В промежутках с неоднородным электрическим полем критическое значение напряженности достигается сначала у электродов с малым радиусом кривизны, и разрядные явления происходят при сравнительно низкой средней напряженности поля в промежутке. В однородном и слабонеоднородном полях разряд происходит при средней напряженности, практически равной критической. Поэтому промежутки с однородным полем всегда имеют разрядные напряжения выше, чем промежутки той же длины с неоднородным полем.
При рассмотрении электрических полей различают однородные, слабо-неоднородные поля и резко-неоднородные поля. В первых двух случаях отношение максимальной напряженности поля в промежутке к ее среднему значению, называемое коэффициентом неоднородности поля kн, составляет 1 (единица) для однородного поля, или не превышает 1,3÷1,5 - для слабо-неоднородного поля. В однородном поле напряжённость задаётся выражением E=U/d, где U – разность потенциалов между двумя произвольными точками пространства, d – расстояние между этими точками. В случае большого коэффициента неоднородности (kн ≥ 4) поле в промежутке является резко-неоднородным.
В зависимости от напряженности электрического поля и степени его неоднородности в газовом промежутке может установиться разная форма электрического разряда. При этом основные электрофизические процессы, приводящие к развитию разряда, во всех газах примерно одинаковы, меняется только их интенсивность.
Ф. Пик исследовал высоковольтные явления, начиная от миниатюрного коронного разряда, заканчивая гигантскими молниями.
На примере системы концентрических цилиндров Пик показал, что при резко неоднородном электрическом поле напряжение зажигания коронного разряда существенно ниже напряжения искрового пробоя межэлектродного промежутка (рис.3).
Пиком были получены формулы для расчёта напряжённости электрического поля E0 у коронирующего электрода и напряжения на межэлектродном промежутке U0 в момент зажигания коронного разряда в системе коаксиальных цилиндров:
|
|
(7) |
где r0 – радиус внутреннего цилиндра, δ – относительная плотность среды в межэлектродном промежутке, δ ~ P, P – давление. Для атмосферного давления δ = 1;
,
где R – радиус внешнего цилиндра.
Резко-неоднородное поле характерно для промежутков, создаваемых электродами типа игла-плоскость, провод-плоскость, а также стержень-плоскость или шар-плоскость при малом радиусе закругления шара и большом расстоянии между электродами. Особенностью резко-неоднородных полей являются высокие напряженности поля у электрода с малым радиусом закругления даже при сравнительно небольшом напряжении на промежутке. Это означает, что в этой области могут идти процессы ударной ионизации, возникать лавины электронов, и выполняться условие самостоятельности разряда, когда зона ионизации охватывает только малую часть промежутка. Соответствующее значение напряжения (U0) носит название начального напряжения зажигания разряда.
При высоких значениях приложенного напряжения разряд около электрода с малым радиусом кривизны проходит несколько стадий. Сначала возникают лавины, которые в зависимости от направления поля, т.е. в зависимости от полярности подаваемого на электрод напряжения, развиваются к электроду или от него. В результате разделения зарядов в лавинах, около электрода образуется избыточный объемный заряд одного знака с электродом (рис.3.10, b), который создает собственное поле (рис.), снижающее поле у электрода (эффект экранирования) и значительно усиливающий поле в промежутке перед зарядом.
Рисунок 4. a - искажения внешнего электрического поля объёмным зарядом лавин при отрицательном напряжении на стержне в системе электродов стержень-плоскость. —— напряжённость неискажённого поля Е1, -- суммарная напряжённость электрического поля в зависимости от расстояния от стержня. b - объёмный заряд у стержня.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
,