Jenis pelepasan listrik dalam gas

Pelepasan listrik dalam gas mencakup semua kasus pergerakan dalam gas di bawah aksi medan listrik partikel bermuatan (elektron dan ion) sebagai akibat dari proses ionisasi... Prasyarat terjadinya pelepasan dalam gas adalah adanya gas bebas muatan di dalamnya - elektron dan ion.

Gas yang hanya terdiri dari molekul netral tidak menghantarkan arus listrik sama sekali, mis. dielektrik yang ideal... Dalam kondisi nyata, karena aksi pengion alami (radiasi ultraviolet dari Matahari, sinar kosmik, radiasi radioaktif dari Bumi, dll.), gas selalu mengandung sejumlah muatan bebas - ion dan elektron, yang memberikan konduktivitas listrik tertentu.

Kekuatan ionizers alami sangat rendah: sebagai hasil dari aksinya, sekitar satu pasang muatan terbentuk di udara setiap detik dalam setiap sentimeter kubik, yang sesuai dengan peningkatan kerapatan volume muatan po = 1,6-19 CL / (cm3 x in ). Jumlah muatan yang sama mengalami rekombinasi setiap detik. Jumlah muatan dalam 1 cm3 udara pada saat yang sama tetap konstan dan sama dengan 500-1000 pasang ion.

Jadi, jika tegangan diterapkan ke pelat kapasitor udara datar dengan jarak S antara elektroda, maka arus akan dibuat di sirkuit, kepadatannya adalah J= 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

Penggunaan ionizer buatan meningkatkan kerapatan arus dalam gas berkali-kali lipat. Misalnya, ketika celah gas diterangi dengan lampu merkuri-kuarsa, kerapatan arus dalam gas meningkat menjadi 10 — 12 A / cm2; di hadapan debit yang tulus di dekat volume terionisasi, arus urutan 10-10 A / cm2, dll.

Pertimbangkan ketergantungan arus yang melewati celah gas dengan medan listrik yang seragam pada nilai tegangan yang diberikan i (Gbr. 1).

Beras. 1. Karakteristik arus-tegangan dari pelepasan gas

Awalnya, ketika tegangan meningkat, arus dalam celah meningkat karena fakta bahwa peningkatan jumlah muatan berada di bawah aksi medan listrik pada elektroda (bagian OA). Di bagian AB, arus praktis tidak berubah, karena semua muatan yang terbentuk karena pengion eksternal jatuh pada elektroda. Arus saturasi Is ditentukan oleh intensitas ionizer yang bekerja pada celah.

Dengan peningkatan voltase lebih lanjut, arus meningkat tajam (bagian BC), yang menunjukkan perkembangan intensif proses ionisasi gas di bawah aksi medan listrik. Pada tegangan U0, peningkatan tajam arus di celah diamati, yang dalam hal ini kehilangan sifat dielektriknya dan berubah menjadi konduktor.

Fenomena di mana saluran dengan konduktivitas tinggi muncul di antara elektroda celah gas disebut gangguan listrik (kerusakan dalam gas sering disebut pelepasan listrik, yang berarti seluruh proses pembentukan gangguan).

Pelepasan listrik yang sesuai dengan bagian karakteristik OABS disebut dependen, karena pada bagian ini arus dalam celah gas ditentukan oleh intensitas ionizer aktif. Pelepasan di bagian setelah titik C disebut independen, karena arus pelepasan di bagian ini hanya bergantung pada parameter rangkaian listrik itu sendiri (tahanan dan kekuatan sumber daya) dan untuk pemeliharaannya, pembentukan partikel bermuatan karena ionizers eksternal tidak diperlukan. Tegangan Wo di mana self-discharge dimulai disebut tegangan awal.

Bentuk pembubaran sendiri menjadi gas tergantung pada kondisi di mana pelepasan terjadi, bisa berbeda.

Pada tekanan rendah, ketika karena jumlah molekul gas yang kecil per satuan volume, celah tidak dapat memperoleh konduktivitas yang tinggi, dan pelepasan pijar... Kerapatan arus dalam pelepasan pijar rendah (1-5 mA / cm2), itu debit menutupi seluruh ruang antara elektroda.

Beras. 2. Pelepasan pijar dalam gas

Pada tekanan gas yang mendekati atmosfer dan lebih tinggi, jika daya sumber listrik rendah atau tegangan diterapkan ke celah dalam waktu singkat, terjadi pelepasan percikan... Contoh pelepasan percikan adalah pelepasan berupa petir… Dengan paparan tegangan yang berkepanjangan, pelepasan percikan berbentuk percikan api yang muncul secara bergantian di antara elektroda.

Beras. 3. Pelepasan yang tulus

Dalam kasus kekuatan signifikan dari sumber energi, pelepasan percikan berubah menjadi busur, di mana arus dapat mengalir melalui celah, mencapai ratusan dan ribuan ampere. Arus seperti itu berkontribusi pada pemanasan saluran pelepasan, meningkatkan konduktivitasnya, dan sebagai hasilnya, diperoleh peningkatan arus lebih lanjut. Karena proses ini membutuhkan waktu untuk diselesaikan, maka dengan penerapan tegangan jangka pendek, pelepasan percikan api tidak berubah menjadi pelepasan busur.

Beras. 4. Pelepasan busur

Di medan yang sangat tidak homogen, pelepasan sendiri selalu dimulai dalam bentuk pelepasan korona, yang berkembang hanya di bagian celah gas di mana kekuatan medan paling tinggi (dekat tepi tajam elektroda). Dalam kasus pelepasan korona, konduktivitas tinggi melalui saluran tidak terjadi di antara elektroda, mis. ruang mempertahankan sifat isolasinya. Karena tegangan yang diterapkan semakin meningkat, lucutan korona berubah menjadi lucutan busur atau bonafid.

Pelepasan korona — jenis pelepasan listrik stasioner dalam gas dengan kerapatan yang cukup, terjadi dalam medan listrik tidak homogen yang kuat. Ionisasi dan eksitasi partikel gas netral oleh longsoran elektron terlokalisasi dalam zona terbatas (tutup korona atau zona ionisasi) medan listrik yang kuat di dekat elektroda dengan jari-jari kelengkungan kecil. Cahaya gas biru atau ungu pucat di dalam zona ionisasi, dengan analogi dengan halo korona matahari, memunculkan nama jenis pelepasan ini.

Selain radiasi yang terlihat, ultraviolet (terutama), serta panjang gelombang spektrum yang lebih pendek, pelepasan korona disertai dengan pergerakan partikel gas dari elektroda korona - yang disebut "Angin listrik", dengung, terkadang emisi radio, kimia, reaksi (misalnya, pembentukan ozon dan nitrogen oksida di udara).

Beras. 5. Pelepasan korona menjadi gas

Keteraturan munculnya lucutan listrik pada gas yang berbeda adalah sama, perbedaannya terletak pada nilai koefisien yang mencirikan proses tersebut.