziții, controlul precis al temperaturii metalului și al compoziției sale chimice au împins industria să folosească PAL în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru producția de oțel aliat, turnare de înaltă calitate și, ca urmare, piese de arme și muniție. Astăzi, cuptoarele cu arc de topire a oțelului produc diverse grade de oțel și fontă și pot fi, de asemenea, o sursă de materii prime (produse semifabricate) pentru mașinile automate și de turnare continuă.

Descărcarea arcului în iluminat.

Lampa cu arc este un termen general pentru o clasă de lămpi în care sursa de lumină este un arc electric. Arcul arde între doi electrozi metalici refractari, de obicei tungsten. Spațiul din jurul golului este de obicei umplut gaz inert(xenon, argon), vapori de metale sau sărurile acestora (mercur, sodiu etc.). În funcție de compoziția, temperatura și presiunea gazului în care are loc descărcarea, lampa poate emite lumină de un spectru diferit. Dacă în spectrul de radiații există multă lumină ultravioletă, dar este necesar să se obțină lumină vizibilă, se folosește un fosfor.

Fig.12.11. Lampă cu arc cu xenon

Într-o lampă cu arc, gazul dintre electrozi este ionizat sub influența temperaturii ridicate și a unui câmp electric, în urma căruia trece într-o stare de plasmă. Plasma conduce bine electricitatea. Lumina este emisă prin recombinarea electronilor.

Rezistența canalului de descărcare depinde de temperatură: cu cât este mai mare, cu atât conductivitatea este mai mare. Ca urmare, rezistența diferențială a lămpii în modul de funcționare este adesea negativă, astfel încât lămpile cu arc necesită o sursă cu rezistență internă ridicată pentru a le alimenta și, prin urmare, nu sunt potrivite pentru conectarea la rețelele electrice convenționale. Pentru a se potrivi cu rezistența lămpii și a rețelei, se folosește un balast. Cel mai adesea, atunci când lampa este alimentată cu curent alternativ, este o bobine care are o reactanță compatibilă cu parametrii lămpii.

Pentru ca arcul să se aprindă, trebuie să aibă loc o defecțiune electrică a gazului. Acest lucru necesită preîncălzire și o putere mare a câmpului electric. În acest scop, se folosesc diverse scheme: circuitul poate fi scurtcircuitat ocolind lampa (ca urmare a căreia se formează impulsul datorită auto-inducției clapetei de accelerație la deschidere), sau tensiunea înaltă este furnizată de la o unitate separată. aprindere cu impulsuri, pot fi utilizați electrozi de aprindere suplimentari sau electrozii de lucru pot fi abordați mecanic.

Culoarea luminii emise, precum și caracteristicile electrice ale lămpii, se modifică în timp și temperatură. Temperatura arcului din lampă poate ajunge la câteva mii de grade Celsius, becul de sticlă - până la 500 de grade.

Descărcări mocnite.

Descărcarea luminoasă este unul dintre tipurile de descărcare electrică staționară independentă în gaze. Se formează, de regulă, la presiune scăzută a gazului și curent scăzut. Cu o creștere a curentului de trecere, se transformă într-o descărcare de arc.

Spre deosebire de descărcările electrice nestaționare (puls) în gaze, principalele caracteristici ale unei descărcări strălucitoare rămân relativ stabile în timp.

Un exemplu tipic de descărcare strălucitoare, familiar pentru majoritatea oamenilor, este strălucirea unei lămpi cu neon.

Vom conecta electrozii la o sursă de curent continuu cu o tensiune de câteva mii de volți (o mașină electrică este potrivită) și vom pompa treptat aer din tub. La presiunea atmosferică, gazul din interiorul tubului rămâne întunecat, deoarece tensiunea aplicată de câteva mii de volți nu este suficientă pentru a sparge un spațiu lung de gaz. Cu toate acestea, atunci când presiunea gazului scade suficient, o descărcare luminoasă clipește în tub. Are forma unui cordon subțire (puriu în aer, alte culori în alte gaze) care leagă ambii electrozi. În această stare, coloana de gaz conduce bine electricitatea.

Odată cu pomparea suplimentară, cordonul luminos se estompează și se extinde, iar strălucirea umple aproape întreg tubul. La o presiune a gazului de câteva zecimi de milimetru de mercur, descărcarea umple aproape întreg volumul tubului. Se disting următoarele două părți principale ale descărcării: 1) partea neluminoasă adiacentă catodului, numită spațiu catodic întunecat; 2) o coloană luminoasă de gaz care umple restul tubului, până la anodul propriu-zis. Această parte a descărcării se numește coloană pozitivă. Cu presiunea potrivită, coloana pozitivă se poate rupe în straturi separate separate de goluri întunecate, așa-numitele strate.

Forma descrisă de descărcare se numește descărcare strălucitoare. Aproape toată lumina provine din pilonul său pozitiv. Culoarea strălucirii depinde de tipul de gaz. Într-o descărcare strălucitoare, gazul conduce bine electricitatea, ceea ce înseamnă că ionizarea puternică este menținută în gaz tot timpul. Cauzele ionizării gazului într-o descărcare luminoasă sunt emisia de electroni din catod sub acțiunea temperaturilor ridicate sau a unui câmp electric puternic, ionizarea ulterioară a moleculelor de gaz prin impactul electronilor de către electroni liberi rupți din catod și zburând spre anod, precum și ca emisie secundară de electroni din catod cauzată de catodul de bombardament cu ioni de gaz încărcați pozitiv.

În prezent, tuburile cu descărcare luminoasă își găsesc aplicații practice ca sursă de lumină - lămpile cu descărcare în gaz. În scopuri de iluminat, se folosesc adesea lămpi fluorescente, în care descărcarea are loc în vapori de mercur, iar radiația ultravioletă dăunătoare vederii este absorbită de un strat de substanță fluorescentă - un fosfor care acoperă pereții lămpii din interior. Fosforul începe să strălucească cu lumină vizibilă, rezultând o lumină care este apropiată ca caracteristici de lumina zilei (lămpi fluorescente). Astfel de lămpi oferă iluminare aproape de „naturală” (dar nu întregul spectru, cum ar fi lămpile cu incandescență). Spectrul luminii emise de lămpile fluorescente este discret - componente roșii, verzi și albastre într-o anumită proporție, plus vârfuri spectrale minore ale altor culori de la impuritățile fosforului. Energia luminii este distribuită pe aceste benzi înguste ale spectrului, astfel încât aceste lămpi sunt mult (de 3-4 ori) mai economice decât lămpile cu incandescență (în acestea din urmă, până la 95% din energie este ocupată de regiunea infraroșu a spectrului). , invizibil pentru ochiul uman).

Lămpile fluorescente în viața de zi cu zi înlocuiesc lămpile cu incandescență, iar în spațiul de producție și birouri le-au înlocuit aproape complet. Cu toate acestea, lămpile fluorescente nu sunt lipsite de dezavantaje. Deci, de exemplu, în producție, utilizarea lămpilor fluorescente este asociată cu un efect stroboscopic dăunător, care constă în faptul că pâlpâirea lampă fluorescentă cu frecvența tensiunii de alimentare poate coincide cu frecvența de rotație a mecanismului de procesare, în timp ce mecanismul în sine în lumina unei astfel de lămpi pentru o persoană va părea nemișcat, „off”, ceea ce poate duce la răni. Prin urmare, iluminarea suplimentară a zonei de operare este utilizată cu o lampă incandescentă simplă, lipsită de un astfel de dezavantaj din cauza inerției fluxului de lumină a filamentului incandescent.

Fig.12.12. Descărcare strălucitoare în neon

Lămpile cu descărcare sunt folosite și în scopuri decorative. În aceste cazuri, li se dau contururile de litere, diferite figuri etc. și sunt umplute cu un gaz cu o culoare strălucitoare frumoasă (neon, care dă o strălucire roșie-portocalie, sau argon cu o strălucire verde-albăstruie).

Aplicație critică descărcarea strălucitoare a fost obținută în surse de lumină cuantică relativ recent create - lasere cu gaz.

Descărcare prin scânteie.

Descărcarea prin scânteie (scânteie electrică) este o formă nestaționară de descărcare electrică care apare în gaze. O astfel de descărcare are loc, de obicei, la presiuni de ordinul atmosferei și este însoțită de un efect sonor caracteristic - „crapătura” unei scântei. Temperatura din canalul principal de descărcare a scânteilor poate ajunge la 10.000 K. În natură, descărcările de scântei apar adesea sub formă de fulger.

O descărcare de scânteie este un fascicul de benzi strălucitoare, care dispar rapid sau care se înlocuiesc unele cu altele filamentoase, adesea foarte ramificate - canale de scântei. Aceste canale sunt umplute cu plasmă, care într-o descărcare puternică de scânteie include nu numai ioni ai gazului inițial, ci și ioni ai substanței electrodului, care se evaporă intens sub acțiunea descărcării. Mecanismul formării canalelor de scânteie (și, în consecință, apariția unei descărcări de scânteie) este explicat de teoria streamer a defalcării electrice a gazelor. Conform acestei teorii, din avalanșele de electroni care apar în câmpul electric al golului de descărcare, la anumite condiții se formează streamers - canale ramificate subțiri, slab strălucitoare, care conțin atomi de gaz ionizat și electroni liberi despărțiți de ei. Printre acestea, se poate evidenția așa-numitele. lider - o descărcare slab luminoasă, „prevăzând” calea pentru descărcarea principală. Acesta, deplasându-se de la un electrod la altul, acoperă golul de descărcare și conectează electrozii cu un canal conductiv continuu. Apoi, în direcția opusă de-a lungul căii așezate, descărcarea principală trece, însoțită de o creștere bruscă a puterii curentului și a cantității de energie eliberată în acestea. Fiecare canal se extinde rapid, rezultând o undă de șoc la granițele sale. Combinația undelor de șoc de la canalele de scânteie în expansiune generează un sunet care este perceput ca un „cras” al unei scântei (în cazul fulgerului - tunet).

Fig.12.13. descărcare de scânteie

Un tip special de descărcare de scânteie este o descărcare de scânteie care are loc de-a lungul interfeței dintre un gaz și un dielectric solid plasat între electrozi, cu condiția ca intensitatea câmpului să depășească puterea de defalcare a aerului. Zonele unei descărcări de scântei glisante, în care predomină sarcini de un semn, induc sarcini cu un semn diferit pe suprafața dielectricului, ca urmare a cărora canalele de scânteie se strecoară de-a lungul suprafeței dielectricului, formând așa-numitele figuri Lichtenberg . Procesele similare cu cele care au loc în timpul unei descărcări prin scânteie sunt, de asemenea, caracteristice unei descărcări cu perie, care este o etapă de tranziție între o descărcare corona și scânteie.

Descărcarea de scânteie și-a găsit diverse aplicații în inginerie. Cu ajutorul lui se inițiază explozii și procese de ardere, se măsoară tensiuni înalte; este utilizat în analiza spectroscopică, în întrerupătoarele de circuite electrice, pentru prelucrarea metalelor de înaltă precizie.

Descărcarea corona.

Descărcarea corona este forma caracteristica descărcare independentă de gaze care apar în câmpuri puternic neomogene. Principala caracteristică a acestei descărcări este că procesele de ionizare de către electroni nu au loc pe toată lungimea spațiului, ci doar într-o mică parte a acestuia lângă electrod cu o rază mică de curbură (așa-numitul electrod corona). Această zonă se caracterizează prin intensități de câmp semnificativ mai mari în comparație cu valorile medii pentru întregul decalaj.

Apare atunci când este relativ presiuni mari(de ordinul atmosferei) într-un câmp electric puternic neomogen. Câmpuri similare se formează la electrozii cu o curbură foarte mare a suprafeței (puncte, fire subțiri). Când intensitatea câmpului atinge valoarea limită pentru aer (aproximativ 30 kV / cm), în jurul electrodului apare o strălucire, care are forma unei cochilii sau a unei coroane (de unde și numele).

Pe liniile electrice, apariția unei descărcări corona este nedorită, deoarece provoacă pierderi semnificative în energia transmisă. Pentru a reduce curbura relativă a electrozilor, se folosesc linii cu mai multe fire (3, 5 sau mai multe fire dispuse într-un anumit mod).

În condiții naturale, o descărcare corona poate apărea pe vârfurile copacilor, catarge - așa-numitele. focul Sfântului Elm.

Focurile Sf. Elm sau Focurile Sf. Elm (ing. Focul Sfântului Elmo, Lumina Sfântului Elmo) - o descărcare sub formă de fascicule luminoase sau ciucuri (sau o descărcare de coroană) care are loc la nivelul ascuțit. capete ale obiectelor înalte (turnuri, catarge, copaci singuri în picioare, vârfuri ascuțite de roci etc.) la o putere mare a câmpului electric în atmosferă. Ele se formează în momente în care intensitatea câmpului electric din atmosfera din apropierea vârfului atinge o valoare de aproximativ 500 V/m și mai mare, ceea ce se întâmplă cel mai adesea în timpul unei furtuni sau când aceasta se apropie și iarna în timpul furtunilor de zăpadă. Prin natura fizică, ele sunt o formă specială de descărcare corona. Fenomenul a fost numit după Sfântul Elmo (Erasmus), sfântul patron al marinarilor din religia catolică.

Pentru marinari, aspectul lor promitea speranță de succes, iar în vremuri de pericol - pentru mântuire.

În prezent, s-au dezvoltat metode care fac posibilă obținerea artificială a unei astfel de deversări.

Orez. 12.14 Descărcare corona pe înfășurarea bobinei de înaltă tensiune

Descărcarea Corona este utilizată pentru curățarea gazelor de praf și contaminanți aferenti (filtru electrostatic). Un vas plin cu fum devine brusc complet transparent dacă în el se introduc electrozi metalici ascuțiți conectați la o mașină electrică și toate particulele solide și lichide vor fi depuse pe electrozi. Explicația experimentului este următoarea: de îndată ce corona este aprinsă, aerul din interiorul tubului este puternic ionizat. Ionii de gaz se lipesc de particulele de praf și le încarcă. Deoarece în interiorul tubului acționează un câmp electric puternic, particulele de praf încărcate se deplasează sub influența câmpului către electrozi, unde se depun.

Descărcarea corona este utilizată și în contoarele de particule elementare. Contorul de particule elementare Geiger-Muller constă dintr-un mic cilindru metalic echipat cu o fereastră acoperită cu folie și un fir metalic subțire întins de-a lungul axei cilindrului și izolat de acesta. Contorul este conectat la un circuit care conține o sursă de curent, a cărei tensiune este egală cu câteva mii de volți. Tensiunea este aleasă necesară pentru apariția unei descărcări corona în interiorul contorului.

Când un electron în mișcare rapidă intră în contor, acesta din urmă ionizează moleculele de gaz din interiorul contorului, determinând o oarecare scădere a tensiunii necesare pentru a aprinde coroana. În contor are loc o descărcare, iar în circuit apare un curent slab de scurtă durată. Pentru a-l detecta, în circuit este introdusă o rezistență foarte mare (câțiva megaohmi) și este conectat în paralel un electrometru sensibil. De fiecare dată când un electron rapid lovește interiorul contorului, foile electrometrului se vor înclina.

Astfel de contoare fac posibilă înregistrarea nu numai a electronilor rapizi, ci, în general, a oricăror particule încărcate, care se mișcă rapid, capabile să producă ionizare prin ciocniri. Contoarele moderne pot detecta cu ușurință chiar și o singură particulă care le lovește și, prin urmare, fac posibilă verificarea cu deplină certitudine și foarte mare claritate că particulele încărcate elementare există cu adevărat în natură.

Descărcarea Corona este utilizată în copiatoare (copiatoare) și imprimante laser pentru a încărca tamburul fotosensibil, pentru a transfera pulberea din cilindru pe hârtie și pentru a elimina încărcătura reziduală din cilindru.

Descărcarea corona este utilizată pentru a determina presiunea din interiorul unei lămpi cu incandescență. Mărimea debitului depinde de vârf și de presiunea gazului din jurul acestuia. Vârful tuturor lămpilor de același tip este un filament. Aceasta înseamnă că descărcarea corona va depinde doar de presiune. Aceasta înseamnă că presiunea gazului din lampă poate fi judecată după mărimea descărcării corona.

Teste pentru cursul numărul 12.

Testul 12.1. În condiții normale, gazele sunt...

£ feromagneti

£ dielectrice

£ paramagneti

£ semiconductori

Testul 12.2. Sub influența a ce factori fizici pot gazele să conducă electricitatea?

£ încălzire

£ expunerea la radiații

£ răcire

£ prezenţa unui câmp magnetic

£ prezenţa unui câmp electric

£ prezenţa conductoarelor cu curent în apropiere

£ prezenţa unui circuit conductor închis

Testul 12.3. Tipuri de evacuări în gaze:

£independent si dependent

£ constante și variabile

£ pozitive și negative

£ directe și indirecte

Testul 12.4. Principalele zone pentru curgerea și susținerea unei descărcări strălucitoare sunt următoarele zone

£ Aston Dark Space

£ film catodic

£ catod spatiu intunecat

£ strălucire mocnitoare

£ Faraday spațiu întunecat

£ post pozitiv

Testul 12.5. Tipuri de evacuări:

£ mocnind

£ arc

£ rapid

£ scânteie

£ sparte

£ coroană

£ amortizate

£ variabilă

Conceptul de plasmă. Raze catodice și canal. Emisia termoionică. Lămpi electronice și aplicarea acestora.

13.1. Conceptul de plasmă. Raze catodice și canal

13.2. Emisia termoionică

13.3. Lămpi electronice și aplicarea acestora

Conceptul de plasmă

O astfel de stare a materiei, în care substanța este ionizată complet sau parțial, dar numărul de ioni pozitivi și negativi pe unitate de volum este același, adică sarcina totală pe unitate de volum este zero, se numește plasmă.

Cvasi-neutralitatea este principala proprietate a plasmei.

Există mai multe tipuri de plasmă.

1. Plasmă la temperatură joasă. Se caracterizează prin faptul că nu există o ionizare completă, energiile particulelor care o formează sunt relativ scăzute.

2. Plasma la temperatura medie . Substanța este într-o stare complet ionizată.

3. Plasmă la temperatură ridicată. Lucrurile din care sunt făcute vedetele. În condiții terestre, plasmă la temperatură înaltă poate fi obținută într-o explozie termonucleară.

Alături de temperatură, principalele caracteristici sunt concentrația particulelor de plasmă n și durata de viață a plasmei.

Principala problemă cu obținerea plasmei este creșterea duratei acesteia. Pentru aceasta se folosesc capcane magnetice.

Ramura fizicii care se ocupă cu studiul plasmei în campuri magnetice numită magnetohidrodinamică (MHD). Există două tipuri de capcane magnetice:

· Stellarator. Are forma unei stele. Dezvoltat și utilizat în străinătate (CERN).

· Tokamak. Are forma unui tor. Dezvoltat și utilizat în țara noastră (FIAN).

Dacă presiunea din tubul de descărcare luminoasă este scăzută treptat (Fig. 12.2), partea catodică a descărcării se răspândește pe o parte din ce în ce mai mare a spațiului interelectrod, iar în cele din urmă spațiul întunecat catodic se extinde pe aproape întregul vas. În acest caz, strălucirea gazului încetează să fie vizibilă, dar pereții tubului încep să strălucească cu o strălucire verzuie. Majoritatea electronilor scoși din catod și accelerați de scăderea potențialului catodului ajung în pereții tubului fără a intra în ciocniri cu moleculele de gaz și, lovindu-le, provoacă o strălucire. Din motive istorice, fluxul de electroni emis de catodul unui tub cu descărcare în gaz la presiuni foarte scăzute se numește raze catodice. Se numește strălucirea cauzată de bombardamentul cu electroni rapizi catodoluminiscenţă.

Dacă se realizează un canal îngust în catodul unui tub cu descărcare în gaz, unii dintre ionii pozitivi pătrund în spațiul din spatele catodului și formează un fascicul de ioni puternic limitat, numit canal(sau pozitiv) razele. În acest fel au fost obținute pentru prima dată fasciculele de ioni pozitivi.

Aplicații cu plasmă

1. Plasmă la temperatură joasă - descărcări gazoase, arc electric. Există o zonă a tehnologiei chimice - chimia plasmei, care utilizează posibilitatea ca anumite reacții chimice să apară într-un jet de plasmă la temperatură joasă, iar aceste reacții nu pot fi efectuate în alte condiții. Iată exemple de aceste reacții:

Piroliza chimică plasmatică a hidrocarburilor. Metanul este injectat în jetul de plasmă de hidrogen, care, sub acțiunea temperaturii înalte, se descompune în etilenă, acetilenă și alte hidrocarburi nesaturate. Pentru a opri reacția, apa este introdusă tangențial în pistolul cu plasmă, în urma căreia temperatura scade brusc. Această metodă se numește întărire. Un amestec de etilenă și acetilenă (gaz de sinteză) este o materie primă pentru producerea multor substanțe importante.

Obținerea oxizilor de azot din aer. Într-un jet de plasmă, oxigenul și azotul din aer se descompun într-o stare atomică și apoi formează compuși NO, NO 2, care sunt materia primă pentru producerea acidului azotic.

2. Plasma de înaltă temperatură este necesară pentru a rezolva o problemă mai globală: crearea fuziunii termonucleare controlate pentru a rezolva criza energetică.

3. Mișcare ionică - pentru a crea motoare ionice care sunt utilizate pentru a ajusta parametrii orbitelor sateliților artificiali Pământeni.

4. MHD - un generator care vă permite să creați o mișcare ordonată a particulelor încărcate, de ex. fiind o sursă de curent electric.

Emisia termoionică

Un curent electric în vid poate apărea dacă particulele încărcate sunt introduse în el prin intermediul emisiei (emisiei).

Există mai multe tipuri de emisii:

1. Emisia autoelectronică - scoaterea electronilor de pe suprafața unei substanțe sub influența unui câmp electric.

2. Emisia fotoelectronica (efect fotoelectric) - scoaterea electronilor de la suprafata sub influenta radiatiei.

3. Emisia termoionică - ejecția electronilor de la suprafață sub acțiunea căldurii (la încălzire).

Având în vedere un cilindru de sticlă din care este pompat gaz

Când este încălzită, energia medie a electronilor crește și atinge o valoare la care electronii părăsesc suprafața metalelor, în timp ce un nor de electroni este creat lângă suprafața metalelor.

Echilibrul se stabilește între electronii care părăsesc suprafața metalică și electronii care revin.

Când se aplică tensiune (mai mult, electrodul, lângă care se formează norul de electroni, este catodul), are loc o mișcare direcționată a particulelor de la catod la anod, numită curent anodic. Dacă schimbați polii electrozilor, atunci nu va exista curent, deoarece electronii liberi vor fi atrași înapoi și nu vor veni alții noi.

Valoarea densității curentului de saturație este determinată de formula Deshman:

unde este o anumită constantă, T este temperatura catodului, А out este funcția de lucru a unui electron din metal, k este constanta Boltzmann.

Experiența 13.1. Emisia termoionică.

Obiectiv:

Pentru a studia formarea emisiei termoionice.

Echipament:

2. Electrometru

Progres.

1. Aplicam lampii o tensiune de 60V. Filamentul devine fierbinte.

2. Încărcăm electrometrul negativ și îl conectăm la capac. Potențialele lor sunt egalizate. Unghiul de deviere al acului electrometrului scade, dar nu ajunge la zero.

3. Repetăm ​​experimentul, încărcând electrometrul pozitiv. Când este conectat la capac, încărcarea este complet neutralizată.

Concluzie:

Rezultatul experimentului poate fi explicat după cum urmează. Capacul se află în câmpul electric al unui nor de termoelectroni. Datorită inducției electrostatice, are loc separarea sarcinii. Va exista o sarcină pozitivă pe interiorul capacului și o sarcină negativă pe exterior.

descărcare corona- este un fenomen asociat cu ionizarea aerului într-un câmp electric de intensitate mare (strălucire a gazelor într-un câmp electric neomogen de intensitate mare).

Zonele cu intensitate mare se formează adesea din cauza neomogenității câmpului electric care apare:

1) Atunci când alegeți parametrii greșiți în timpul procesului de proiectare;

2) Ca urmare a poluării apărute în timpul lucrului;

3) Ca urmare a deteriorării mecanice și a uzurii echipamentului.

Câmpuri similare se formează la electrozii cu o curbură foarte mare a suprafeței (puncte, fire subțiri). Când intensitatea câmpului atinge valoarea limită pentru aer (aproximativ 30 kV / cm), în jurul electrodului apare o strălucire, care are forma unei cochilii sau a unei coroane (de unde și numele). Descărcarea Corona este utilizată pentru curățarea gazelor de praf și alți contaminanți (precipitator electrostatic), pentru a diagnostica starea structurilor (vă permite să detectați fisuri în produse). Pe liniile electrice, apariția unei descărcări corona este nedorită, deoarece provoacă pierderi semnificative în energia transmisă. Pentru a reduce curbura relativă a electrozilor, se folosesc linii cu mai multe fire (3, 5 sau mai multe fire într-un anumit fel).

Tipuri de coroane și identificarea lor

Coroană negativă „ca flacără”. Acest tip de coroană apare de obicei pe un conductor încărcat negativ, cum ar fi în timpul semi-undă negativă a tensiunii de rețea. Acest tip de coroană arată ca o flacără, a cărei formă, direcție și dimensiune se schimbă constant. Această coroană este foarte sensibilă la modificările parametrilor de mediu. Apariția acestuia duce, de asemenea, la apariția unui semnal audio de aproximativ dublu față de frecvența industrială (de exemplu, 100 Hz) sau un multiplu al acesteia.

avarii

Defecțiunile se formează, de obicei, între două plăci metalice izolate, dar strâns distanțate. Curentul de scurgere de-a lungul suportului induce anumite niveluri de tensiune între plăci și astfel o descărcare între ele. Aceste descărcări sunt de obicei dificil de localizat, deoarece nu există o conexiune directă la linia de înaltă tensiune. Într-o cameră CoroCAM, aceste spații de scânteie vor apărea ca obiecte mici, permanente și foarte luminoase. Sunetul produs de aceste descărcări are o înălțime mai mare decât coroanele negative și pare să nu aibă legătură cu frecvența puterii. Eclatoarele de scânteie cauzează, de obicei, interferențe radio și televiziune mari (de exemplu RI ridicat - interferență radio).

Coroană strălucitoare pozitivă

Pe un conductor încărcat pozitiv se formează o descărcare de coroană strălucitoare pozitivă (de exemplu, în timpul unei semi-unde pozitive a tensiunii de rețea). Se găsește de obicei în locuri cu colțuri ascuțite. Acest tip de coroană este de dimensiuni mici și arată ca o strălucire în jurul unui anumit loc. Aceasta este o sursă corona relativ slabă și produce un semnal audio foarte mic.

Cât de gravă este corona/descărcarea în ceea ce privește tensiunea de interferență radio (RIV)?

Remarci generale:

Toate eclatoarele provoacă interferențe radio grave.

Dacă corona este complet vizibilă cu ochiul liber (noaptea), atunci va provoca interferențe radio grave. (Folosiți camera CoroCAM pentru a localiza rapid toate sursele de corona și apoi încercați să le vedeți cu ochiul liber.)

Corona strălucitoare pozitivă nu provoacă interferențe radio grave.

Aplicarea descărcării corona

Curățarea electrică a gazelor (precipitatoare electrostatice).

Un vas plin cu fum devine brusc complet transparent dacă în el se introduc electrozi metalici ascuțiți conectați la o mașină electrică și toate particulele solide și lichide vor fi depuse pe electrozi. Explicația experienței este următoarea: de îndată ce corona este aprinsă, aerul din interiorul tubului este puternic ionizat. Ionii de gaz se lipesc de particulele de praf și le încarcă. Deoarece în interiorul tubului acționează un câmp electric puternic, particulele de praf încărcate se deplasează sub acțiunea câmpului către electrozi, unde se depun.

Contoare de particule elementare.

Contorul de particule elementare Geiger-Muller constă dintr-un mic cilindru metalic echipat cu o fereastră acoperită cu folie și un fir metalic subțire întins de-a lungul axei cilindrului și izolat de acesta. Contorul este conectat la un circuit care conține o sursă de curent, a cărei tensiune este egală cu câteva mii de volți. Tensiunea este aleasă necesară pentru apariția unei descărcări corona în interiorul contorului.

Când un electron care se mișcă rapid intră în contor, acesta din urmă ionizează moleculele de gaz din interiorul contorului, determinând o oarecare scădere a tensiunii necesare pentru a aprinde coroana. În contor are loc o descărcare, iar în circuit apare un curent slab de scurtă durată. Pentru a-l detecta, în circuit este introdusă o rezistență foarte mare (câțiva megaohmi) și este conectat în paralel un electrometru sensibil. De fiecare dată când un electron rapid lovește interiorul contorului, foile electrometrului se vor înclina.

Astfel de contoare fac posibilă înregistrarea nu numai a electronilor rapizi, ci, în general, a oricăror particule încărcate, care se mișcă rapid, capabile să producă ionizare prin ciocniri. Contoarele moderne pot detecta cu ușurință chiar și o singură particulă care le lovește și, prin urmare, fac posibilă verificarea cu deplină certitudine și foarte mare claritate că particulele încărcate elementare există cu adevărat în natură.

paratrăsnet

Se estimează că aproximativ 1800 de furtuni au loc simultan în atmosfera întregului glob, care dau o medie de aproximativ 100 de fulgere pe secundă. Și, deși probabilitatea de a fi lovit de fulger a oricărei persoane este neglijabilă, totuși, fulgerul provoacă mult rău. Este suficient să subliniem că, în prezent, aproximativ jumătate din toate accidentele din liniile electrice mari sunt cauzate de fulgere. Prin urmare, protecția împotriva trăsnetului este o sarcină importantă.

Lomonosov și Franklin nu numai că au explicat natura electrică a fulgerului, dar au subliniat și cum să construim un paratrăsnet care să protejeze împotriva unui fulger. Paratrăsnetul este un fir lung, al cărui capăt superior este ascuțit și întărit deasupra celui mai înalt punct al clădirii protejate. Capătul inferior al firului este conectat la o foaie de metal, iar foaia este îngropată în pământ la nivelul apei din sol. În timpul unei furtuni, pe Pământ apar sarcini induse mari și un câmp electric mare apare lângă suprafața Pământului. Intensitatea sa este foarte mare în apropierea conductoarelor ascuțite și, prin urmare, o descărcare corona este aprinsă la capătul paratrăsnetului. Ca urmare, sarcinile induse nu se pot acumula pe clădire și nu apar fulgere. În acele cazuri în care fulgerul încă mai apare (și astfel de cazuri sunt foarte rare), acesta lovește paratrăsnetul și încărcăturile ajung pe Pământ fără a dăuna clădirii.

În unele cazuri, descărcarea corona de la paratrăsnet este atât de puternică încât la vârf apare o strălucire clar vizibilă. O astfel de strălucire apare uneori lângă alte obiecte ascuțite, de exemplu, la capetele catargelor navei, vârfurile ascuțite ale copacilor etc. Acest fenomen a fost observat cu câteva secole în urmă și a provocat groaza superstițioasă a navigatorilor care nu i-au înțeles adevărata esență.

Sub influența unei descărcări corona

Precipitatoarele electrostatice sunt cele mai eficiente dispozitive de curățare a gazelor, deoarece. costurile de operare pentru întreținerea acestora, în comparație cu alte colectoare de praf și cenușă, sunt mult mai mici. În același timp, precipitatoarele electrostatice îndeplinesc cel mai pe deplin cerințele unui dispozitiv absolut de colectare a prafului.

Instalația pentru curățarea electrică a gazelor include un precipitator electrostatic și o unitate de alimentare. Gazul de purificat intră în precipitatorul electrostatic, ai cărui electrozi sunt alimentați cu o tensiune înaltă, între electrozi are loc o descărcare corona, în urma căreia spațiul interelectrod este umplut cu ioni de gaz încărcați negativ, care, sub influența a unui câmp electric se trece de la electrozii corona la cei de precipitare.

Electrozii de colectare sunt împărțiți în plăci, tubulari, în formă de cutie, tijă, buzunar, canelat, în formă de C, în formă de lalea etc.

Conform metodei de îndepărtare a prafului, precipitatoarele electrostatice sunt împărțite în umede și uscate. La precipitatoarele electrostatice uscate, scuturarea electrozilor se realizează prin metode de șoc-ciocan, șoc-impuls, vibrații etc. La precipitatoarele electrostatice umede se efectuează spălarea periodică sau continuă a electrozilor. În direcția de mișcare a gazului purificat, precipitatoarele electrostatice sunt împărțite în verticale și orizontale. În plus, precipitatoarele electrostatice sunt cu o singură zonă, în care încărcarea și depunerea particulelor se efectuează într-o singură zonă și cu două zone, în care încărcarea și depunerea sunt efectuate în zone diferite: ionizatorul și precipitatorul.

Precipitator electrostatic tubular Sturtevant

Conform principiului creării unei descărcări corona, precipitatoarele electrostatice vin cu puncte fixe ale unei descărcări corona și o descărcare corona nefixă.

În funcție de tipul de sisteme cu electrozi corona, precipitatoarele electrostatice pot fi împărțite în două grupe principale: cu electrozi corona cu cadru și cu electrozi corona suspendați liber. Scuturarea electrozilor de precipitare si corona se realizeaza cu ajutorul impactului, scuturarii soc-ciocan, sistem soc-impuls, mecanisme de vibratie, spalare periodica si continua.

Fizica unei descărcări corona este analizată în detaliu în cartea lui N.A. Kaptsov „Descărcarea corona și aplicarea ei în precipitatoarele electrostatice”, publicată în 1947. Fenomenul unei descărcări electrice în gaze este explicat prin mai multe teorii ale descărcării. Baza primei teorii - teoria avalanșelor - a fost pusă de Townsend în 1900. Treizeci de ani mai târziu, a fost dezvoltată în continuare în lucrările lui Rogovsky și, după cum scrie N.A. Kaptsov, „și a servit până acum ca bază pentru explicarea. fenomenele unei descărcări corona." A doua teorie - teoria plasmei cu descărcare de gaz - a fost dezvoltată încă din 1924 de Lengryum și școala sa, dar, potrivit lui N.A. Kaptsov, nu are nicio legătură directă cu explicația fizicii unei descărcări corona. Cea de-a treia teorie - teoria plasmei izoterme - a fost dezvoltată în anii de dinainte de război de către Elenbas și alți fizicieni olandezi.

Precipitator electrostatic RION-S

A patra teorie, teoria streamerului, apare în lucrarea lui Loeb și a fost inspirată de „numerele încercări de a explica fenomenele observate în stadiile incipiente ale fulgerelor și scânteilor în general”.

În același 1947, a fost publicată o altă carte a lui N.A. Kaptsov - „Fenomenele electrice în gaze și vid”, în care a explicat natura descărcării coroanei în acest fel:

„O descărcare corona are loc la presiuni relativ mari în toate cazurile în care câmpul din spațiul de descărcare este foarte neuniform din cauza razei mici de curbură a suprafeței unuia sau ambilor electrozi. Într-o descărcare corona, are loc o defalcare incompletă a golului de descărcare de gaz, care se termină cu o defecțiune ulterioară a scânteii.

Rezumate similare:

Eseu de fizică pe tema: „Curentul electric în gaze”. Curentul electric în gaze. Descărcări electrice în gaze. Toate gazele în starea lor naturală nu conduc electricitatea. Acest lucru se poate observa din următoarea experiență:

Unul dintre cele mai importante dispozitive pentru numărarea automată a particulelor elementare este contorul Geiger, bazat pe principiul ionizării prin impact. Condensarea aburului suprasaturat pentru a forma picături de apă într-o cameră cu nori. Metoda emulsiilor fotografice în strat gros.

Proprietăți fiziceși procesul de formare a fulgerelor. Etapele procesului de dezvoltare a fulgerelor terestre și intranori. Interacțiunea fulgerului cu suprafața pământului și obiectele situate pe acesta. Consecințele de a fi lovit de fulger. Fapte interesante despre fulgere.

Descărcare corona, corona electrică, un fel de descărcare strălucitoare; apare cu o neomogenitate pronunțată a câmpului electric lângă unul sau ambii electrozi. Câmpuri similare se formează la electrozii cu o curbură foarte mare a suprafeței.

Principiul de funcționare și scopul contorului Geiger-Muller, decodificarea schemei sale de circuit și funcțiile îndeplinite. Metode de verificare a contorului, cerințe de calitate. Soiuri de contoare și procedura pentru autoproducția lor acasă.

Există o altă formă de descărcare auto-susținută în gaze, așa-numita descărcare strălucitoare. Pentru a obține acest tip de descărcare, este convenabil să folosiți un tub de sticlă lung de aproximativ jumătate de metru, care conține două electrod metalic(Fig. 1).

Calculul electronilor într-o avalanșă care se dezvoltă în aer în diferite condiții atmosferice. Conceptul de coroană ca tip de descărcare. Construirea curbelor distribuției relative de tensiune a transformatorului. Numărul anual de întreruperi de trăsnet pe teritoriul Moldovei.

Conductivitate independentă și neauto-susținută a gazelor. În starea lor naturală, gazele nu conduc electricitatea, adică. sunt dielectrici. Acest lucru poate fi verificat cu ușurință cu un curent simplu, dacă circuitul este întrerupt de un spațiu de aer.

OLNYA. Fulgerul este de mare interes nu numai ca fenomen deosebit al naturii. Face posibilă observarea descărcare electricăîn mediu gazos la o tensiune de câteva sute de milioane de volți și o distanță între electrozi de câțiva kilometri.

Conceptul și scopul unui laser CO2, este specificațiiși componente, principiul de funcționare și funcțiile îndeplinite. Procedura de calcul a principalelor indicatori ai laserului CO2. Metode de organizare a unei descărcări de curent continuu neauto-susținut, calculând randamentul acesteia.

În funcție de presiunea gazului, de tensiunea aplicată electrozilor, de forma și natura locației electrozilor, se disting următoarele tipuri de descărcare independentă: strălucire, coroană, arc și scânteie.

descărcare strălucitoare observată la presiuni scăzute ale gazului (aproximativ 0,1 mm Hg). Dacă electrozii lipiți într-un tub de sticlă se aplică o tensiune constantă de câteva sute de volți și apoi aerul este pompat treptat din tub, se observă următorul fenomen: când presiunea gazului scade, la un moment dat apare o descărcare în tub. tub, care arată ca un cordon luminos care leagă tuburile anod și catodic (Fig. 1). Odată cu o scădere suplimentară a presiunii, acest filament se extinde și umple întreaga secțiune transversală a tubului, iar strălucirea din apropierea catodului slăbește. În apropierea catodului, se formează primul spațiu întunecat 1, căruia îi este adiacent stratul de ioni strălucitor 2 (strălucire strălucitoare), care are o limită ascuțită pe partea catodului și dispare treptat pe partea anodului. În spatele strălucirii mocnite, există din nou un gol întunecat 3, numit Faraday sau al doilea spațiu întunecat. În spatele acestuia se află o zonă luminoasă 4 care se extinde până la anod sau o coloană pozitivă.

De o importanță deosebită într-o descărcare strălucitoare sunt doar două dintre părțile sale - spațiul întunecat catodic și strălucirea strălucitoare, în care au loc principalele procese care mențin descărcarea. Electronii care ionizează gazul sunt produși prin fotoemisia de la catod și ciocnirile ionilor pozitivi cu catodul tubului.

În prezent, descărcarea strălucitoare este utilizată pe scară largă ca sursă de lumină în diverse tuburi de gaz.În sursele de lumină de zi, descărcarea are loc de obicei în vapori de mercur. Conductele de gaz sunt, de asemenea, folosite în scopuri publicitare și decorative.

O descărcare strălucitoare este utilizată pentru pulverizarea catodică a metalelor, deoarece substanța catodică din descărcarea strălucitoare trece treptat într-o stare gazoasă și se depune sub formă de praf metalic pe pereții tubului. Prin plasarea diferitelor obiecte într-o descărcare strălucitoare, acestea le acoperă cu straturi de metal uniforme și durabile. Această metodă este utilizată pentru fabricarea oglinzilor metalice de înaltă calitate.

descărcare de scânteie, des observat în natură, este fulgerul. Fulgerul este o descărcare între doi nori încărcați sau între un nor și pământ. Purtătorii de încărcare din nori sunt picături de apă încărcate sau fulgi de zăpadă.

În condiții de laborator, o descărcare prin scânteie se poate obține prin creșterea treptată a tensiunii dintre doi electrozi amplasați în aerul atmosferic și având o astfel de formă încât câmpul electric dintre ei să difere puțin de unul uniform. La o anumită tensiune, apare o scânteie electrică. În acest caz, descărcarea scânteii pătrunde în golul de descărcare cu mare viteză, se stinge și reapare. Un canal de scânteie curbat strălucitor conectează ambii electrozi și are o ramificare complexă (Fig. 2). Strălucirea în scânteie este rezultatul unor procese intense de ionizare. Efectele sonore care însoțesc scânteia sunt generate de creșterea presiunii (până la sute de atmosfere) datorită încălzirii gazului (până la 10 5 °C) în locurile unde trece descărcarea. O scânteie apare atunci când intensitatea câmpului electric dintr-un gaz atinge o anumită valoare specifică, care depinde de tipul de gaz și de starea acestuia.

Dacă, lăsând tensiunea constantă, reduceți distanța dintre electrozi, atunci intensitatea câmpului în spațiul de gaz va crește. La o anumită valoare, va avea loc o descărcare de scânteie. Cu cât tensiunea aplicată este mai mare, cu atât distanța dintre electrozi este mai mare la care va avea loc o descărcare de scânteie. Principiul de funcționare al unui voltmetru cu scânteie - un dispozitiv pentru măsurarea tensiunilor foarte înalte - se bazează tocmai pe acest fenomen.

descărcare cu arc poate fi observată în următoarele condiții: dacă, după aprinderea descărcării scânteii, rezistența circuitului este redusă treptat, atunci curentul în scânteie va crește. Când rezistența circuitului devine suficient de mică, va apărea o nouă formă de descărcare de gaz, numită arc. În acest caz, puterea curentului crește brusc, ajungând la zeci și sute de amperi, iar tensiunea pe intervalul de descărcare scade la câteva zeci de volți. Acest lucru arată că în descărcare apar noi procese, dând gazului o conductivitate electrică foarte mare.

În prezent, un arc electric care arde la presiunea atmosferică se obține cel mai adesea între electrozii speciali de carbon. Cel mai fierbinte punct al arcului este depresiunea care se formează pe electrodul pozitiv și se numește craterul arcului. Temperatura sa la presiunea atmosferică este de aproximativ 4000 °C.

Arcul electric este o sursă de lumină puternică și este utilizat pe scară largă în instalații de proiecție, reflectoare și alte instalații de iluminat. Datorită temperaturii ridicate, arcul este utilizat pe scară largă pentru sudarea și tăierea metalelor. Temperatura ridicată a arcului este utilizată și în construcția cuptoarelor cu arc electric, care joacă un rol important în electrometalurgia modernă.

descărcare corona observat la presiuni de gaz relativ mari (de exemplu, la presiunea atmosferică) într-un câmp electric puternic neomogen. Pentru a obține o neomogenitate semnificativă a câmpului, electrozii trebuie să aibă suprafețe puternic diferite, adică. un electrod - o suprafață foarte mare, iar celălalt - unul foarte mic. Deci, de exemplu, o descărcare corona poate fi obținută cu ușurință prin plasarea unui fir subțire în interiorul unui cilindru metalic, a cărui rază este mult mai mare decât raza firului.

Intensitatea câmpului în apropierea firului este de cea mai mare importanță. Când intensitatea câmpului atinge 3 MV/m, se aprinde o descărcare între fir și cilindru și apare un curent în circuit. În același timp, în apropierea firului se observă o strălucire, care are forma unei cochilii sau a unei coroane care înconjoară firul, de la care provine denumirea descărcării.

Descărcarea corona are loc atât la un potențial negativ pe fir (corona negativă), cât și la unul pozitiv (corona pozitivă), precum și la o tensiune alternativă între fir și cilindru.

Descărcarea corona este utilizată în tehnologie pentru construcția precipitatoarelor electrostatice destinate curățării gaze industriale din impurități solide și lichide.

În natură, o descărcare corona are uneori sub acțiunea unui câmp electric atmosferic pe ramurile copacilor, vârfurile catargelor (așa-numitele focuri ale Sfântului Elmo). Descărcarea corona poate apărea pe fire subțiri sub tensiune. Apariția unei descărcări corona pe vârfurile conductorilor explică acțiunea unui paratrăsnet care protejează clădirile și liniile de transmisie de loviturile de trăsnet.

descărcare electrică- procesul de curgere a curentului electric asociat cu o creștere semnificativă a conductibilității electrice a mediului în raport cu starea sa normală.
Creșterea conductibilității electrice este asigurată de prezența purtătorilor suplimentari de încărcare gratuită. Descărcările electrice nu sunt auto-susținute, curg datorită unei surse externe de purtători de încărcare gratuită și independente, continuând să ardă chiar și după ce sursa externă de purtători de încărcare gratuită este oprită.
Există următoarele tipuri de descărcări electrice: scânteie, corona, arc (arc electric) și strălucire.

Să atașăm electrozii cu bile la banca de condensatoare și să începem încărcarea condensatoarelor cu ajutorul unei mașini electrice. Pe măsură ce condensatoarele sunt încărcate, diferența de potențial dintre electrozi va crește și, în consecință, intensitatea câmpului în gaz va crește. Atâta timp cât intensitatea câmpului este scăzută, nu se pot observa modificări în gaz. Cu toate acestea, cu o intensitate suficientă a câmpului (aproximativ 30.000 V / cm), între electrozi apare o scânteie electrică, care are forma unui canal sinuos strălucitor care conectează ambii electrozi. Gazul din apropierea scânteii este încălzit la o temperatură ridicată și se extinde brusc, ceea ce provoacă unde sonore și auzim un trosnet caracteristic. Condensatorii din această configurație sunt adăugați pentru a face scânteia mai puternică și, prin urmare, mai eficientă.
Forma descrisă de descărcare de gaz se numește descărcare de scânteie, sau spargerea gazului. Când are loc o descărcare de scânteie, gazul își pierde brusc, brusc, proprietățile izolante și devine un bun conductor. Intensitatea câmpului la care are loc o spargere a unui gaz are o valoare diferită pentru diferite gaze și depinde de starea acestora (presiune, temperatură). La o anumită tensiune între electrozi, intensitatea câmpului este cu atât mai mică, cu atât electrozii sunt mai departe unul de celălalt. Prin urmare, cu cât distanța dintre electrozi este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea dintre ei pentru apariția unei spargeri a gazului. Această tensiune se numește tensiune de ruptură.
Apariția defecțiunii este explicată după cum urmează. Există întotdeauna o anumită cantitate de ioni și electroni într-un gaz, care provin din cauze aleatorii. De obicei, însă, numărul lor este atât de mic încât gazul practic nu conduce electricitatea. La valori relativ mici ale intensității câmpului, pe care le întâlnim în studiul non-susținut conductivitatea gazelor, ciocnirile ionilor care se deplasează într-un câmp electric cu moleculele de gaz neutre au loc în același mod ca și ciocnirile bilelor elastice. La fiecare ciocnire, particula în mișcare transferă o parte din energia sa cinetică către particula în repaus, iar ambele particule zboară separat după impact, dar nu au loc modificări interne în ele. Cu toate acestea, cu o intensitate suficientă a câmpului, energia cinetică acumulată de ionul între două ciocniri poate deveni suficientă pentru a ioniza o moleculă neutră după ciocnire. Ca rezultat, se formează un nou electron negativ și un reziduu încărcat pozitiv, un ion. Un astfel de proces de ionizare se numește ionizare de impact, iar munca care trebuie cheltuită pentru a produce o detașare de electroni dintr-un atom se numește muncă de ionizare. Valoarea muncii de ionizare depinde de structura atomului și, prin urmare, este diferită pentru diferite gaze.
Electronii și ionii formați sub influența ionizării de impact măresc numărul de sarcini din gaz și, la rândul lor, sunt puși în mișcare sub acțiunea unui câmp electric și pot produce ionizarea prin impact a unor noi atomi. Astfel, acest proces „se întărește singur”, iar ionizarea în gaz atinge rapid o valoare foarte mare. Toate fenomenele sunt destul de analoge cu o avalanșă din munți, pentru a cărei origine este suficientă un bulgăre nesemnificativ de zăpadă. Prin urmare, procesul descris a fost numit o avalanșă de ioni. Formarea unei avalanșe de ioni este procesul de defalcare a scânteilor, iar tensiunea minimă la care are loc o avalanșă de ioni este tensiunea de spargere. Vedem că în cazul unei spargeri de scânteie, cauza ionizării gazului este distrugerea atomilor și moleculelor în ciocniri cu ionii.
Unul dintre reprezentanții naturali ai descărcării scânteii este fulgerul - frumos și nu este sigur.

Apariția unei avalanșe de ioni nu duce întotdeauna la o scânteie, dar poate provoca și un alt tip de descărcare - o descărcare corona.
Să întindem pe două suporturi izolatoare înalte un fir metalic AB cu un diametru de câteva zecimi de milimetru și să-l conectăm la polul negativ al unui generator dând o tensiune de câteva mii de volți, de exemplu, la o mașină electrică bună. Vom duce al doilea pol al generatorului pe Pământ. Vom obține un fel de condensator, ale cărui plăci sunt firul nostru și pereții camerei, care, desigur, comunică cu Pământul. Câmpul din acest condensator este foarte neuniform, iar intensitatea lui este foarte mare lângă un fir subțire. Prin creșterea treptată a tensiunii și observând firul în întuneric, se poate observa că la o tensiune cunoscută, în apropierea firului apare o strălucire slabă („coroană”), care acoperă firul din toate părțile; este însoțită de un șuierat și de un ușor trosnet. Dacă un galvanometru sensibil este conectat între fir și sursă, atunci cu aspectul unei străluciri, galvanometrul arată un curent vizibil care trece de la generator de-a lungul firelor la fir și de la acesta prin aerul camerei până la pereții conectați. la celălalt pol al generatorului. Curentul din aer dintre firul AB și pereți este transportat de ionii formați în aer datorită ionizării la impact. Astfel, strălucirea aerului și apariția unui curent indică o ionizare puternică a aerului sub acțiunea unui câmp electric.
descărcare 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.

Aplicarea descărcării corona.
1) Curățare gaz electric (filtre electrice). Un vas plin cu fum devine brusc complet transparent atunci când electrozi metalici ascuțiți sunt introduși în el, conectați la o mașină electrică. În interiorul tubului de sticlă există doi electrozi: un cilindru metalic și un fir metalic subțire atârnând de-a lungul axei sale. Electrozii sunt conectați la o mașină electrică. Dacă un flux de fum (sau praf) este suflat prin tub și mașina este pusă în mișcare, de îndată ce tensiunea este suficientă pentru a forma o coroană, fluxul de aer de ieșire va deveni complet curat și transparent și tot solid și particulele lichide conținute în gaz se vor depune pe electrozi. Explicația experienței este următoarea. De îndată ce corona este aprinsă lângă fir, aerul din interiorul tubului este puternic ionizat. Ionii de gaz, care se ciocnesc cu particulele de praf, se „lipesc” de acestea din urmă și le încarcă. Deoarece în interiorul tubului acționează un câmp electric puternic, particulele încărcate se deplasează sub acțiunea câmpului către electrozi, unde se stabilesc. Fenomenul descris se găsește în prezent o aplicație tehnică pentru purificarea gazelor industriale în volume mari din impurități solide și lichide.
2) Contoare de particule elementare. Descărcarea corona stă la baza funcționării unor dispozitive fizice extrem de importante: așa-numitele contoare de particule elementare (electroni, precum și alte particule elementare care se formează în timpul transformărilor radioactive), contorul Geiger-Muller. Este alcătuit dintr-un mic cilindru metalic A, prevăzut cu o fereastră, și un fir metalic subțire întins pe axa cilindrului și izolat de acesta. Contorul este conectat la un circuit care conține o sursă de tensiune V de câteva mii de volți. Tensiunea este aleasă astfel încât să fie doar puțin mai mică decât „critică”, adică necesară pentru a aprinde descărcarea corona din interiorul contorului. Când un electron care se mișcă rapid intră în contor, acesta din urmă ionizează moleculele de gaz din interiorul contorului, ceea ce face ca tensiunea necesară pentru a aprinde coroana să scadă oarecum. În contor are loc o descărcare, iar în circuit apare un curent slab de scurtă durată.
Curentul care apare în contor este atât de slab încât este dificil să îl detectezi cu un galvanometru obișnuit. Cu toate acestea, se poate face destul de vizibil dacă în circuit este introdusă o rezistență foarte mare R și este conectat în paralel cu acesta un electrometru sensibil E. Atunci când în circuit apare un curent I, se creează o tensiune U la capetele rezistență, egală cu legea lui Ohm U = IxR. Dacă alegem o valoare a rezistenței R foarte mare (multe milioane de ohmi), dar mult mai mică decât rezistența electrometrului în sine, atunci chiar și un curent foarte mic va provoca o tensiune vizibilă. Prin urmare, cu fiecare lovitură a unui electron rapid în interiorul contorului, prospectul electrometrului va da o respingere.
Astfel de contoare fac posibilă înregistrarea nu numai a electronilor rapizi, ci, în general, a oricăror particule încărcate, care se mișcă rapid, capabile să producă ionizare de gaz prin ciocniri. Contoarele moderne detectează cu ușurință chiar și o singură particulă care le lovește și, prin urmare, fac posibilă asigurarea cu o certitudine deplină și o claritate foarte mare că particulele elementare există cu adevărat în natură.

În 1802, V.V. Petrov a stabilit că, dacă două bucăți de cărbune sunt atașate de polii unei baterii electrolitice mari și, punând cărbunii în contact, îi separă ușor, atunci se formează o flacără strălucitoare între capetele cărbunilor și capetele cărbunii înșiși devin albi încinși. emitând lumină orbitoare arc electric). Acest fenomen a fost observat în mod independent șapte ani mai târziu de chimistul englez Davy, care a propus să numească acest arc „voltaic” după Volta.
De obicei, rețeaua de iluminat este alimentată de un curent alternativ. Arcul, însă, arde mai constant dacă trece un curent constant prin el, astfel încât unul dintre electrozii săi este întotdeauna pozitiv (anod) și celălalt negativ (catod). Între electrozi se află o coloană de gaz fierbinte, un bun conductor de electricitate. În arcurile obișnuite, acest stâlp emite mult mai puțină lumină decât cărbunii încinși. Cărbunele pozitiv, având o temperatură mai mare, arde mai repede decât cărbunele negativ. Datorită sublimării puternice a cărbunelui, pe acesta se formează o depresiune - un crater pozitiv, care este cel mai parte fierbinte electrozi. Temperatura craterului în aer la presiunea atmosferică atinge 4000 °C. Arcul poate arde și între electrozii metalici (fier, cupru etc.). În acest caz, electrozii se topesc și se evaporă rapid, ceea ce consumă multă căldură. Prin urmare, temperatura craterului unui electrod metalic este de obicei mai mică decât cea a unui electrod de carbon (2000-2500 °C).
Făcând arderea unui arc între electrozii de carbon într-un gaz comprimat (aproximativ 20 atm), a fost posibilă aducerea temperaturii craterului pozitiv la 5900 °C, adică la temperatura suprafeței Soarelui. În această condiție, s-a observat topirea cărbunelui.
O temperatură și mai mare are o coloană de gaze și vapori, prin care are loc o descărcare electrică. Bombardarea energetică a acestor gaze și vapori de către electroni și ioni antrenate de câmpul electric al arcului aduce temperatura gazelor din coloană la 6000-7000°. Prin urmare, în coloana arcului, aproape toate substanțele cunoscute se topesc și se transformă în vapori și multe reacții chimice care nu merg la temperaturi mai scăzute. Nu este dificil, de exemplu, să topești bețișoare de porțelan refractar într-o flacără cu arc. Pentru a menține o descărcare a arcului, este necesară o tensiune mică: arcul arde bine atunci când tensiunea electrozii săi este de 40-45 V. Curentul din arc este destul de semnificativ. Deci, de exemplu, chiar și într-un arc mic, curge un curent de aproximativ 5 A, iar în arcuri mari folosite în industrie, curentul ajunge la sute de amperi. Aceasta arată că rezistența arcului este mică; în consecință, coloana de gaz luminoasă conduce bine și curentul electric.
O ionizare atât de puternică a gazului este posibilă numai datorită faptului că catodul arc emite o mulțime de electroni, care ionizează gazul din spațiul de descărcare cu impacturile lor. Emisia puternică de electroni din catod este asigurată de faptul că arc catodul în sine este încălzit la o temperatură foarte ridicată (de la 2200° la 3500°C în funcție de material). Când aducem mai întâi cărbunii în contact pentru a aprinde arcul, apoi în punctul de contact, care are o rezistență foarte mare, se eliberează aproape toată căldura Joule a curentului care trece prin cărbuni. Prin urmare, capetele cărbunilor sunt foarte fierbinți, iar acest lucru este suficient pentru ca un arc să se declanșeze între ele atunci când sunt depărtați. În viitor, catodul arcului este menținut în stare încălzită de curentul însuși, care trece prin arc. Rolul principal în aceasta este jucat de bombardarea catodului de către ionii pozitivi care cad pe acesta.

Aplicarea unei descărcări cu arc.
Datorită temperaturii ridicate, electrozii arc emit lumină orbitoare și, prin urmare, arcul electric este una dintre cele mai bune surse de lumină. Consumă doar aproximativ 0,3 wați pe lumânare și este semnificativ mai economic. Decat cele mai bune lămpi incandescent. Arcul electric a fost folosit pentru prima dată pentru iluminat de către P. N. Yablochkov în 1875 și a fost numit „Lumina Rusă” sau „Lumina Nordului”.
Arcul electric este folosit și pentru sudare Părți metalice(sudura electrica cu arc). În prezent, arcul electric este utilizat pe scară largă în cuptoarele electrice industriale. În industria mondială, aproximativ 90% din oțelul pentru scule și aproape toate oțelurile speciale sunt topite în cuptoare electrice.
De mare interes este un arc de mercur care arde într-un tub de cuarț, așa-numita lampă de cuarț. În această lampă, descărcarea arcului nu are loc în aer, ci într-o atmosferă de vapori de mercur, pentru care se introduce o cantitate mică de mercur în lampă, iar aerul este pompat. Lumina arcului de mercur este extrem de bogată în raze ultraviolete invizibile, care au efecte chimice și fiziologice puternice. Lămpile cu mercur sunt utilizate pe scară largă în tratamentul diferitelor boli („soarele artificial de munte”), precum și în cercetarea științifică ca sursă puternică de raze ultraviolete.

Pe lângă scânteie, coroană și arc, există o altă formă de autodescărcare în gaze - așa-numita descărcare strălucitoare. Pentru a obține acest tip de descărcare, este convenabil să folosiți un tub de sticlă lung de aproximativ jumătate de metru, care conține doi electrozi metalici. Vom conecta electrozii la o sursă de curent continuu cu o tensiune de câteva mii de volți (o mașină electrică este potrivită) și vom pompa treptat aer din tub. La presiunea atmosferică, gazul din interiorul tubului rămâne întunecat, deoarece tensiunea aplicată de câteva mii de volți nu este suficientă pentru a sparge un spațiu lung de gaz. Cu toate acestea, atunci când presiunea gazului scade suficient, o descărcare luminoasă clipește în tub. Are forma unui cordon subțire (puriu în aer, alte culori în alte gaze) care leagă ambii electrozi. În această stare, coloana de gaz conduce bine electricitatea.
Odată cu evacuarea ulterioară, cordonul luminos se estompează și se extinde, iar strălucirea umple aproape întreg tubul. Distingeți următoarele două părți ale descărcării: 1) parte neluminoasă adiacentă catodului, numită spațiu catodic întunecat; 2) o coloană luminoasă de gaz care umple restul tubului, până la anodul propriu-zis. Această parte a descărcării se numește coloană pozitivă.
Într-o descărcare strălucitoare, gazul conduce bine electricitatea, ceea ce înseamnă că ionizarea puternică este menținută în gaz tot timpul. În acest caz, spre deosebire de descărcarea arcului, catodul rămâne rece tot timpul. De ce are loc formarea ionilor în acest caz?
Scăderea potențialului sau a tensiunii pe centimetru a lungimii coloanei de gaz într-o descărcare luminoasă este foarte diferită în diferite părți ale descărcării. Se dovedește că aproape întreaga picătură potențială cade pe spațiul întunecat. Diferența de potențial care există între catod și limita spațiului cel mai apropiat de acesta se numește scădere de potențial catodic. Se măsoară în sute și, în unele cazuri, în mii de volți. Întreaga descărcare pare să existe datorită acestei căderi de catod. Semnificația căderii catodului este că ionii pozitivi, care trec prin această diferență mare de potențial, capătă o viteză mai mare. Deoarece căderea catodului este concentrată într-un strat subțire de gaz, aproape că nu există ciocniri ale ionilor cu atomii de gaz și, prin urmare, trecând prin regiunea de cădere a catodului, ionii dobândesc o energie cinetică foarte mare. Ca urmare, atunci când se ciocnesc de catod, ei scot o anumită cantitate de electroni din acesta, care încep să se deplaseze spre anod. Trecând prin spațiul întunecat, electronii, la rândul lor, sunt accelerați de scăderea potențialului catodic și, la ciocnirea cu atomii de gaz din partea mai îndepărtată a descărcării, produc ionizare prin impact. Ionii pozitivi care apar în acest caz sunt din nou accelerați de căderea catodului și scot noi electroni din catod, etc. Astfel, totul se repetă până când există tensiune pe electrozi.
Aceasta înseamnă că cauzele ionizării gazului într-o descărcare strălucitoare sunt ionizarea prin impact și eliminarea electronilor din catod de către ionii pozitivi.

Utilizarea unei descărcări strălucitoare.
Această descărcare este folosită în principal pentru iluminat. Folosit în lămpi fluorescente.

O descărcare de scânteie apare atunci când intensitatea câmpului electric atinge o valoare de defalcare pentru un anumit gaz.Valoarea depinde de presiunea gazului; pentru aer la presiunea atmosferică, este de aproximativ . Crește odată cu creșterea presiunii. Conform legii experimentale a lui Paschen, raportul dintre intensitatea câmpului de defalcare și presiunea este aproximativ constant:

Descărcarea de scânteie este însoțită de formarea unui canal sinuos și ramificat strălucitor, prin care trece un impuls de curent pe termen scurt de mare putere. Un exemplu este fulgerul; lungimea sa este de până la 10 km, diametrul canalului este de până la 40 cm, puterea curentului poate ajunge la 100.000 sau mai mulți amperi, durata pulsului este de aproximativ.

Fiecare fulger este format din mai multe (până la 50) impulsuri care urmează același canal; durata lor totală (împreună cu intervalele dintre impulsuri) poate ajunge la câteva secunde. Temperatura gazului din canalul de scânteie poate fi de până la 10.000 K. Încălzirea rapidă și puternică a gazului duce la o creștere bruscă a presiunii și la apariția undelor de șoc și sonore. Prin urmare, o descărcare de scânteie este însoțită de fenomene sonore - de la un trosnet slab cu o scânteie de putere redusă până la un tunet care însoțește fulgerul.

Apariția unei scântei este precedată de formarea unui canal puternic ionizat în gaz, numit streamer. Acest canal este obținut prin suprapunerea avalanșelor de electroni individuali care apar pe calea scânteii. Strămoșul fiecărei avalanșe este un electron format prin fotoionizare. Schema dezvoltării streamerului este prezentată în fig. 87.1. Fie ca intensitatea câmpului să fie astfel încât un electron care scapă din catod din cauza unui proces dobândește energie suficientă pentru ionizare pe calea liberă medie.

Prin urmare, are loc înmulțirea electronilor - apare o avalanșă (ionii pozitivi formați în acest caz nu joacă un rol semnificativ din cauza mobilității lor mult mai reduse; ei determină doar sarcina spațială, ceea ce determină o redistribuire a potențialului). Radiația cu lungime de undă scurtă emisă de un atom, din care unul dintre electronii interni a fost smuls în timpul ionizării (această radiație este prezentată în diagramă prin linii ondulate), determină fotoionizarea moleculelor, iar electronii formați generează din ce în ce mai mulți noi avalanşe. După ce avalanșele se suprapun, se formează un canal bine conducător - un streamer, de-a lungul căruia un flux puternic de electroni se repetă de la catod la anod - are loc o defecțiune.

Dacă electrozii au o formă în care câmpul din spațiul interelectrod este aproximativ uniform (de exemplu, este vorba de bile cu un diametru suficient de mare), atunci defalcarea are loc la o tensiune bine definită, a cărei valoare depinde de distanța dintre mingile. Pe aceasta se bazează voltmetrul cu scânteie, cu care se măsoară tensiunea înaltă. La măsurare, se determină distanța cea mai mare la care apare o scânteie. Înmulțind apoi prin obținerea valorii tensiunii măsurate.

Dacă unul dintre electrozi (sau ambii) are o curbură foarte mare (de exemplu, un fir subțire sau un punct servește ca electrod), atunci apare așa-numita descărcare corona atunci când tensiunea nu este prea mare. Odată cu creșterea tensiunii, această descărcare se transformă într-o scânteie sau arc.

În timpul unei descărcări corona, ionizarea și excitarea moleculelor nu au loc în întreg spațiul interelectrod, ci numai în apropierea electrodului cu o rază mică de curbură, unde intensitatea câmpului atinge valori egale sau mai mari decât . În această parte a descărcării, gazul strălucește. Strălucirea are aspectul unei coroane care înconjoară electrodul, care este motivul pentru denumirea acestui tip de descărcare. Descărcarea corona de la vârf arată ca o perie luminoasă, motiv pentru care este uneori numită o perie de descărcare. În funcție de semnul electrodului corona, se vorbește de corona pozitivă sau negativă. Între stratul corona și electrodul non-corona este regiunea exterioară a coroanei. Regimul de defalcare există numai în stratul corona. Prin urmare, putem spune că descărcarea corona este o defalcare incompletă a golului de gaz.

În cazul unei coroane negative, fenomenele de la catod sunt similare cu cele de la catodul de descărcare luminoasă. Ionii pozitivi accelerați de câmp elimină electronii din catod, ceea ce provoacă ionizarea și excitarea moleculelor din stratul corona. În regiunea exterioară a coroanei, câmpul este insuficient pentru a furniza electronilor energia necesară pentru a ioniza sau excita moleculele.

Prin urmare, electronii care au pătruns în această regiune derivă sub acțiunea zero către anod. Unii dintre electroni sunt captati de molecule, rezultand formarea de ioni negativi. Astfel, curentul din regiunea exterioară este determinat doar de purtători negativi - electroni și ioni negativi. În această regiune, descărcarea are un caracter neauto-susținut.

În corona pozitivă, avalanșele de electroni își au originea la limita exterioară a coroanei și se îndreaptă spre electrodul corona - anodul. Apariția electronilor care generează avalanșe se datorează fotoionizării cauzate de radiația stratului corona. Purtătorii de curent din regiunea exterioară a coroanei sunt ioni pozitivi, care derivă sub acțiunea câmpului către catod.

Dacă ambii electrozi au o curbură mare (doi electrozi corona), procesele inerente electrodului corona al acestui semn au loc în apropierea fiecăruia dintre ei. Ambele straturi corona sunt separate de o regiune exterioară în care se deplasează contra-fluxurile de purtători de curent pozitivi și negativi. O astfel de coroană se numește bipolară.

Descărcarea independentă de gaz menționată în § 82 atunci când se iau în considerare contoare este o descărcare corona.

Grosimea stratului corona și puterea curentului de descărcare cresc odată cu creșterea tensiunii. La o tensiune joasă, dimensiunea coroanei este mică și strălucirea ei este imperceptibilă. O astfel de coroană microscopică apare în apropierea punctului din care curge vântul electric (vezi § 24).

Coroana, care apare sub acțiunea electricității atmosferice pe vârfurile catargelor navelor, copacilor etc., se numea pe vremuri focurile Sf. Elm.

În aplicațiile de înaltă tensiune, în special în liniile de transmisie de înaltă tensiune, corona duce la scurgeri dăunătoare de curent. Prin urmare, trebuie luate măsuri pentru prevenirea acesteia. În acest scop, de exemplu, firele liniilor de înaltă tensiune iau un diametru suficient de mare, cu cât este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea liniei.

Aplicație utilă în tehnologia descărcare corona găsită în precipitatoarele electrostatice. Gazul de purificat se deplasează într-o conductă de-a lungul axei căreia se află un electrod corona negativ. Ionii negativi, care sunt prezenți în cantități mari în regiunea exterioară a coroanei, se depun pe particule sau picături care poluează gazul și sunt transportați împreună cu ei către electrodul extern non-corona. La atingerea acestui electrod, particulele sunt neutralizate și se așează pe el. Ulterior, la lovirea conductei, sedimentul format de particulele prinse se sfărâmă în colecție.