Вольт- амперная характеристика газов

Зависимость силы тока от напряжения выражена кривой ОАВС и является Вольт- амперная характеристикой газовых разрядов.

На участке графика ОА сила тока подчиняется закону Ома. Разряды существую только под действием внешнего ионизатора и здесь идет несамостоятельный разряд.

При малом напряжении сила тока мала, т.к. ионы двигаясь с малыми скоростями рекомбинируют, не достигая электродов. При увеличении напряжения между электродами скорость направленного движения электронов и ионов возрастает, поэтому большая часть заряженных частиц достигает электродов, а, следовательно возрастает сила тока.

При определенном значении напряжения U₁ все ионы имеют достаточные скорости и, не рекомбинируя, достигают электродов. Ток становится максимально возможным и не зависит от дальнейшего увеличения напряжения до значения U₂. Такой ток называют током насыщения, и ему соответствует участок графика АВ.

При напряжении U₂ скорость электронов, возникающих при ионизации молекул, а следовательно, их кинетическая энергия значительно увеличиваются. И когда кинетическая энергия достигает значения энергии ионизации, электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их. Электроны движутся против поля и возникает электрический потенциал.

При увеличении U, первичные электроны, созданные ионизатором, ускоренные электрическим полем начинают ударно ионизировать молекулы газа, образую вторичные электроны и ионы (эффект газового усиления). Общее кол-во ионов и электронов будет расти по мере приближения к анаду лавинообразно. Это явление причиной увеличения тока в начале участка BЕ наз ударной ионизацией.

При значительных напряжениях между электродами газового промежутка + ионы, ускоренные электрическим полем, также приобретают достаточную для ионизации молекул газа, порождает энергию, что порождает ионные лавины. Когда возникают кроме электронных лавин еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличения напряжения(EС). Лавинообразное размножение электронов и ионов приводит к тому, что разряд становится самостоятельным. т.е. сохраняется после прекращения действия внешнего ионизатора. Напряжение, при которой возникает самостоятельный газовый разряд называется напряжением пробоя.

Тлеющий разряд возникает при низких давлениях от сотых долей до нескольких мм.рт.ст (в газосветных трубках и газовых лазерах и в лампах дневного света).

Тлеющий разряд относится к самостоятельным. Для него характерно свечение газа. Плотность тока при этом разряде достигает единиц и десятков миллиампер на квадратный см. Напряжение, необходимое для тлеющего разряда, составляет десятки или сотни вольт. Разряд поддерживается за счет электронной эмиссии катода под ударами ионов.

Искровой - при нормальном давлении и высокой напряженности электрического поля (молния - сила тока до сотен тысяч ампер).

При этом возникает «канал» сильно ионизированного газа, по которому и распространяется ток. При этом газ в канале сильно нагревается, резко возрастает его давление, и, расширяясь, газ создает звуковые волны, вызывающие треск или гром. Искровой разряд происходит также и при сверкании молнии. Он сопровождается ярким свечением и громким звуком, возникающим вследствие расширения сильно разогретого воздуха в канале молнии.

Дуговой разряд. Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд становится непре­рывным — возникает дуговой разряд. При этом сила тока резко возрастает, достигая сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Дуговой разряд можно получить от источника низкого напряжения минуя стадию искры. Для этого электроды (например, угольные) сближают до соприкоснове­ния, они сильно раскаляются электрическим током, потом их разводят и получают электрическую дугу. Дуговой разряд поддерживается за счет высокой температуры катода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии, а также термичес­кой ионизации молекул, обусловленной высокой температурой газа.

Дуговой разряд находит широкое применение для сварки и резки металлов, получе­ния высококачественных сталей (дуговая печь) и освещения (прожекторы, проекционная аппаратура).

Коро́нный разря́д— это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях и при сравнительно высоких давлениях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы между электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.

Когда напряжённость поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).

На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на 2, 3, 5 или 8 составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии. Составляющие располагаются в углах правильного многоугольника, образуемого специальной распоркой.

В естественных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах — т. н. огни святого Эльма.

Потенциал зажигания - наименьшая разность потенциалов между электродами в газе, необходимая для возникновения самостоят. разряда, т. е. разряда, поддержание к-рого не требует наличия внеш. ионизаторов. Самостоят. разряд поддерживается за счёт процессов ионизации в межэлектродном промежутке и в результате электронной эмиссии с катода; интенсивность этих процессов возрастает с увеличением разности потенциалов между электродами. З. п. равен той разности потенциалов, при к-рой интенсивность процессов ионизации оказывается достаточной для того, чтобы каждая заряж. ч-ца до своего «исчезновения» рождала подобную же ч-цу. Величина З. п. зависит от природы и давления р газа, от материала, формы, состояния поверхности электродов и от расстояния d между ними. В однородном электрич. поле З. п. зависит от общего числа атомов газа в промежутке между электродами, т. е. от произведения pd.

ПАШЕНА ЗАКОН - устанавливает, что наим. напряжение зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами есть величина постоянная (характерная для данного газа) при одинаковых значениях произведения pd, где р - давление газа, d - расстояние между электродами. П. з. - частный случай закона подобия газовых разрядов: явления в разряде протекают одинаково, если при увеличении или уменьшении давления газа во столько же раз уменьшить или соответственно увеличить размеры разрядного промежутка, сохраняя его форму геометрически подобной исходной. П. з. справедлив с тем большей точностью, чем меньше р и d,

Плазма –сильно ионизированный газ в котором плотноть + и – зарядов практически одинакова.

Наиболее распространенное состояние вещества в природе:

1. Низкотемпературная плазма. 2. Высокотемпературная плазма.

Можно наблюдать: пламя костра, рекламные газовые трубки, медицинские кварцевые лампы. Большое значение: получение термоядерной реакции.

Свойства:

1)высокая степень ионизации

2) большая электропроводность и теплопроводность

3) сильное взаимодействие с электрическими и магнитными полями

4) наличие колебаний высокой частоты.

Плазма – четвертое состояние вещества.