Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов...
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Интересное:
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Дисциплины:
2022-12-30 | 43 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Необходимым условием развития разряда в газах является наличие свободных электронов. Свободные носители зарядов могут возникать как за счет внешних воздействий, так и за счет эмиссии электронов с поверхности электродов. Свободные носители заряда, в основном электроны, под действием электрического поля могут приобретать энергию, достаточную, для выбивания новых электронов при столкновении с молекулами или атомами. Этот процесс называется ударной ионизацией. Образующиеся при этом положительные ионы не играют роли в процессе столкновения, но они могут искажать картину электрического поля и тем самым косвенно способствовать процессу ионизации.
Процесс ионизации газа при постоянной напряженности электрического поля определяется энергией ионизации газа и длиной свободного пробега электрона
, (1.1)
где – заряд электрона; – потенциал ионизации газа (таблица 1.1).
Если на длине электрон приобретает энергию , то имеет место выбивание свободного электрона (вторичного электрона). Вторичные электроны также могут приобретать энергию на длине пробега . И порождать при столкновении новые свободные электроны. Таким образом процесс ударной ионизации может носить лавинообразный характер.
Если , возникает возбужденное состояние электрона атома. Это состояние не является устойчивым и через с возбужденный электрон возвращается на прежний энергетический уровень. При этом имеет место излучение кванта энергии. Если другой электрон сообщает возбужденному электрону энергию, необходимую для ионизации, то происходит ступенчатая ионизация. Одновременно с ионизацией всегда идет рекомбинация, которая сопровождается выделением энергии. Поэтому разряд сопровождается свечением.
|
Таблица 1.1 – Потенциал ионизации некоторых газов
газ | ||||||
, В | 15,4 | 15,8 | 12,5 | 12,3 | 11,8 | 12,9 |
Длина свободного пробега зависит от давления , температуры и эффективного сечения носителя заряда. Среднее значение можно определить по следующему выражению
, (1.2)
где – постоянная Больцмана.
Эффективное сечение определяется диаметром движущихся частиц (электронов или ионов) и диаметром молекул.
Поскольку величина не является постоянной, то в теории газового разряда принято использовать коэффициент ударной ионизации , который представляет собой число ионизаций, осуществляемых электроном на единичном пути вдоль линии поля
, (1.3)
где и – постоянные коэффициенты, зависящие от характеристик газа и его температуры; – напряженность электрического поля между электродами.
Эффективным коэффициентом ионизации называется
, (1.4)
где – коэффициент прилипания, число актов захвата электрона (рекомбинации) на 1 см пути.
Лавина электронов
После появления у катода хотя бы одного свободного электрона, он под действием электрического поля приобретает энергию, достаточную для выбивания другого свободного электрона. В результате появляется новый свободный электрон, который может вызвать следующий акт ионизации. Такой непрерывно нарастающий поток электронов называется лавиной электронов.
На участке (рис. 1.2) приращение свободных электронов будет равно
, (1.5)
где – число свободных электронов, образовавшихся на участке , при наличии одного начального свободного электрона.
В однородном электрическом поле
; ;
. (1.6)
Образовавшиеся в процессе ионизации свободные ионы, как отмечалось выше, в силу меньшей подвижности будут сконцентрированы между катодом и фронтом лавины, что приводит к увеличению напряженности электрического поля у катода и увеличению интенсивности ионизации.
|
Для возникновения самостоятельного разряда (лавины электронов) необходимо, чтобы в результате развившейся первоначальной лавины возник хотя бы один вторичный свободный электрон, способный вызвать новую лавину. В этом случае условие развития разряда в общем виде
, (1.7)
где – коэффициент вторичной ионизации, который представляет собой число вторичных электронов, отнесенное к одному акту ионизации в лавине; – расстояние между электродами.
Для однородного поля
. (1.8)
Для воздуха при атмосферном и более высоком давлении условием возникновения самостоятельного разряда будет , при пониженных давлениях .
Пробивное напряжение
Если соблюдается условие самостоятельного разряда , то число электронных лавин растет. При этом последующая лавина развивается еще до того, как положительные ионы предыдущей лавины успевают достичь катода. В таком случае лавины распространяются по всему промежутку , и газ в промежутке приходит в состояние плазмы. Наступает искровой или дуговой разряд.
Значение пробивного напряжения можно получить из условия самостоятельности разряда (1.8), подставив (1.3) и приняв, что напряженность в момент пробоя равна
. (1.9)
Тогда из (1.9) при записи
. (1.10)
Выражение (1.10) является математическим выражением экспериментального закона Пашена, из которого следует, что пробивные напряжения в однородном поле при являются функцией произведения давления и расстояния между электродами
. (1.11)
Кривая имеет минимум (рис. 1.3). Для воздуха В при .
При и увеличении плотности газа от значения, соответствующего минимуму кривой, электрическая прочность промежутка возрастает, т.к. уменьшается длина свободного пробега, увеличивается число столкновений и уменьшается вероятность ионизации. При уменьшении плотности относительно минимума возрастает за счет эффекта снижения числа столкновений. В связи с этим в изоляционных конструкциях используется газ под высоким давлением или под малым (вакуум).
Экспериментальная зависимость при высоких и низких давлениях лежит несколько ниже теоретической (на рис. 1.3 показана штриховой линией). Это объясняется при больших давлениях влиянием микровыступов, а при низких – автоэлектронной эмиссией.
|
Для практических расчетов пробивного напряжения можно использовать более простое выражение
, (1.12)
где , – постоянные, зависящие от рода газа (для воздуха и ); – относительная плотность воздуха
, (1.13)
где и соответствуют нормальным атмосферным условиям ( = 1,013·105 Па или 760 мм рт. ст., и = 20ºС).
Для см и нормальных условиях . При увеличении см . При м .
Стримерная теория разряда
На длинных промежутках пробивные напряжения значительно ниже значений, полученных расчетным путем исходя из теории ударной ионизации. Исследование разрядов в длинных промежутках привели к появлению стримерной теории разряда.
Сущность этой теории заключается в том, что после образования начальной лавины 1 (рис. 1.4) на расстоянии от катода плотность электронов во главе лавины резко возрастает, следовательно возрастает и напряженность электрического поля во главе лавины. Такое явление имеет место при . Благодаря этому на некотором расстоянии от головы первоначальной лавины возможно возникновение свободных электронов за счет фотонной ионизации. Фотоэлектроны, находящиеся в сильном электрическом поле , приобретают энергию, достаточную для образования новой лавины 2, которая перемещается к аноду. Таким образом, объемный заряд первой лавины оказывается «перенесенным» на расстояние . Область между этими лавинами заполняется плазмой, что приводит к перераспределению напряжения на промежутке и увеличению напряженности поля на отдельных участках.
Скорость перемещения стримера в раз больше скорости электронов в области фронта и составляет 107 – 108 см/с, а плотность заряда в стримере 1012 ион/см3. Вторая лавина может порождать новую лавину на расстоянии . После достижения стримером анода между электродами образуется область высокой проводимости и возникает разряд. На начальной стадии развития, когда стример замыкается через емкость, амплитуда тока достигает 10 А. Когда стример достигает электродов наступает главный разряд и ток резко возрастает. Рассмотренная схема развития называется катодным стримером и характерна для однородного поля при , а . При напряжениях близких к пробивному стример образуется после пробега начальной лавиной расстояния от катода до анода. Такой стример называется анодным.
|
|
|
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!