Villám. Elektromos kisülések gázokban Rendellenes izzókisülés

Az elektromos kisülések gázban két csoportra oszthatók: nem önfenntartó kisülésekre és önfenntartó kisülésekre.

A nem önfenntartó kisülés olyan elektromos kisülés, amelynek fenntartása érdekében külső tényezők hatására (a gázra vagy elektródákra gyakorolt ​​külső hatás, a töltött részecskék koncentrációjának növelése) a kisülési résben töltött részecskék képződése szükséges. kötetben).

A független kisülés olyan elektromos kisülés, amely az elektródákra adott feszültség hatására jön létre, és nem igényel töltött részecskék képződését más külső tényezők hatására annak fenntartásához.

Ha egy két lapos hidegelektródával ellátott kisülési csövet gázzal töltenek meg, és elektromos áramforrást tartalmazó elektromos áramkörhöz csatlakoztatják. d.s. Ea és R előtétellenállás (3-21. ábra, a), majd a csövön átfolyó áramtól függően (R ellenállás kiválasztásával beállítva) különböző típusú kisülések lépnek fel benne, amelyet a gáztérfogatban különböző fizikai folyamatok jellemeznek, különböző izzási minták és különböző értékű feszültségesés a kisülésen.

3.21
a - kapcsolási rajz a kisülési cső bekapcsolásához;
b - az önkisülésre jellemző áram-feszültség.

ábrán látható. A 3-21,6 voltos amper jelleggörbe nem tartalmazza a nagy nyomáson fellépő kisülési típusokat, nevezetesen a szikra-, korona- és elektróda nélküli nagyfrekvenciás kisüléseket.

ábrán. A 3-21.6 ábra egy ilyen kisülési cső teljes áram-feszültség karakterisztikáját mutatja. Különböző ürítési típusoknak megfelelő szakaszai szaggatott vonallal vannak elválasztva és számozva.

táblázatban A 3-14. ábrák a különböző típusú kisülések fő jellemzőit mutatják.

ábra szerinti régiószám. 3-21	Kategória címe	Elemi folyamatok térfogatban	Elemi folyamatok a katódon	Alkalmazás
	Nem önfenntartó sötét váladékozás	Az elektromos teret a kisülést korlátozó felületek geometriája és potenciáljai határozzák meg. A tértöltés kicsi és nem torzítja az elektromos teret. Az áramot idegen ionizátorok (kozmikus és radioaktív sugárzás, fotoionizáció stb.) hatására fellépő töltések hozzák létre. A gáz fokozódása a gázatomoknak az anód felé mozgó elektronok általi ionizációja eredményeként következik be.	A kisülésből származó ionok rekombinálódnak a katód elektronjaival. Lehetséges gyenge elektronemisszió a katódról fény hatására (aktivált katódokkal), valamint elektronemisszió pozitív ionok hatására.	Gáztöltésű fotocellák, számlálók és ionizációs kamrák.
	Független sötét váladékozás	A tértöltés kicsi, és kissé torzítja az elektródák közötti potenciáleloszlást. Az atomok gerjesztése és ionizációja akkor megy végbe, amikor elektronok ütköznek velük, ami elektronlavinák kialakulásához és ionáramlásokhoz vezet a katód felé. A mentesítés függetlenségi feltétele teljesül. Idegen ionizátorok jelenléte nem szükséges. A gáz izzása rendkívül gyenge, szemmel nem látható.	Intenzív emisszió a katódból pozitív ionok hatására, biztosítva a kisülés meglétét.
	A váladékozás átmeneti formája a sötétből az izzóba	Az intenzív elektronlavinák gerjesztési és ionizációs folyamatokhoz vezetnek az anódterületen. Gáz izzás figyelhető meg az anód közelében. Az elektronok térfogati töltését részben ionok kompenzálják, különösen az anódközeli tartományban.	Elektronok kibocsátása a katódról pozitív ionok hatására.
	Normál izzás kisülés	Kialakulnak a kisülés jellegzetes szakaszai: a nagy potenciáleséssel járó katódközeli tartomány és a kisülési oszlop, amelyben a tértöltések kompenzálódnak és a térerősség kicsi. A kisülési oszlopban lévő gáz plazmának nevezett állapotban van Állandóság jellemzi az áram megváltoztatásakor, valamint a gáznyomás. Az értéket a gáz típusa és a katód anyaga határozza meg. Fényesen izzó gázfilm a katód felülete közelében. Nincs az egész katód megvilágítva. Az izzási terület az áramerősséggel arányos	Elektronok kibocsátása a katódról pozitív ionok, metastabil és gyors semleges atomok, fotoemisszió kisülési sugárzás hatására.	Zener diódák, izzító kisülésű tiratronok, dekatronok, indikátorok, gáz-fénycsövek.
	Rendellenes fényvesztés	A fizikában a folyamat hasonló a normál izzó kisüléshez. A katód fénye az egész katódot lefedi. Az áramerősség növekedését a katódon lévő áramsűrűség növekedése és a katódpotenciál csökkenése kíséri.	A katódon zajló folyamatok hasonlóak a normál izzító kisüléshez.	Jelzőlámpák, alkatrészek tisztítása katódporlasztással, vékony filmek készítése.
	A kisülés átmeneti formája az izzástól az ívig	A kisülési oszlopban zajló folyamatok minőségileg hasonlóak az izzó kisüléshez. A katód területe észrevehetően beszűkül, a katód erősen melegedő helyi területei jelennek meg.	A folyamat hozzáadva hőkibocsátás (tűzálló katóddal) vagy elektrosztatikus emisszió (higanykatóddal).	Letartóztatók.
	Ívkisülés	A katód potenciálesés szakasza kis kiterjedésű. Az érték kicsi - a készüléket kitöltő gáz ionizációs potenciáljának nagyságrendjében. A kisülési oszlopban zajló folyamatok minőségileg hasonlóak az izzó kisülési oszlopban zajló folyamatokhoz. A kisülési oszlop világító. Nagy nyomáson az oszlopot a kisülési tengely felé húzzák, „zsinórt” képezve.

L E C T I O N

az "Elektronika és tűzautomatika" szakon kadétok és hallgatók számára

szakterület 030502.65 – „Törvényszéki szakértői vizsgálat”

1. számú témában."Félvezető, elektronikus, ionos eszközök"

Az előadás témája: „Indikátor és fotoelektromos eszközök”.

Kijelző eszközök

Elektromos kisülés gázokban.

A gázkisüléses (ionos) eszközöket elektrovákuum eszközöknek nevezzük, amelyek elektromos kisülése gázban vagy gőzben történik. Az ilyen eszközökben lévő gáz csökkentett nyomás alatt van. Az elektromos kisülés egy gázban (gőzben) olyan jelenségek összessége, amelyek az elektromos áram áthaladását kísérik. Egy ilyen kisülés során számos folyamat játszódik le.

Atomok gerjesztése.

Egy elektron becsapódása alatt a gázatom egyik elektronja távolabbi pályára (magasabb energiaszintre) mozog. Az atomnak ez a gerjesztett állapota 10 -7 - 10 -8 másodpercig tart, majd az elektron visszatér normál pályájára, és sugárzás formájában adja le a becsapódáskor kapott energiát. A sugárzást gázfény kíséri, ha a kibocsátott sugarak az elektromágneses spektrum látható részéhez tartoznak. Ahhoz, hogy egy atom gerjeszthető legyen, a felcsapó elektronnak rendelkeznie kell egy bizonyos energiával, az úgynevezett gerjesztési energiával.

Ionizálás.

A gáz atomjai (vagy molekulái) ionizálódnak, ha az ütköző elektron energiája nagyobb, mint a gerjesztési energia. Az ionizáció következtében egy elektron kiütődik az atomból. Következésképpen két szabad elektron lesz a térben, és maga az atom pozitív ionná alakul. Ha ez a két elektron egy gyorsuló térben mozogva elegendő energiát nyer, mindegyik új atomot ionizálhat. Már négy szabad elektron és három ion lesz. A szabad elektronok és ionok számának lavinaszerű növekedése következik be.

Lépésenkénti ionizáció lehetséges. Az egyik elektron becsapódásától az atom gerjesztett állapotba kerül, és nincs ideje visszatérni a normál állapotba, egy másik elektron becsapódásától ionizálódik. A gázban lévő töltött részecskék számának ionizáció hatására bekövetkező növekedését (szabad elektronok és ionok) ún. gáz villamosítása.

Rekombináció.

A gáz ionizációjával együtt az ellenkező előjelű töltések semlegesítésének fordított folyamata is megtörténik. A pozitív ionok és elektronok kaotikusan mozognak a gázban, és egymáshoz közeledve semleges atomot alkothatnak. Ezt elősegíti az ellentétes töltésű részecskék kölcsönös vonzása. A semleges atomok redukcióját ún rekombináció. Mivel az energiát ionizációra fordítják, a pozitív ion és az elektron összenergiája nagyobb, mint egy semleges atomé. Ezért a rekombináció energiakibocsátással jár együtt. Ezt általában megfigyelik gáz izzás.

Amikor egy gázban elektromos kisülés lép fel, az ionizáció dominál, ha intenzitása csökken, a rekombináció dominál. Egy gázban az elektromos kisülés állandó intenzitása mellett állandósult állapot figyelhető meg, amelyben az ionizáció következtében egységnyi idő alatt keletkező szabad elektronok (és pozitív ionok) száma átlagosan megegyezik a rekombinációból származó semleges atomok számával. Amikor a kisülés leáll, az ionizáció megszűnik, és a rekombináció következtében a gáz semleges állapota visszaáll.

A rekombinációhoz bizonyos időre van szükség, így a deionizáció 10 -5 - 10 -3 másodperc alatt megy végbe. Így az elektronikus eszközökhöz képest a gázkisüléses készülékek sokkal inerciálisabbak.

Az elektromos kisülések típusai gázokban.

A gázban vannak önfenntartó és nem önfenntartó kibocsátások. Az önkisülés csak elektromos feszültség hatására marad fenn. Létezhet nem önfenntartó kisülés, feltéve, hogy a feszültségen kívül néhány további tényező is működik. Lehetnek fénysugárzás, radioaktív sugárzás, forró elektródák termikus emissziója stb.

Függő a t sötét vagy csendes váladékozás. A gáz izzás általában láthatatlan. Gázkisüléses készülékekben gyakorlatilag nem használják.

Független magában foglalja a t áramló kisülés. A parázsló szén izzására emlékeztető gázfény jellemzi. A kisülést a katód elektronkibocsátása tartja fenn ionhatások hatására. Az izzókisülési eszközök közé tartoznak a zener-diódák (gázkisülési feszültségstabilizátorok), a gázfénylámpák, az izzítókisüléses tiratronok, a jeljelző lámpák és a dekatronok (gázkisülés-számláló eszközök).

Ívkisülés lehet függő vagy független. Az ívkisülés lényegesen nagyobb áramsűrűségnél lép fel, mint az izzítókisülésnél, és a gáz intenzív izzása kíséri. A nem önfenntartó ívkisülési eszközök közé tartoznak a fűtött katóddal ellátott gasztronok és tiratronok. A független ívkisülési eszközök közé tartoznak a higanyszelepek (excitronok) és a folyékony higanykatódos ignitronok, valamint a gázkisülők.

Szikrakisülésívkisüléshez hasonlít. Ez egy rövid távú impulzusos elektromos kisülés. Olyan levezetőkben használják, amelyek bizonyos áramkörök rövid távú lezárására szolgálnak.

Nagyfrekvenciás kisülés váltakozó elektromágneses tér hatására gázban vezető elektródák hiányában is előfordulhat.

Korona kisülés független, és gázkisüléses készülékekben használják a feszültség stabilizálására. Olyan esetekben figyelhető meg, amikor az egyik elektródának nagyon kicsi a sugara.

Elektromos kisülés- Bármely villamosított test elektromos áramvesztése, azaz ennek a testnek a kisugárzása többféleképpen történhet, aminek következtében a sugárzást kísérő jelenségek természetükben nagyon eltérőek lehetnek. Az R. összes különböző formája három fő típusra osztható: R. elektromos áram formájában, vagy R. vezetőképes, R. konvektív és R. nem folytonos. R. áram formájában akkor fordul elő, ha egy villamosított testet a földeléssel vagy a kisülő testen lévő elektromossággal ellentétes előjellel azonos mennyiségű és előjelű elektromossággal rendelkező másik testhez csatlakoztatnak vezetőkön vagy akár szigetelőkön keresztül, de olyan szigetelőkön keresztül, amelyek felületét elektromosságot vezető réteg borítja, például . a felület nedves vagy piszkos. Ezekben az esetekben előfordul teljes R. adott testnek, és ennek az R. időtartamát azon vezetők ellenállása és alakja (lásd Önindukció) határozza meg, amelyeken keresztül R. történik Minél kisebb a vezetők ellenállása és önindukciós együtthatója, annál gyorsabb az R. . a testben előfordul. A test részlegesen kisül, vagyis annak R. előfordul befejezetlen, amikor vezetékekkel összekötik valamilyen más, nem villamosított vagy nála kevésbé villamosított testtel. Ezekben az esetekben minél több elektromosságot veszít a test, annál nagyobb a test kapacitása, amely vezetékeken keresztül kapcsolódik hozzá. Az áram formájú sugárzást kísérő jelenségek minőségileg megegyeznek azokkal a jelenségekkel, amelyeket a közönséges galvánelemek által gerjesztett elektromos áram okoz. R. konvencionális akkor fordul elő, amikor egy jól szigetelt test olyan folyékony vagy gáznemű közegben van, amely részecskéket tartalmaz, amelyek felvillanyozhatnak, és elektromos erők hatására mozoghatnak ebben a közegben. R. robbanó - ez a test R.-e vagy a földbe, vagy egy másik testbe, ellenkezőleg, elektromosságot nem vezető közegen keresztül villamosítva. A jelenség úgy jön létre, mintha a nem vezető közeg engedne azoknak a feszültségeknek, amelyek a test villamosítása hatására keletkeznek benne, és utat biztosítana az elektromosságnak. Az ilyen nem folytonos R. mindig fényjelenségekkel jár, és különféle formákban fordulhat elő. De a nem folytonos R. mindezen formái három kategóriába sorolhatók: R. szikra segítségével, R. ecsettel, R. ragyogás kíséretében, vagy csendes P. Mindezek az R-ek abban hasonlítanak egymásra, hogy a rövid tartam ellenére mindegyik több R. kombinációját képviseli, vagyis ezekkel az R.-ekkel a test nem folyamatosan, hanem szakaszosan veszít elektromosságából. módon. R. szikra segítségével a legtöbb esetben oszcilláló (lásd Oszcillációs R.). R. szikra segítségével keletkezik, amikor valamilyen gázban elhelyezkedő villamosított test figyelemre méltó rugalmasság vagy folyadékban egy másik test elég közel van, elektromos áramot vezet, és ezzel a testtel szemben van a földhöz kötve vagy villamosítva. Szikra akkor is kialakulhat, ha ilyen két test között valamilyen szilárd szigetelőréteg van. Ebben az esetben a szikra átszúrja ezt a réteget, átmenő lyukat képez, és megreped. A szikrát mindig különleges recsegő hang kíséri, amely a keletkező környezet gyors sokkjából ered. Ha a szikra rövid, világos, egyenes vonalnak tűnik. Ennek a vonalnak a vastagságát az a villamos energia mennyisége határozza meg, amelyet a villamosított test e szikra segítségével elveszít. A szikra hosszának növekedésével elvékonyodik, és egyúttal eltér az egyenes vonal megjelenésétől, cikk-cakk vonalat ölt, majd további megnyúlással elágazik és végül ecset alakúvá válik (Táblázat, 1. ábra). Egy forgó tükör segítségével felfedezhető, hogy a megjelenő szikra valójában több egyedi szikrából áll, amelyek bizonyos idő elteltével egymást követik. A keletkező szikra hossza, vagy ún kicsit távolság, függ a potenciálkülönbségtől azon testek között, amelyek között ez a szikra keletkezik. Azonban még két test között azonos potenciálkülönbség mellett is a köztük kialakuló szikra hossza némileg változik e testek alakjától függően. Így egy adott potenciálkülönbségnél hosszabb a szikra, ha két korong között képződik, mint abban az esetben, ha két golyó között kell ugrania. És a különböző golyóknál a szikra nem azonos hosszúságú. Minél jobban különbözik a két golyó mérete, annál hosszabb. Adott potenciálkülönbségnél a legrövidebb szikrát kapjuk, azaz a legkisebb kisülési távolságot abban az esetben kapjuk, ha két azonos méretű golyó között kell a szikrát létrehozni. A gázrugalmasság változása nagyon nagy hatással van az adott hosszúságú szikra kialakulásához szükséges potenciálkülönbség nagyságára. A gáz rugalmasságának csökkenésével ez a potenciálkülönbség is csökken. Annak a gáznak a természete, amelyben a szikra keletkezik, jelentősen befolyásolja a szükséges potenciálkülönbség nagyságát. Ugyanaz a szikrahossz és azonos gázrugalmasság esetén ez a potenciálkülönbség a legkisebb a hidrogénnél, nagyobb a levegőnél és még nagyobb a szénsavnál. Ahhoz, hogy folyadékban szikra keletkezzen, nagyobb potenciálkülönbségre van szükség, mint ha ugyanazt a szikrát gázban hozzuk létre. Azon testek anyaga, amelyek között a szikra keletkezik, nagyon csekély hatással van a szikra keletkezéséhez szükséges potenciálkülönbségre. Rövid szikrahosszúság esetén levegőben vagy bármilyen más gázban a szikrát alkotó potenciálkülönbség nagyon szorosan arányos a szikra hosszával. Nagy szikrahosszak esetén a szikrahossz és az ehhez szükséges potenciálkülönbség közötti összefüggés nem ilyen egyszerű. Ebben az esetben a potenciálkülönbség növekedésével a szikrahossz gyorsabban növekszik, mint a potenciálkülönbség. A következő táblázat a szikrák hosszának és a megfelelő potenciálkülönbségek kifejezésére tartalmazza az adatokat (két korong között szikrák keletkeznek, az egyik enyhén domború felületű).

Szikra hossza, stm-ben	Potenciálkülönbség, voltban
0,0205	1000
0,0430	2000
0,0660	3000
0,1176	5000
0,2863	10000
0,3378	11300

ELEKTROMOS KISÜTÉS.

Az elektromos kisülés fogalma gázokban magában foglalja az összes olyan esetet, amikor a gázokban olyan töltött részecskék (elektronok és ionok) elektromos mező hatása alatt mozognak, amelyek a ionizációs folyamatok. A gázok kisülésének előfeltétele a szabad töltések jelenléte - elektronok és ionok.

A csak semleges molekulákból álló gáz egyáltalán nem vezet elektromos áramot, vagyis az ideális dielektrikum. Valós körülmények között a természetes ionizátorok (a Nap ultraibolya sugárzása, kozmikus sugárzás, a Föld radioaktív sugárzása stb.) hatására a gáznak mindig van bizonyos mennyiségű szabad töltése - ionok és elektronok, amelyek adják bizonyos elektromos vezetőképesség.

A természetes ionizátorok teljesítménye nagyon kicsi: hatásuk következtében minden egyes köbcentiméterben másodpercenként körülbelül egy pár töltés képződik a levegőben, ami a térfogati töltéssűrűség p = 1,6 -19 C/ növekedésének felel meg. (cm 3 x s). Másodpercenként ugyanannyi töltés megy át rekombináción. A töltések száma 1 cm 3 levegőben állandó marad, és egyenlő 500-1000 ionpárral.

Így ha egy lapos légkondenzátor lapjaira feszültséget kapcsolunk, az elektródák közötti S távolsággal, akkor az áramkörben áram jön létre, amelynek sűrűsége J = 2poS = 3,2x10 -19 S A/cm2.

A mesterséges ionizátorok használata sokszorosára növeli a gáz áramsűrűségét. Például, ha egy gázrést higanykvarc lámpával világítanak meg, a gáz áramsűrűsége 10-12 A/cm2-re növekszik; szikrakisülés jelenlétében az ionizált térfogat közelében 10-10-es nagyságrendű áramok jönnek létre. 10 A/cm2 jön létre stb.

Mérlegeljük az egyenletes elektromos térrel rendelkező gázrésen áthaladó áram függősége a rákapcsolt feszültség nagyságától i (1. ábra).

Rizs. 1. Gázkisülés áram-feszültség jellemzői

Kezdetben a feszültség növekedésével a résben lévő áram növekszik, mivel egyre több töltés esik az elektródák elektromos mezőjének hatására (OA szakasz). Az AB szakaszban az áram gyakorlatilag nem változik, mivel a külső ionizátorok miatt keletkező összes töltés az elektródákra esik. A telítési áram Is nagyságát a résre ható ionizátor intenzitása határozza meg.

A feszültség további növekedésével az áramerősség élesen növekszik (BC szakasz), ami a gázionizációs folyamatok intenzív fejlődését jelzi elektromos mező hatására. Az U0 feszültségnél a résben az áramerősség élesen megnő, ami ugyanakkor elveszíti dielektromos tulajdonságait és vezetővé alakul.

Azt a jelenséget, amikor a gázrés elektródái között nagy vezetőképességű csatorna jelenik meg, ún elektromos meghibásodás(a gáz meghibásodását gyakran elektromos kisülésnek nevezik, ami a lebontás teljes folyamatát jelenti).

Az OABC karakterisztika szakaszának megfelelő elektromos kisülést ún függő, mivel ebben a szakaszban a gázrésben lévő áramot a működő ionizátor intenzitása határozza meg. A C pont utáni területen lévő kisülést ún független, mivel a kisülési áram ebben a szakaszban csak magának az elektromos áramkörnek a paramétereitől (ellenállásától és az áramforrás teljesítményétől) függ, és karbantartása nem igényli a külső ionizátorok miatti töltött részecskék képződését. Az Uo feszültséget, amelynél az önkisülés megkezdődik, nevezzük kezdeti feszültség.

A gázok önkisülésének formái a kisülés körülményeitől függően eltérőek lehetnek.

Alacsony nyomáson, amikor az egységnyi térfogatra jutó gázmolekulák kis száma miatt a rés nem tud nagy vezetőképességet elérni, izzás kisülés lép fel. Izzítókisülés közben az áramsűrűség alacsony (1-5 mA/cm2), a kisülés az elektródák közötti teljes teret lefedi.

Rizs. 2. Izzító kisülés gázban

Atmoszférikushoz közeli és magasabb gáznyomáson, ha az áramforrás teljesítménye alacsony, vagy a résre rövid ideig feszültséget kapcsolnak, szikrakisülés lép fel. A szikrakisülésre példa a kisülés. Ha a feszültséget hosszú ideig alkalmazzuk, a szikrakisülés szikrák formájában jelentkezik, amelyek egymás után jelennek meg az elektródák között.

Rizs. 3. Szikrakisülés

Jelentős áramforrás-teljesítmény esetén a szikrakisülés ívkisüléssé alakul, melyben a résen száz és több ezer ampert elérő áram tud átfolyni. Ez az áram segít felmelegíteni a kisülési csatornát, növelve vezetőképességét, és ennek eredményeként további áramnövekedés következik be. Mivel ez a folyamat némi időt vesz igénybe, akkor rövid távú feszültség alkalmazása esetén a szikrakisülés nem alakul át ívkisüléssé.

Rizs. 4. Ívkisülés

Erősen inhomogén mezőkben a független kisülés mindig a formában kezdődik koronakisülés, amely csak a gázrés azon részén alakul ki, ahol a legnagyobb a térerősség (az elektródák éles szélei közelében). A koronakisülés során az elektródák között nem jelenik meg nagy vezetőképességű átmenő csatorna, azaz a rés megőrzi szigetelő tulajdonságait. Az alkalmazott feszültség további növekedésével a koronakisülés szikrává vagy ívvé alakul.

A koronakisülés egyfajta helyhez kötött elektromos kisülés megfelelő sűrűségű gázban, amely erős, nem egyenletes elektromos térben lép fel. A semleges gázrészecskék elektronlavina általi ionizálása és gerjesztése egy erős elektromos tér korlátozott zónájában (koronafedő vagy ionizációs zóna) lokalizálódik egy kis görbületi sugarú elektróda közelében. A gáz halványkék vagy lila fénye az ionizációs zónában, a napkorona glóriájával analóg módon, adta ennek a kisülési típusnak a nevét.

A koronakisülést a látható, ultraibolya (főleg), valamint a spektrum rövidebb hullámhosszú részein lévő sugárzás mellett a koronaelektródáról érkező gázrészecskék mozgása is kíséri - az ún. „elektromos szél”, susogó zaj, néha rádiósugárzás, kémia, reakciók (például ózon és nitrogén-oxidok képződése a levegőben).

Rizs. 5. Korona kisülés gázban

Az elektromos kisülés előfordulási mintái különböző gázokban azonosak, a különbség a folyamatot jellemző együtthatók értékében rejlik.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy ha egy gázban fokozatosan növeljük a feszültséget két elektróda között, akkor külső ionizátorok hatása nélkül is elérhetünk egy bizonyos értéket, a gáz természetétől és a gázban keletkező elektromos áram nyomásától függően. Független gázkisülésnek nevezzük azt a jelenséget, amikor a külső ionizátoroktól független elektromos áram áthalad a gázon.

Az önfenntartó elektromos kisülés során a gázionizáció fő mechanizmusa az atomok és molekulák elektronbecsapódásokkal történő ionizációja.

A független elektromos kisülés kialakítása gázban a következőképpen történik. Amint egy szabad elektron megjelenik egy gázban, az elektromos tér hatására felgyorsul, mozgási energiája megnő, és ha a feltétel teljesül eEλ ≥ A és, majd egy molekulával való ütközéskor ionizálja azt. Az ütési ionizációból származó primer és szekunder elektron az elektromos tér hatására ismét felgyorsul, és mindegyik a következő ütközések során egy-egy elektront szabadít fel stb. A szabad elektronok száma lavinaszerűen növekszik, amíg elérik az anódot.

A gázban keletkező pozitív ionok elektromos tér hatására az anódról a katódra mozognak. Amikor pozitív ionok érik a katódot, valamint a kisülés kialakulása során fellépő sugárzás hatására új elektronok szabadulhatnak fel a katódról. Az elektromos tér felgyorsítja őket, és új elektron-ion lavinákat hoznak létre, és ez a folyamat folyamatosan folytatódhat. Különféle önkisülési típusok léteznek. Tekintsünk többféle független kisülést: szikra, izzás, korona, ív.

Szikrakisülés. Ha az áramforrás nem képes hosszú ideig fenntartani az önfenntartó elektromos kisülést, akkor az önfenntartó kisülés egy formája, ún. szikrakisülés. A szikrakisülés a kisülés megkezdése után rövid időn belül leáll a feszültség jelentős csökkenése következtében. A szikrakisülés például a haj fésülésekor, papírlapok szétválasztásakor vagy a kondenzátor kisütésekor keletkező szikra. A legnagyobb „szikrák” - villámlás - zivatar idején figyelhetők meg. Kutatások kimutatták, hogy a zivatarokat a zivatarfelhők elektromos töltéseinek szétválása okozza.

Korona folyás. Erősen inhomogén elektromos mezőkben, amelyek például egy csúcs és egy sík, vagy egy elektromos vezeték és a Föld felszíne között alakulnak ki, a gázokban az önfenntartó kisülés egy speciális formája lép fel, az ún. korona kisülés. |A koronakisülés fő jellemzője, hogy az atomok elektronbecsapódással történő ionizációs folyamata csak kis távolságokon megy végbe az egyik elektron által egy nagy elektromos térerősségű területen. A koronakisüléssel számolni kell, ha nagy távolságra továbbítjuk az áramot. A legnagyobb térerő a vezetékek közelében jön létre. Mivel az elektromosságot nagy távolságokra továbbítják viszonylag vékony vezetékeken, amelyek között nagy feszültség van, a vezetékek közelében meglehetősen intenzív koronakisülés lép fel. Ez az átvitt elektromosság egy részének elvesztéséhez vezet. Az ilyen vezetékekben a koronaveszteség nagyobb, minél nagyobb a vezetékek közötti feszültség és minél hosszabb a vezeték.

Ívkisülés. A gázok önfenntartó kisülésének egy másik fontos formája ismert, az ún elektromos ív. Először a Szentpétervári Orvosi és Sebészeti Akadémia fizikaprofesszora, V. V. Petrov fedezte fel 1802-ben. Ha két egymáshoz érő szénelektródát enyhén elmozdítunk egy áramforráshoz csatlakoztatva egy kis távolságra, a végei között fényes gázfényt fogunk látni. a szenek, és maguk a szenek felforrósodnak.

Ha az ívkisülést sötét üvegen keresztül nézzük, láthatjuk, hogy a fény elsősorban a szén végeiből érkezik. Maga az ív fénye - a szén végei közötti gázrésben kialakuló fényes íves csík - sokkal gyengébb. Egy ív elégetéséhez viszonylag kis, 40-50 V feszültség elegendő, de az ívben lévő áramerősség eléri a tíz, sőt több száz ampert. Ez azt jelzi, hogy a gázellenállás az ívkisülésben viszonylag kicsi.