Blitz. Elektrische Entladungen in Gasen. Anomale Glimmentladung

Elektrische Entladungen in Gas werden in zwei Gruppen eingeteilt: nicht selbsterhaltende Entladungen und selbsterhaltende Entladungen.

Eine nicht selbsterhaltende Entladung ist eine elektrische Entladung, deren Aufrechterhaltung die Bildung geladener Teilchen in der Entladungsstrecke unter dem Einfluss äußerer Faktoren (äußerer Einfluss auf das Gas oder die Elektroden, Erhöhung der Konzentration geladener Teilchen) erfordert im Band).

Eine unabhängige Entladung ist eine elektrische Entladung, die unter dem Einfluss der an die Elektroden angelegten Spannung entsteht und für deren Aufrechterhaltung keine Bildung geladener Teilchen aufgrund der Einwirkung anderer äußerer Faktoren erforderlich ist.

Wenn eine Entladungsröhre mit zwei flachen Kaltelektroden mit Gas gefüllt und an einen Stromkreis angeschlossen wird, der eine Stromquelle enthält. d.s. Ea und Ballastwiderstand R (Abb. 3-21, a), dann kommt es je nach dem durch die Röhre fließenden Strom (Einstellung durch Wahl des Widerstands R) zu unterschiedlichen Entladungsarten, die durch unterschiedliche physikalische Vorgänge im Gasvolumen gekennzeichnet sind. unterschiedliche Glühmuster und unterschiedliche Werte des Spannungsabfalls über der Entladung.

Abb.3.21
a - Schaltplan zum Einschalten der Entladungsröhre;
b - Strom-Spannungs-Kennlinie der Selbstentladung.

In Abb. dargestellt. Die 3-21,6 Volt-Ampere-Kennlinie umfasst keine Entladungsarten, die bei hohen Drücken auftreten, nämlich Funken, Korona und elektrodenlose Hochfrequenz.

In Abb. In Abb. 3-21.6 ist die komplette Strom-Spannungs-Kennlinie einer solchen Entladungsröhre dargestellt. Seine den verschiedenen Entladungsarten entsprechenden Abschnitte sind durch gepunktete Linien voneinander getrennt und nummeriert.

In der Tabelle In Abb. 3-14 zeigen die Hauptmerkmale verschiedener Entladungsarten.

Regions-Nr. gemäß Abb. 3-21	Titel der Kategorie	Elementare Prozesse im Volumen	Elementarprozesse an der Kathode	Anwendung
	Nicht selbsterhaltende dunkle Entladung	Das elektrische Feld wird durch die Geometrie und die Potentiale der die Entladung begrenzenden Oberflächen bestimmt. Die Raumladung ist klein und verzerrt das elektrische Feld nicht. Der Strom entsteht durch Ladungen, die unter dem Einfluss fremder Ionisatoren (kosmische und radioaktive Strahlung, Photoionisation usw.) entstehen. Die Gasverstärkung erfolgt durch die Ionisierung von Gasatomen durch Elektronen, die sich zur Anode bewegen.	Die aus der Entladung kommenden Ionen rekombinieren mit den Elektronen der Kathode. Mögliche schwache Emission von Elektronen aus der Kathode unter Lichteinfluss (bei aktivierten Kathoden) sowie Elektronenemission unter dem Einfluss positiver Ionen.	Gasgefüllte Fotozellen, Zähler und Ionisationskammern.
	Unabhängige dunkle Entladung	Die Raumladung ist gering und verzerrt die Potentialverteilung zwischen den Elektroden leicht. Die Anregung und Ionisierung von Atomen erfolgt, wenn Elektronen mit ihnen kollidieren, was zur Entstehung von Elektronenlawinen und Ionenflüssen zur Kathode führt. Die Bedingung der Entlastungsunabhängigkeit ist erfüllt. Das Vorhandensein fremder Ionisatoren ist nicht erforderlich. Das Leuchten des Gases ist äußerst schwach und für das Auge nicht sichtbar.	Intensive Emission aus der Kathode unter dem Einfluss positiver Ionen, die das Vorhandensein einer Entladung gewährleistet.
	Übergangsform der Entladung von dunkel nach leuchtend	Intensive Elektronenlawinen führen zu Anregungs- und Ionisationsprozessen im Anodenbereich. In der Nähe der Anode wird ein Gasglühen beobachtet. Die Volumenladung der Elektronen wird insbesondere im anodennahen Bereich teilweise durch Ionen kompensiert.	Emission von Elektronen aus der Kathode unter dem Einfluss positiver Ionen.
	Normale Glimmentladung	Es bilden sich charakteristische Abschnitte der Entladung aus: der kathodennahe Bereich mit großem Potentialabfall und die Entladungssäule, in der Raumladungen kompensiert werden und die Feldstärke gering ist. Das Gas in der Entladungssäule befindet sich in einem Zustand, der Plasma genannt wird Gekennzeichnet durch Konstanz bei Strom- und Gasdruckänderungen. Der Wert wird durch die Art des Gases und das Kathodenmaterial bestimmt. Ein hell leuchtender Gasfilm nahe der Oberfläche der Kathode. Es wird nicht die gesamte Kathode beleuchtet. Die Glühfläche ist proportional zum Strom	Emission von Elektronen aus der Kathode unter dem Einfluss positiver Ionen, metastabiler und schneller neutraler Atome, Photoemission unter dem Einfluss von Entladungsstrahlung.	Zenerdioden, Glimmentladungs-Thyratrons, Dekatrons, Anzeigegeräte, Gaslichtröhren.
	Anormale Glimmentladung	In der Physik ähnelt der Vorgang einer normalen Glimmentladung. Das Kathodenglühen bedeckt die gesamte Kathode. Ein Anstieg des Stroms geht mit einem Anstieg der Stromdichte an der Kathode und einem Abfall des Kathodenpotentials einher.	Die Vorgänge an der Kathode ähneln denen einer normalen Glimmentladung.	Anzeigelampen, Reinigen von Teilen durch Kathodenzerstäubung, Herstellen dünner Filme.
	Übergangsform der Entladung vom Glühen zum Lichtbogen	Die Vorgänge in der Entladungssäule ähneln qualitativ einer Glimmentladung. Der Kathodenbereich verengt sich merklich, es treten örtlich starke Erwärmungen der Kathode auf.	Prozess wird hinzugefügt thermionische Emission (mit einer feuerfesten Kathode) oder elektrostatische Emission (mit einer Quecksilberkathode).	Festgenommene.
	Bogenentladung	Der Abschnitt des Kathodenpotentialabfalls weist ein geringes Ausmaß auf. Der Wert ist klein – in der Größenordnung des Ionisationspotentials des das Gerät füllenden Gases. Die Vorgänge in der Entladungssäule ähneln qualitativ den Vorgängen in der Glimmentladungssäule. Die Entladungssäule ist leuchtend. Bei hohen Drücken wird die Säule in Richtung der Austrittsachse gezogen und bildet eine „Schnur“.

LEKTION

in der Disziplin „Elektronik und Feuerautomatik“ für Kadetten und Studenten

Fachgebiet 030502.65 – „Forensische Untersuchung“

zum Thema Nr. 1.„Halbleiter-, Elektronik-, Ionengeräte“

Das Thema der Vorlesung ist „Anzeige- und Lichtschranken“.

Anzeigegeräte

Elektrische Entladung in Gasen.

Gasentladungsgeräte (Ionengeräte) werden Elektrovakuumgeräte mit einer elektrischen Entladung in Gas oder Dampf genannt. Das Gas in solchen Geräten steht unter vermindertem Druck. Eine elektrische Entladung in einem Gas (in Dampf) ist eine Reihe von Phänomenen, die den Durchgang von elektrischem Strom begleiten. Bei einer solchen Entladung laufen mehrere Prozesse ab.

Anregung von Atomen.

Unter dem Einfluss eines Elektrons bewegt sich eines der Elektronen eines Gasatoms auf eine weiter entfernte Umlaufbahn (auf ein höheres Energieniveau). Dieser angeregte Zustand des Atoms dauert 10 -7 - 10 -8 Sekunden, danach kehrt das Elektron in seine normale Umlaufbahn zurück und gibt die beim Aufprall erhaltene Energie in Form von Strahlung ab. Strahlung wird von Gasglühen begleitet, wenn die emittierten Strahlen zum sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums gehören. Damit ein Atom angeregt werden kann, muss das auftreffende Elektron eine bestimmte Energie haben, die sogenannte Anregungsenergie.

Ionisation.

Die Ionisierung von Atomen (oder Molekülen) eines Gases erfolgt, wenn die Energie des auftreffenden Elektrons größer als die Anregungsenergie ist. Durch die Ionisation wird ein Elektron aus einem Atom herausgeschlagen. Folglich gibt es zwei freie Elektronen im Raum und das Atom selbst wird zu einem positiven Ion. Wenn diese beiden Elektronen, die sich in einem Beschleunigungsfeld bewegen, ausreichend Energie gewinnen, kann jedes von ihnen ein neues Atom ionisieren. Es wird bereits vier freie Elektronen und drei Ionen geben. Es kommt zu einem lawinenartigen Anstieg der Zahl freier Elektronen und Ionen.

Eine schrittweise Ionisierung ist möglich. Durch den Aufprall eines Elektrons geht das Atom in einen angeregten Zustand über und wird, da es keine Zeit hat, in den Normalzustand zurückzukehren, durch den Aufprall eines anderen Elektrons ionisiert. Als Zunahme der Anzahl geladener Teilchen in einem Gas aufgrund von Ionisierung (freie Elektronen und Ionen) wird bezeichnet Elektrifizierung von Gas.

Rekombination.

Zusammen mit der Ionisierung im Gas findet auch der umgekehrte Prozess der Neutralisierung von Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen statt. Positive Ionen und Elektronen bewegen sich chaotisch im Gas und können sich bei gegenseitiger Annäherung zu einem neutralen Atom verbinden. Dies wird durch die gegenseitige Anziehung entgegengesetzt geladener Teilchen erleichtert. Die Reduktion neutraler Atome nennt man Rekombination. Da für die Ionisierung Energie aufgewendet wird, haben ein positives Ion und ein Elektron eine Gesamtenergie, die größer ist als die eines neutralen Atoms. Daher geht die Rekombination mit einer Energieemission einher. Dies wird normalerweise beobachtet Gasglühen.

Wenn in einem Gas eine elektrische Entladung auftritt, überwiegt die Ionisierung; wenn ihre Intensität abnimmt, überwiegt die Rekombination. Bei einer konstanten Intensität der elektrischen Entladung in einem Gas wird ein stationärer Zustand beobachtet, in dem die Anzahl der pro Zeiteinheit durch Ionisierung entstehenden freien Elektronen (und positiven Ionen) im Durchschnitt gleich der Anzahl der durch Rekombination entstehenden neutralen Atome ist. Wenn die Entladung aufhört, verschwindet die Ionisierung und aufgrund der Rekombination wird der neutrale Zustand des Gases wiederhergestellt.

Die Rekombination erfordert eine gewisse Zeitspanne, sodass die Entionisierung in 10 -5 – 10 -3 Sekunden erfolgt. Daher sind Gasentladungsgeräte im Vergleich zu elektronischen Geräten viel träger.

Arten elektrischer Entladungen in Gasen.

Es gibt selbsterhaltende und nicht selbsterhaltende Entladungen im Gas. Die Selbstentladung wird nur unter dem Einfluss elektrischer Spannung aufrechterhalten. Eine nicht selbsterhaltende Entladung kann vorliegen, sofern neben der Spannung noch einige weitere Faktoren eine Rolle spielen. Dabei kann es sich um Lichtstrahlung, radioaktive Strahlung, thermionische Emission einer heißen Elektrode usw. handeln.

Abhängig ist t dunkler oder ruhiger Ausfluss. Das Gasglühen ist normalerweise unsichtbar. In Gasentladungsgeräten wird es praktisch nicht verwendet.

Unabhängig umfasst t fließender Ausfluss. Es zeichnet sich durch ein Gasglühen aus, das an das Glühen einer glimmenden Kohle erinnert. Die Entladung wird durch Elektronenemission aus der Kathode unter Ionenstößen aufrechterhalten. Zu den Glimmentladungsgeräten gehören Zenerdioden (Gasentladungsspannungsstabilisatoren), Gaslichtlampen, Glimmentladungs-Thyratrons, Schilderanzeigelampen und Dekatrons (Gasentladungs-Zählgeräte).

Bogenentladung kann entweder abhängig oder unabhängig sein. Eine Bogenentladung erfolgt mit einer deutlich höheren Stromdichte als eine Glimmentladung und geht mit einem intensiven Leuchten des Gases einher. Zu den nicht selbsterhaltenden Lichtbogenentladungsgeräten gehören Gastrons und Thyratrons mit einer beheizten Kathode. Zu den unabhängigen Lichtbogenentladungsgeräten gehören Quecksilberventile (Excitrons) und Ignitrons mit einer flüssigen Quecksilberkathode sowie Gasentladungsgeräte.

Funkenentladungähnelt einer Bogenentladung. Es handelt sich um eine kurzzeitige gepulste elektrische Entladung. Es wird in Ableitern eingesetzt, die zur kurzzeitigen Schließung bestimmter Stromkreise dienen.

Hochfrequenzentladung kann in einem Gas unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Wechselfeldes auch ohne leitende Elektroden auftreten.

Corona-Ausfluss ist unabhängig und wird in Gasentladungsgeräten zur Spannungsstabilisierung verwendet. Dies wird in Fällen beobachtet, in denen eine der Elektroden einen sehr kleinen Radius hat.

Elektrische Entladung- Der Verlust von Elektrizität durch jeden elektrifizierten Körper, d. h. die Strahlung dieses Körpers, kann auf verschiedene Weise erfolgen, wodurch die mit der Strahlung einhergehenden Phänomene sehr unterschiedlicher Natur sein können. Alle verschiedenen Formen von R. können in drei Haupttypen unterteilt werden: R. in Form von elektrischem Strom oder R. leitend, R. konvektiv und R. diskontinuierlich. R. in Form von Strom tritt auf, wenn ein elektrifizierter Körper über Leiter oder sogar Isolatoren mit der Erde oder einem anderen Körper verbunden ist, dessen Elektrizität in der Menge und im entgegengesetzten Vorzeichen der Elektrizität auf dem entladenden Körper entspricht, wobei es sich jedoch um Isolatoren handelt, deren Oberfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist. Zum Beispiel . Die Oberfläche ist nass oder schmutzig. In diesen Fällen passiert es volles R. eines bestimmten Körpers, und die Dauer dieses R. wird durch den Widerstand und die Form (siehe Selbstinduktion) der Leiter bestimmt, durch die R. auftritt. Je niedriger der Widerstand und der Selbstinduktionskoeffizient der Leiter, desto schneller R . des Körpers auftritt. Der Körper ist teilweise entladen, d.h. sein R. tritt auf unvollständig, wenn es durch Leiter mit einem anderen Körper verbunden ist, der nicht oder weniger elektrifiziert ist als er. In diesen Fällen gilt: Je mehr Strom der Körper verliert, desto größer ist die Kapazität des Körpers, der über Leiter mit ihm verbunden ist. Die Phänomene, die mit Strahlung in Form von Strom einhergehen, sind qualitativ dieselben wie die Phänomene, die durch elektrischen Strom verursacht werden, der durch gewöhnliche galvanische Elemente angeregt wird. R. konventionell tritt auf, wenn sich ein gut isolierter Körper in einem flüssigen oder gasförmigen Medium befindet, das Partikel enthält, die elektrisiert werden können und sich unter dem Einfluss elektrischer Kräfte in diesem Medium bewegen können. R. explosiv - Dies ist der R. des Körpers entweder in den Boden oder in einen anderen Körper, der entgegengesetzt elektrisiert ist, durch ein Medium, das keinen Strom leitet. Das Phänomen tritt auf, als ob das nichtleitende Medium der Wirkung jener Spannungen nachgibt, die in ihm unter dem Einfluss der Elektrifizierung des Körpers entstehen, und einen Weg für die Elektrizität bereitstellt. Solche diskontinuierlichen R. gehen immer mit Lichtphänomenen einher und können in verschiedenen Formen auftreten. Aber alle diese Formen von diskontinuierlichem R. können in drei Kategorien eingeteilt werden: R. mit Hilfe eines Funkens, R. mit einem Pinsel, R. begleitet von Glanz oder Ruhe P. Alle diese R. ähneln einander darin, dass sie trotz der kurzen Dauer jeweils eine Kombination mehrerer R. darstellen, das heißt, bei diesen R. verliert der Körper seine Elektrizität nicht kontinuierlich, sondern intermittierend Benehmen. R. ist mit Hilfe eines Funkens in den meisten Fällen oszillierend (siehe Oszillatorisches R.). R. entsteht mit Hilfe eines Funkens, wenn sich ein elektrifizierter Körper in einem Gas befindet beträchtlich Elastizität oder in einer Flüssigkeit ist ein anderer Körper nahe genug, elektrisch leitend und mit der Erde verbunden oder gegenüber diesem Körper elektrisiert. Ein Funke kann sich auch bilden, wenn sich zwischen diesen beiden Körpern eine Schicht aus einem festen Isolator befindet. In diesem Fall durchdringt der Funke diese Schicht, bildet ein Durchgangsloch und Risse darin. Ein Funke wird immer von einem besonderen Knistergeräusch begleitet, das aus einer schnellen Erschütterung der Umgebung, in der er entsteht, resultiert. Wenn der Funke kurz ist, sieht er aus wie eine helle, gerade Linie. Die Dicke dieser Linie wird durch die Strommenge bestimmt, die der elektrifizierte Körper mit Hilfe dieses Funkens verliert. Mit zunehmender Länge des Funkens wird er dünner und weicht gleichzeitig vom Aussehen einer geraden Linie ab, nimmt die Form einer Zickzacklinie an, verzweigt sich dann bei weiterer Dehnung und nimmt schließlich die Form eines Pinsels an (Tabelle, Abb. 1). Mit Hilfe eines rotierenden Spiegels lässt sich feststellen, dass der entstehende Funke tatsächlich aus mehreren einzelnen Funken besteht, die nach einer gewissen Zeit aufeinander folgen. Die Länge des entstehenden Funkens oder die sogenannte Bitabstand, hängt von der Potentialdifferenz zwischen den Körpern ab, zwischen denen dieser Funke erzeugt wird. Doch selbst bei gleichem Potentialunterschied zwischen zwei Körpern variiert die Länge des zwischen ihnen gebildeten Funkens je nach Form dieser Körper etwas. Somit ist der Funke bei gegebener Potentialdifferenz länger, wenn er zwischen zwei Scheiben entsteht, als wenn er zwischen zwei Kugeln springen muss. Und bei verschiedenen Bällen ist der Funke nicht gleich lang. Je mehr sich die beiden Kugeln in der Größe unterscheiden, desto länger ist sie. Bei einer gegebenen Potentialdifferenz wird der kürzeste Funke erhalten, d. h. die kleinste Entladungsstrecke ergibt sich für den Fall, dass der Funke zwischen zwei Kugeln gleicher Größe erzeugt werden soll. Eine Änderung der Gaselastizität hat einen sehr großen Einfluss auf die Größe der Potentialdifferenz, die erforderlich ist, um einen Funken einer bestimmten Länge zu bilden. Mit abnehmender Gaselastizität nimmt auch diese Potentialdifferenz ab. Die Art des Gases, in dem der Funke entsteht, hat einen wesentlichen Einfluss auf die Größe der erforderlichen Potentialdifferenz. Bei gleicher Funkenlänge und gleicher Gaselastizität ist dieser Potentialunterschied bei Wasserstoff am kleinsten, bei Luft größer und bei Kohlensäure noch größer. Um in einer Flüssigkeit einen Funken zu erzeugen, ist eine größere Potentialdifferenz erforderlich als um den gleichen Funken in einem Gas zu erzeugen. Die Substanz der Körper, zwischen denen der Funke entsteht, hat einen sehr geringen Einfluss auf die Potentialdifferenz, die für die Entstehung des Funkens erforderlich ist. Bei kurzen Funkenlängen in Luft oder einem anderen Gas ist die Potentialdifferenz, die den Funken bildet, sehr genau proportional zur Länge des Funkens. Bei großen Funkenlängen ist der Zusammenhang zwischen der Funkenlänge und der dafür erforderlichen Potentialdifferenz nicht so einfach. In diesem Fall nimmt mit zunehmender Potenzialdifferenz die Funkenlänge schneller zu, als die Potenzialdifferenz zunimmt. Die folgende Tabelle enthält Daten zur Angabe der Länge der Funken und der entsprechenden Potentialunterschiede (Funken entstehen zwischen zwei Scheiben, eine davon hat eine leicht konvexe Oberfläche).

Funkenlänge, in stm	Potentialdifferenz in Volt
0,0205	1000
0,0430	2000
0,0660	3000
0,1176	5000
0,2863	10000
0,3378	11300

ELEKTRISCHE ENTLADUNG.

Das Konzept der elektrischen Entladung in Gasen umfasst alle Fälle der Bewegung geladener Teilchen (Elektronen und Ionen) in Gasen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, die daraus resultieren Ionisationsprozesse. Voraussetzung für das Auftreten einer Entladung in Gasen ist das Vorhandensein freier Ladungen darin – Elektronen und Ionen.

Ein Gas, das nur aus neutralen Molekülen besteht, leitet elektrischen Strom überhaupt nicht, d. h. es leitet elektrischen Strom ideales Dielektrikum. Unter realen Bedingungen verfügt das Gas aufgrund des Einflusses natürlicher Ionisatoren (ultraviolette Strahlung der Sonne, kosmische Strahlung, radioaktive Strahlung der Erde usw.) immer über eine bestimmte Menge an freien Ladungen – Ionen und Elektronen, die ihm eine Energie verleihen bestimmte elektrische Leitfähigkeit.

Die Leistung natürlicher Ionisatoren ist sehr gering: Durch ihren Einfluss bildet sich pro Sekunde pro Kubikzentimeter etwa ein Ladungspaar in der Luft, was einer Erhöhung der volumetrischen Ladungsdichte p = 1,6 -19 C/ entspricht. (cm 3 x s). Jede Sekunde wird die gleiche Anzahl Ladungen neu kombiniert. Die Ladungszahl in 1 cm 3 Luft bleibt konstant und beträgt 500-1000 Ionenpaare.

Wenn also an die Platten eines flachen Luftkondensators mit einem Abstand S zwischen den Elektroden Spannung angelegt wird, entsteht im Stromkreis ein Strom, dessen Dichte J = 2poS = 3,2x10 -19 S A/cm2 beträgt.

Durch den Einsatz künstlicher Ionisatoren erhöht sich die Stromdichte im Gas um ein Vielfaches. Wenn beispielsweise ein Gasspalt mit einer Quecksilber-Quarzlampe beleuchtet wird, steigt die Stromdichte im Gas auf 10 – 12 A/cm2; bei Vorhandensein einer Funkenentladung in der Nähe des ionisierten Volumens entstehen Ströme in der Größenordnung von 10 – Es entstehen ca. 10 A/cm2 usw.

Lassen Sie uns überlegen Abhängigkeit des Stroms, der durch einen Gasspalt mit einem gleichmäßigen elektrischen Feld fließt, von der Größe der angelegten Spannung ich (Abb. 1).

Reis. 1. Strom-Spannungs-Kennlinien einer Gasentladung

Mit steigender Spannung nimmt zunächst der Strom im Spalt zu, da immer mehr Ladungen unter den Einfluss des elektrischen Feldes an den Elektroden fallen (Abschnitt OA). Im AB-Abschnitt ändert sich der Strom praktisch nicht, da alle durch externe Ionisatoren gebildeten Ladungen auf die Elektroden fallen. Die Größe des Sättigungsstroms Is wird durch die Intensität des auf den Spalt einwirkenden Ionisators bestimmt.

Bei einem weiteren Spannungsanstieg steigt der Strom stark an (Abschnitt BC), was auf die intensive Entwicklung von Gasionisationsprozessen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes hinweist. Bei der Spannung U0 kommt es zu einem starken Anstieg des Stroms im Spalt, der gleichzeitig seine dielektrischen Eigenschaften verliert und zum Leiter wird.

Das Phänomen, bei dem zwischen den Elektroden des Gasspalts ein Kanal mit hoher Leitfähigkeit entsteht, wird als bezeichnet Stromausfall(Ein Gasdurchschlag wird oft als elektrische Entladung bezeichnet, womit der gesamte Prozess der Durchschlagsbildung gemeint ist.)

Die dem Abschnitt der OABC-Kennlinie entsprechende elektrische Entladung wird aufgerufen abhängig, da in diesem Abschnitt der Strom im Gasspalt durch die Intensität des wirkenden Ionisators bestimmt wird. Als C bezeichnet man den Abfluss im Bereich nach Punkt C unabhängig, da der Entladestrom in diesem Abschnitt nur von den Parametern des Stromkreises selbst (seinem Widerstand und der Leistung der Stromquelle) abhängt und seine Aufrechterhaltung keine Bildung geladener Teilchen durch externe Ionisatoren erfordert. Man nennt die Spannung Uo, bei der die Selbstentladung beginnt Anfangsspannung.

Die Formen der Selbstentladung in Gasen können je nach den Bedingungen, unter denen die Entladung erfolgt, unterschiedlich sein.

Bei niedrigen Drücken, wenn der Spalt aufgrund der geringen Anzahl von Gasmolekülen pro Volumeneinheit keine hohe Leitfähigkeit erreichen kann, kommt es zu einer Glimmentladung. Die Stromdichte bei einer Glimmentladung ist gering (1-5 mA/cm2), die Entladung erstreckt sich über den gesamten Raum zwischen den Elektroden.

Reis. 2. Glimmentladung im Gas

Bei Gasdrücken nahe dem Atmosphärendruck und höher kommt es zu einer Funkenentladung, wenn die Leistung der Stromquelle niedrig ist oder kurzzeitig Spannung an die Funkenstrecke angelegt wird. Ein Beispiel für eine Funkenentladung ist eine Entladung. Bei längerem Anlegen der Spannung erfolgt die Funkenentladung in Form von Funken, die nacheinander zwischen den Elektroden entstehen.

Reis. 3. Funkenentladung

Bei erheblicher Leistung der Stromquelle geht die Funkenentladung in eine Bogenentladung über, bei der ein Strom von Hunderten und Tausenden von Ampere durch den Spalt fließen kann. Dieser Strom trägt zur Erwärmung des Entladungskanals bei, erhöht seine Leitfähigkeit und führt zu einem weiteren Anstieg des Stroms. Da dieser Vorgang einige Zeit in Anspruch nimmt Bei kurzzeitigem Anlegen einer Spannung geht die Funkenentladung nicht in eine Bogenentladung über.

Reis. 4. Lichtbogenentladung

In stark inhomogenen Feldern beginnt immer eine eigenständige Entladung in der Form Koronaentladung, die sich nur in dem Teil des Gasspalts entwickelt, in dem die Feldstärke am höchsten ist (in der Nähe der scharfen Kanten der Elektroden). Bei einer Koronaentladung entsteht zwischen den Elektroden kein Durchgangskanal mit hoher Leitfähigkeit, d. h. der Spalt behält seine isolierenden Eigenschaften. Bei weiterer Erhöhung der angelegten Spannung geht die Koronaentladung in einen Funken oder Lichtbogen über.

Bei der Koronaentladung handelt es sich um eine Art stationäre elektrische Entladung in einem Gas ausreichender Dichte, die in einem starken ungleichmäßigen elektrischen Feld auftritt. Die Ionisierung und Anregung neutraler Gasteilchen durch Elektronenlawinen erfolgt in einer begrenzten Zone (Koronabedeckung oder Ionisierungszone) eines starken elektrischen Feldes in der Nähe einer Elektrode mit kleinem Krümmungsradius. Das blassblaue oder violette Leuchten des Gases in der Ionisationszone, analog zum Halo der Sonnenkorona, gab dieser Art von Entladung den Namen.

Zusätzlich zur Strahlung im sichtbaren, ultravioletten (hauptsächlich) sowie in kürzerwelligen Teilen des Spektrums geht die Koronaentladung mit der Bewegung von Gaspartikeln von der Koronaelektrode einher – der sogenannten. „elektrischer Wind“, Rascheln, manchmal Radioemission, Chemie, Reaktionen (zum Beispiel die Bildung von Ozon und Stickoxiden in der Luft).

Reis. 5. Koronaentladung im Gas

Die Muster des Auftretens elektrischer Entladungen in verschiedenen Gasen sind gleich, der Unterschied liegt in den Werten der den Prozess charakterisierenden Koeffizienten.

Die Erfahrung zeigt, dass man, wenn man die Spannung zwischen zwei Elektroden in einem Gas schrittweise erhöht, je nach Beschaffenheit des Gases und dem Druck, bei dem ein elektrischer Strom im Gas entsteht, auch ohne den Einfluss externer Ionisatoren einen bestimmten Wert erreichen kann. Das Phänomen, dass elektrischer Strom unabhängig von externen Ionisatoren durch ein Gas fließt, wird als unabhängige Gasentladung bezeichnet.

Der Hauptmechanismus der Gasionisierung während einer selbsterhaltenden elektrischen Entladung ist die Ionisierung von Atomen und Molekülen durch Elektronenstöße.

Die Entwicklung einer unabhängigen elektrischen Entladung in einem Gas verläuft wie folgt. Sobald ein freies Elektron in einem Gas auftaucht, beschleunigt es unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, seine kinetische Energie erhöht sich und wenn die Bedingung erfüllt ist eEλ ≥ A und, Bei der Kollision mit einem Molekül ionisiert es dieses. Das Primärelektron und das Sekundärelektron, die bei der Stoßionisation entstehen, werden unter dem Einfluss des elektrischen Feldes erneut beschleunigt, und jedes von ihnen setzt bei nachfolgenden Kollisionen ein weiteres Elektron frei usw. Die Anzahl der freien Elektronen steigt lawinenartig an, bis sie erreichen die Anode.

Im Gas entstehende positive Ionen bewegen sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes von der Anode zur Kathode. Beim Auftreffen positiver Ionen auf die Kathode sowie unter dem Einfluss von Strahlung, die bei der Entstehung einer Entladung entsteht, können neue Elektronen aus der Kathode freigesetzt werden. Sie werden durch das elektrische Feld beschleunigt und erzeugen neue Elektronen-Ionen-Lawinen, und dieser Prozess kann kontinuierlich fortgesetzt werden. Es gibt verschiedene Arten der Selbstentladung. Betrachten wir verschiedene Arten unabhängiger Entladungen: Funke, Glühen, Korona, Lichtbogen.

Funkenentladung. Ist die Stromquelle nicht in der Lage, eine selbsterhaltende elektrische Entladung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, spricht man von einer Form der selbsterhaltenden Entladung Funkenentladung. Die Funkenentladung stoppt kurze Zeit nach Beginn der Entladung aufgrund eines deutlichen Spannungsabfalls. Beispiele für Funkenentladungen sind Funken, die beim Kämmen von Haaren, beim Trennen von Papierblättern oder beim Entladen eines Kondensators entstehen. Die größten „Funken“ – Blitze – werden während eines Gewitters beobachtet. Untersuchungen haben gezeigt, dass Gewitter durch die Trennung elektrischer Ladungen in Gewitterwolken entstehen.

Corona-Ausfluss. In stark inhomogenen elektrischen Feldern, die beispielsweise zwischen einer Spitze und einer Ebene oder zwischen einem Stromleitungsdraht und der Erdoberfläche entstehen, kommt es zu einer besonderen Form der selbsterhaltenden Entladung in Gasen, die sogenannte Krone Entladung. |Das Hauptmerkmal einer Koronaentladung besteht darin, dass der Prozess der Ionisierung von Atomen durch Elektronenstoß nur in kurzen Abständen durch eines der Elektronen in einem Bereich mit hohen elektrischen Feldstärken erfolgt. Bei der Übertragung von Strom über große Entfernungen muss mit Koronaentladungen gerechnet werden. Die größte Feldstärke entsteht in der Nähe der Drähte. Da Elektrizität über weite Strecken durch relativ dünne Drähte mit hoher Spannung zwischen ihnen übertragen wird, kommt es in der Nähe der Drähte zu einer ziemlich starken Koronaentladung. Dies führt zum Verlust eines Teils des übertragenen Stroms. Koronaverluste in solchen Leitungen sind umso größer, je höher die Spannung zwischen den Drähten und je größer die Leitungslänge ist.

Bogenentladung. Eine weitere wichtige Form der selbsterhaltenden Entladung in Gasen ist bekannt, genannt Lichtbogen. Es wurde erstmals 1802 vom Physikprofessor der St. Petersburger Medizinischen und Chirurgischen Akademie V. V. Petrov entdeckt. Wenn wir zwei sich berührende Kohlenstoffelektroden, die an eine Stromquelle angeschlossen sind, leicht über eine kurze Strecke bewegen, sehen wir zwischen den Enden ein helles Leuchten des Gases der Kohlen, und die Kohlen selbst werden erhitzt.

Wenn man die Bogenentladung durch dunkles Glas betrachtet, erkennt man, dass das Licht hauptsächlich von den Enden der Kohlen kommt. Das Leuchten des Lichtbogens selbst – ein heller gebogener Streifen, der sich im Gasspalt zwischen den Enden der Kohlen bildet – ist viel schwächer. Um einen Lichtbogen zu brennen, reicht eine relativ kleine Spannung von 40-50 V aus, aber die Stromstärke im Lichtbogen erreicht Dutzende und sogar Hunderte Ampere. Dies deutet darauf hin, dass der Gaswiderstand in der Bogenentladung relativ gering ist.