|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Искровой разряд |
 | |
Анимация
0
Описание
Искровой разряд (искра) - неустановившийся электрический разряд, возникающий в том случае, когда непосредственно после пробоя разрядного промежутка напряжение на нем падает в течение очень короткого времени (от нескольких долей мкс до сотен мкс) ниже величины погасания разряда. Искровой разряд повторяется, если после погасания разряда напряжение вновь возрастает до величины напряжения пробоя. При увеличении мощности источника напряжение искрового разряда переходит обычно в дуговой разряд. В природных условиях наблюдается в виде молний.
Развитие искрового разряда объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов: из электронных лавин, возникающих при наложении электрического поля на разрядный промежуток, при определенных условиях образуются т.н. стримеры - тонкие разветвленные каналы, заполненные ионизированным газом. Стримеры, быстро удлиняясь, перекрывают разрядный промежуток и соединяют электроды непрерывными проводящими каналами. Далее сила тока резко нарастает, каждый из каналов быстро расширяется, в них скачкообразно повышается давление, в результате чего на границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как характерный "треск" искры (в случае молнии - гром), (рис. 1).
Искровой разряд
Рис. 1
Величины, характеризующие искровой разряд (напряжение зажигания, напряжение погасания, максимальный ток, длительность), могут применяться в очень широких пределах в зависимости от параметров разрядной цепи, величины разрядного промежутка, геометрии электродов, давления газов и т. д. Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Продольная напряженность поля в искре понижения от нескольких десятков кВ/см в момент пробоя до 100 В/см спустя несколько мкс. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен кА.
Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твердого диэлектрика, помещенного между электродами. Области скользящего искрового разряда, у которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стреляются по поверхности диэлектрика. Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Искровой предохранитель. Искровой промежуток применяется в качестве предохранителя от перенапряжений в электрических линиях передач (например, в телефонных линиях). Если вблизи линии проходит сильный электрический ток, то в проводах этой линии индуцируются напряжения и токи, которые могут разрушить электрическую установку и опасны для жизни людей, во избежание этого используют специальные предохранители (рис. 3), состоящие из двух изогнутых электродов, один из которых присоединен к линии, а другой заземлен.
Искровой предохранитель
Рис. 3
Если потенциал линии относительно земли сильно возрастает, то между электродами возникает искровой разряд, который вместе с нагретым им воздухом поднимается вверх, удлиняется и обрывается.
Искровая камера. Искровая камера, прибор для наблюдения и регистрации следов (треков) частиц, основанный на возникновении искрового разряда в газе при попадании в него частицы. Используется для исследования ядерных реакций, в экспериментах на ускорителях и при исследовании космических лучей. Простейшая искровая камера - два плоскопараллельных электрода, пространство между которыми заполнено газом (чаще всего Ne, Ar или их смесью). Площадь пластин от десятков см2 до нескольких м2. одновременно с прохождением частицы или с некоторым запоздание (~ 1 мкс) на электроды искровой камеры подается короткий (10 - 100 нс) импульс высокого напряжения.
В рабочем объеме искровой камеры создается сильное электрическое поле (5 - 20 кВ/см). импульс подается по сигналу системы детекторов (сцинтиляционных счетчиков, черенковских счетчиков и т.п.), выделяющих исследуемое событие. Электроны, возникающие вдоль траектории частицы в процессе ионизации атомов газа, ускоряются полем, ионизируют (ударная ионизация) и возбуждают атомы газа. В результате на очень коротком пути образуются электронно-фотонные лавины, которые в зависимости от амплитуды и длительности импульса, либо перерастают в видимый глазом искровой разряд, либо создают в газе локально светящиеся в области небольшого объема.
Узкозазорная искровая камера обычно состоит из большого числа одинаковых искровых промежутков (~ 1 см). Искровые заряды распространяются перпендикулярно электродам. Цепочка искр воспроизводит траекторию частицы (рис. 4).
Искровая камера
Рис. 4
Точность локализации искр вблизи траектории составляет доли мм, временное разрешение ~10 -6 с, полное время восстановления ~ 10 -3 с. В широкозазорной трековой искровой камере (расстояние между электродами 3 - 50 см) электронно-фотонные лавины, развивающиеся от первичных электронов, сливаются в узкий светящийся канал вдоль трека (рис. 4). В этом режиме могут регистрироваться треки под углами не более 50° к направлению электрического поля в камере.
Для наблюдения треков под большими углами, вплоть до 90°, используют т.н. стримерный режим, при котором развитие стримера (начальной стадии пробоя) начинается с каждого первичного электрона и обрывается, когда длина стримера достигает нескольких мм. Искровые камеры позволяют в ряде случаев определять, помимо траектории, ионизирующую способность частиц. Помещенная в магнитное поле искровая камера служит для определения импульса частиц по кривизне их траектории. Искровые камеры могут работать в условиях интенсивного потока заряженных частиц на ускорителях, т.к. время их “памяти” (время жизни электронов) может быть уменьшено до 1 мкс. С другой стороны, искровые камеры способны работать с большой частотой, т.к. время восстановления камеры после срабатывания равно всего нескольким мс. Искровая камера управляема, т.е. может срабатывать по сигналу др. детекторов.
Кроме фотографирования, в искровой камере широко применяют др. методы регистрации, позволяющие, в частности, передавать данные с искровой камеры непосредственно на ЭВМ и автоматически их обрабатывать (бесфильмовые искровые камеры). Например, в проволочных искровых камерах, имеющих электроды в виде ряда тонких нитей, расположенных на плоскости на расстоянии ~ 1 мм друг от друга, появление искры сопровождается разрядным током в близлежащей нити; это позволяет определить координаты искры, которые могут быть переданы непосредственно на ЭВМ.
В акустических искровых камерах с помощью установленных вне камеры пьезокристаллов улавливают ударную волну в газе, возникающую в момент искрового пробоя. Интервал времени между появлением искры и сигналом в кристалле позволяет определить расстояние искры от кристалла, т.е. координаты искры. В этом случае также часто осуществляют непосредственную связь пьезодатчиков с ЭВМ.
Реализации эффекта
Зная, как зависит напряжение пробоя от расстояния для электродов какой-либо определенной формы, можно измерить неизвестное напряжение по максимальной длине искры. На этом основано устройство искрового вольтметра (рис. 2), удобного для грубой оценки больших напряжений (например, в рентгеновских установках).
Искровой вольтметр
Рис. 2
Он состоит из двух металлических изолированных шаров, один из которых может плавно перемещаться. Шары присоединяют к источнику, напряжение которого желают измерить и сближают их до тех пор, пока не возникнет искра. Измеряя расстояние между шарами и соответствующее напряжение, при котором происходит пробой, составляют специальные таблицы, при помощи которых затем измеряют напряжение по длине искры. В качестве примера укажем, что при расстоянии в 0,5 см между шарами диаметром в 5 см напряжение пробоя равно 17,5 кВ, а при расстоянии в 5 см около 100 кВ.
Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.
Литература
1. Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1984. - С. 463.
2. Сивухин С.Д. Общий курс физики. - М.: Наука, 1977. - Т.3. Электричество. - С. 529-531.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1977. - Т. 2. Электричество и магнетизм. - С. 151-152.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
