Электродинамика газового разряда. Типы разрядов в постоянном электрическом поле. Статическое состояние в окрестности эмитирующего катода (модель Маккоуна). Искровой и коронный разряды, страница 11

Дугу с холодным катодом обычно зажигают в результате кратковременного контакта подвижного анода с катодом. В месте контакта происходит сильный разогрев электродов, происходит испарение материала электродов, пары ионизуются, и зажигается дуга. Если катод разогревается до температуры, которая обеспечивает разрядный ток за счет термоэмиссии. При этом формируется стационарная эмитирующая область с малой скоростью эрозии. Если разогрев катода целиком не обеспечивает разрядный ток, то на катоде возникают мелкие концентрированные токовые центры.. Для эффективного испарения металла катода энергия должна быть сконцентрированной. При токе  и давлении  катодные пятна образуются даже на тугоплавких металлах. На легкоплавких металлах пятна образуются при любых давлениях и токах. Пятна вызывают сильную (взрывную) эрозию материала катода. В зависимости от величины разрядного тока, катодные пятна могут быть неподвижными и движущимися достаточно быстро (скорость может достигать нескольких десятков метров в секунду). Наиболее любопытен последний режим.

Состояние теории быстро перемещающихся катодных пятен.

В настоящее время теория, описывающая процессы в катодных пятнах вакуумной дуги находится в весьма неудовлетворительном состоянии, несмотря на его большую практическую важность. Это можно объяснить уникальной сложностью явлений, протекающих в катодных пятнах. Отметим некоторые «загадочные явления», не имеющие объяснения. 1). Вольт – амперные характеристики металлических вакуумных дуг возрастающие (у большинства дуг они убывающие).

2). Если создать магнитное поле, касательное к поверхности жидкого ртутного катода, то создается сила , действующая на ток. Однако пятно движется в противоположном направлении. Этот эффект был обнаружен Штарком (1903 г.) и до сих пор нет даже качественного объяснения такого «странного» поведения катодного пятна.

3). Нет объяснения причин деления пятен.

4). Не ясно - почему пятна перемещаются, а не «стоят» на одном месте.

5). При импульсном пробое вакуумного промежутка с заостренным катодом (такая ситуация может моделировать процесс в катодном пятне, имеются микроскопические выступы на поверхности массивных катодов) происходит взрывная эмиссия. Возникает резкое нарастание тока после некоторой задержки от момента приложения напряжения, при этом обязательно происходит взрыв кончика острия и выброс плазменного сгустка – катодного факела (явление обнаружено Г.А. Месяцем 1966 г.).

6). Наблюдается «кватование» разрядного тока в отдельной ячейке. Ток  может изменяться в узких пределах . При  то разряд погасает. Если , происходит разделение пятна на два.

Такое положение, безусловно, связано с крайней сложностью и запутанностью картины явления. В процессах, протекающих в катодных пятнах, тесно переплетаются твердотельные, поверхностные, межфазные, плазменные, электрические и тепловые явления. Особо следует подчеркнуть сильную нелинейность явления при одновременном влиянии сильной диссипации и дисперсии. Открытые (имеется поступление энергии в систему) нелинейные диссипативные системы обладают способностью «самоорганизации» - образованию объемных упорядоченных структур.

Не смотря на такое состояние, многие аспекты статической стадии процесса, имеют удовлетворительное объяснение и рассчитываются в разумном согласии с экспериментом.

15.12. Искровой и коронный разряды. Искровой разряд возникает при выполнении условия , где  - давление (оно порядка атмосферного при возникновении искрового разряда),  - длина искрового промежутка и при напряжении электрического поля  порядка десятков и сотен киловольт. Грандиозной формой искрового разряда является молния. Благодаря резкому выделению джоулева тепла происходит формирование ударной волны (резкое повышение давления, которое воспринимается как удар). Возможно образование стримеров («прорастание» тонкого ионизированного канала между электродами)

В технических приложениях явление используется в разрядниках для измерения напряжения. Разрядник представляет собой шары фиксированных диаметров. Система отградуирована по напряжению, реализующему искровой пробой.

Коронный разряд – слаботочный слабосветящийся разряд в окрестности острых проводящих предметов в области резко неоднородного электрического поля.