Что такое электрический разряд
Перейти к содержимому

Что такое электрический разряд

  • автор:

3 Электрический разряд

Электрический разряд – процесс протекания электрического тока, связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно её нормального состояния.

Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных свободных носителей заряда. Электрические разряды можно разделить на:

несамостоятельный разряд – разряд, протекающий за счёт внешнего ионизатора.

самостоятельный разряд – разряд, который может проходить без действия внешнего ионизатора. Ионизатор – источник ионов или электронов.

Электрический разряд в газах (ЭРВГ) (газовый разряд) – прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. ЭРВГах подчиняются заокну Ома лишь при очень малой приложенной извне разности потенциалов, поэтому их электрические свойства описывают с помощью вольтамперной характеристики газового разряда (рисунок 1).

Рисунок 1 – ВАХ ЭРВГ

Электропроводность газа обеспечивается за счёт протекания в нём процессов ионизации, т.е. фазового перехода от газа в плазму.

Газовые разряды бывают следующих видов:

4 Характеристика вах эрвг

Ток на участке (рисунок 1 а или б) от 0 до A (или A’) характеристики обусловлен ионизацией газа и эмиссией электронов из катода под действием внешних факторов (свет, тепло, радиация, космическое излучение). С увеличением напряжения на электродах энергия электронов становится достаточной, чтобы при столкновении с атомом газа ионизировать его. Образующиеся при этом положительные ионы, падая на катод, выбивают вторичные электроны – ток возрастает (участок AB).

В точке B несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, т.е. он может существовать при отсутствии внешнего ионизатора за счёт вторичной эмиссии электронов из катода. Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называется напряжением зажигания Uз. На участке BC рост тока сопровождается уменьшением напряжения за счёт возникновения пространственного положительного заряда у катода. Пространственный заряд около катода возникает из-за протекания процесса лавинной ионизации: многократное увеличение зарядов вследствие ударной ионизации.

В точке C лавинный самостоятельный разряд переходит в поднормальный тлеющий, характеризующийся локализацией области разряда и уменьшением рабочей (светящейся) поверхности катода – происходит «шнурование» разряда. Возрастает плотность тока. В точке D она принимает нормальное значение, т.е. такое, при котором напряжение на приборе минимально, при этом разряд носит название нормального тлеющего.

На участке DE возрастание тока вызывает увеличение рабочей поверхности катода при нормальной плотности тока и нормальном напряжении. Величина этого напряжения определяется материалом катода и родом газа. В точке E оказывается использованной вся площадь катода, дальнейшее увеличение тока может происходить только при возрастании его плотности и, следовательно, требует увеличения напряжения. Разряд на участке EF называется аномальным тлеющим. Протяжённость участка DE пропорциональна площади катода. Все формы тлеющего разряда сопровождаются свечением вблизи катода.

Дальнейшее увеличение тока приводит к дополнительной эмиссии с катода (ионная бомбардировка, разогрев и автоэлектронная эмиссия). В результате напряжение на приборе уменьшается, разряд переходит в дуговой (участок FG).

Ионный прибор в зависимости от приложенного напряжения и величины последовательно включенного сопротивления может работать в любом из перечисленных режимов. Однако каждый конкретный прибор рассчитан на работу в определенной области и, во избежание разрушения, защищается от перехода в режим с большим током ограничительным резистором.

Наиболее широкое применение находят ионные приборы, работающие в режимах нормального тлеющего разряда (приборы самостоятельного разряда с ненакалённым катодом) и дугового разряда.

К первой группе относятся неоновые лампы, стабилитроны тлеющего разряда, тиратроны с холодным катодом и др. Вторая группа подразделяется на две подгруппы: приборы самостоятельного дугового разряда (игнитроны, экситроны) и приборы несамостоятельного дугового разряда (газотроны н тиратроны с накаленным катодом).

Разряд электрический

РАЗРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ.

Разряд электрический* — Потеря электричества каким либо наэлектризованным телом, т. е. Р. этого тела, может происходить различными способами, вследствие чего и явления, сопровождающие Р., могут получаться по характеру весьма неодинаковые. Все разнообразные формы Р.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Разряд электрический в газах — [electric gas discharge] прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. Газы становятся электропроводными только при их ионизации. Если электрический разряд в… … Энциклопедический словарь по металлургии

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ — (3) … Большая политехническая энциклопедия

электрический разряд в газах — (газовый разряд), прохождение электрического тока через газ под действием электрического поля. Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создаёт в них носители заряда свободные электроны и ионы и обусловливает их… … Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — 1) свойственный электричеству. 2) быстрый, подобно электрической искре. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ а) Свойственный электричеству. b) Быстрый, как электрическая искра. Объяснение… … Словарь иностранных слов русского языка

Электрический разряд — Электрический разряд  процесс протекания электрического тока связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно его нормального состояния. Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных… … Википедия

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ — (газовый разряд) прохождение электрического тока через газ под действием электрического поля. Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создает в них носители заряда свободные электроны и ионы и обусловливает их… … Большой Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, электрическая, электрическое. 1. прил. к электричество. Электрический ток. Электрическая энергия. Электрический заряд. Электрический разряд. || Возбуждающий, производящий электричество. Электрическая машина. Электрическая станция.… … Толковый словарь Ушакова

электрический разряд в газе — электрический разряд в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

электрический разряд — в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

Электрический разряд: понятие, виды, энергия и единицы измерения

Век, в котором мы живем, можно назвать временем электричества. Работа компьютеров, телевизоров, автомобилей, спутников, приборов искусственного освещения – это лишь малая часть примеров, где оно используется. Одним из интересных и важных для человека процессов является электрический разряд. Рассмотрим подробнее, что он собой представляет.

Краткая история изучения электричества

Когда человек познакомился с электричеством? Ответить на этот вопрос сложно, поскольку поставлен он некорректным образом, ведь наиболее яркое природное явление – молния, известная с незапамятных времен.

Значение слова "вразумить": это что значит? Вам будет интересно: Значение слова "вразумить": это что значит?

Осмысленное изучение электрических процессов началось лишь с конца первой половины XVIII века. Здесь следует отметить серьезный вклад в представления человека об электричестве Чарльза Кулона, исследовавшего силу взаимодействия заряженных частиц, Георга Ома, математически описавшего параметры тока в замкнутой цепи, и Бенджамина Франклина, который провел множество экспериментов, изучая природу вышеназванной молнии. Помимо них, большую роль в развитии физики электричества сыграли такие ученые, как Луиджи Гальвани (изучение нервных импульсов, изобретение первой «батарейки») и Майкл Фарадей (исследование тока в электролитах).

Вузы Кургана: топ лучших, бюджетные места, специальности Вам будет интересно: Вузы Кургана: топ лучших, бюджетные места, специальности

Достижения всех названных ученых создали прочный фундамент для изучения и понимания сложных электрических процессов, одним из которых является электрический разряд.

Что представляет собой разряд и какие условия необходимы для его существования?

Разряд электрического тока – это физический процесс, который характеризуется наличием потока заряженных частиц между двумя пространственными областями, имеющими разный потенциал в газовой среде. Разберем это определение.

Во-первых, когда говорят о разряде, то всегда имеют в виду газ. Разряды в жидкостях и твердых телах тоже могут возникать (пробой твердого конденсатора), однако процесс изучения этого явления проще рассмотреть в менее плотной среде. Более того, именно разряды в газах часто наблюдаются и имеют большое значение для жизнедеятельности человека.

Долгосрочные активы – это что такое? Определение, особенности учета Вам будет интересно: Долгосрочные активы – это что такое? Определение, особенности учета

Во-вторых, как сказано в определении электрического разряда, он возникает только при соблюдении двух важных условий:

  • при существования разности потенциалов (напряженности электрического поля);
  • наличии носителей заряда (свободных ионов и электронов).

Разность потенциалов обеспечивает направленное движение заряда. Если она превышает некоторое пороговое значение, то несамостоятельный разряд переходит в самоподдерживающийся или самостоятельный.

Что касается свободных носителей заряда, то в любом газе они всегда присутствуют. Их концентрация, естественно, зависит от ряда внешних факторов и свойств самого газа, но сам факт их наличия является бесспорным. Связано это с существованием таких источников ионизации нейтральных атомов и молекул, как ультрафиолетовые лучи от Солнца, космическое излучение и естественная радиация нашей планеты.

Соотношение между разностью потенциалов и концентрацией носителей определяет характер разряда.

Виды электрических разрядов

Приведем список этих видов, а затем подробнее охарактеризуем каждый из них. Итак, все разряды в газовых средах принято разделять на следующие:

  • тлеющий;
  • искровой;
  • дуговой;
  • коронный.

Физически они отличаются друг от друга лишь мощностью (плотностью тока) и, как следствие, температурой, а также характером их проявления во времени. Во всех случаях речь идет о переносе положительного заряда (катионы) к катоду (область низкого потенциала) и отрицательного заряда (анионы, электроны) к аноду (зона высокого потенциала).

Тлеющий разряд

Для его существования необходимо создать низкие давления газа (в сотни и тысячи раз меньше атмосферного). Тлеющий разряд наблюдается в катодных трубках, которые заполняются каким-либо газом (например, Ne, Ar, Kr и другие). Приложение напряжения к электродам трубки приводит к активации следующего процесса: имеющиеся в газе катионы начинают ускоренно двигаться, достигнув катода, они ударяют по нему, передавая импульс и выбивая электроны. Последние при наличии достаточной кинетической энергии могут приводить к ионизации нейтральных молекул газа. Описанный процесс будет самоподдерживающимся только в случае достаточной энергии катионов, бомбардирующих катод, и их определенного количества, что зависит от разности потенциалов на электродах и давления газа в трубке.

Тлеющий разряд светится. Излучение электромагнитных волн обусловлено двумя идущими параллельно процессами:

  • рекомбинация пар электрон-катион, сопровождаемая выделением энергии;
  • переход нейтральных молекул (атомов) газа из возбужденного состояния в основное.

Типичными характеристиками этого вида разряда являются небольшие токи (несколько миллиампер) и небольшие стационарные напряжения (100–400 В), однако пороговое напряжение равно нескольким тысячам вольт, что зависит от давления газа.

Примерами тлеющего разряда являются люминесцентные и неоновые лампы. В природе к этому типу можно отнести северное сияние (движение потоков ионов в магнитном поле Земли).

Искровой разряд

Это типичный вид атмосферного электрического разряда, который проявляется в виде молнии. Для его существования необходимо не только наличие больших давлений газа (1 атм и больше), но и огромных напряжений. Воздух представляет собой достаточно хороший диэлектрик (изолятор). Его проницаемость лежит в пределах от 4 до 30 кВ/см, что зависит от наличия в нем влажности и твердых частиц. Эти цифры говорят о том, что для получения пробоя (искры) необходимо приложить минимум 4 000 000 вольт на каждый метр воздуха!

В природе такие условия возникают в кучевых облаках, когда в результате процессов трения между воздушными массами, конвекции воздуха и кристаллизации (конденсации) происходит перераспределение зарядов таким образом, что нижние слои туч заряжаются отрицательно, а верхние — положительно. Разность потенциалов постепенно накапливается, когда ее значение начинает превышать изоляционные возможности воздуха (несколько млн вольт на метр), то возникает молния – электрический разряд, который длится в течение долей секунды. Сила тока в нем достигает 10–40 тысяч ампер, а температура плазмы в канале поднимается до 20 000 К.

Минимальную энергию, которая выделяется в процессе молнии, можно вычислить, если принять во внимание следующие данные: процесс развивается в течение t=1*10-6 с, I = 10 000 А, U = 109 В, тогда получим:

E = I*U*t = 10 млн Дж

Полученная цифра эквивалентна энергии, которая освобождается при взрыве 250 кг динамита.

Дуговой разряд

Так же как и искровой, он возникает при наличии достаточного давления в газе. Его характеристики практически полностью аналогичны искровому, но имеются и отличия:

  • во-первых, токи достигают десяти тысяч ампер, но напряжение при этом составляет несколько сотен вольт, что связано с высокой проводимостью среды;
  • во-вторых, дуговой разряд существует стабильно во времени, в отличие от искрового.

Переход в этот вид разряда осуществляется постепенным повышением напряжения. Поддерживается разряд за счет термоэлектронной эмиссии с катода. Ярким его примером является сварочная дуга.

Коронный разряд

Этот тип электрического разряда в газах часто наблюдали моряки, которые путешествовали в Новый Мир, открытый Колумбом. Они называли синеватое свечение на концах мачт «огнями Святого Эльма».

Возникает коронный разряд вокруг объектов, имеющих очень сильную напряженность электрического поля. Такие условия создаются вблизи острых предметов (мачт кораблей, зданий с остроконечными крышами). Когда тело имеет некоторый статический заряд, то напряженность поля на его концах приводит к ионизации окружающего воздуха. Возникшие ионы начинают свой дрейф к источнику поля. Эти слабые токи, вызывающие аналогичные процессы, что и в случае тлеющего разряда, приводят к появлению свечения.

Опасность разрядов для здоровья человека

Коронный и тлеющий разряды особой опасности не представляют для человека, поскольку они характеризуются низкими токами (миллиамперы). Два других из вышеназванных разрядов являются смертельно опасными в случае прямого контакта с ними.

Если человек наблюдает приближение молнии, то он должен отключить все электроприборы (включая мобильные телефоны), а также расположиться так, чтобы не выделяться среди окружающей местности в плане высоты.

Электрический разряд

  • Электрический разряд — процесс протекания электрического тока, связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительного её состояния.

Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных свободных носителей заряда. Электрические разряды можно разделить на:

* Несамостоятельный разряд — разряд, протекающий за счёт внешнего ионизатора.

Самостоятельный разряд — разряд, который может проходить без действия внешнего ионизатора.Виды самостоятельного разряда:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *