Définition de la décharge électrique. Types de rejets et leur application. Écoulement sombre non auto-entretenu

Les décharges électriques dans le gaz sont divisées en deux groupes : les décharges non auto-entretenues et les décharges auto-entretenues.

Une décharge non auto-entretenue est une décharge électrique qui nécessite, pour être entretenue, la formation de particules chargées dans l'espace de décharge sous l'influence de facteurs externes (influence externe sur le gaz ou les électrodes, augmentant la concentration de particules chargées dans le volume).

Une décharge indépendante est une décharge électrique qui existe sous l'influence d'une tension appliquée aux électrodes et ne nécessite pas la formation de particules chargées en raison de l'action d'autres facteurs externes pour la maintenir.

Si un tube à décharge avec deux électrodes froides plates est rempli de gaz et connecté à un circuit électrique contenant une source d'e. d.s. Ea et la résistance de ballast R (Fig. 3-21, a), puis en fonction du courant circulant dans le tube (réglé en sélectionnant la résistance R), différents types de décharges s'y produisent, caractérisés par différents processus physiques dans le volume de gaz, différents modèles de lueur et différentes valeurs de chute de tension à travers la décharge.

Figure 3.21
a - schéma de circuit pour la mise sous tension du tube à décharge ;
b - caractéristique courant-tension de l'autodécharge.

Montré sur la Fig. La caractéristique 3-21,6 voltampère n'inclut pas les types de décharges qui se produisent à haute pression, à savoir les étincelles, les couronnes et les hautes fréquences sans électrode.

Sur la fig. 3-21.6 montre la caractéristique courant-tension complète d'un tel tube à décharge. Ses sections correspondant aux différents types de rejets sont séparées les unes des autres par des pointillés et numérotées.

Dans le tableau 3 à 14 indiquent les principales caractéristiques des différents types de décharge.

Décharge électrique- La perte d'électricité par tout corps électrifié, c'est-à-dire le rayonnement de ce corps, peut se produire de diverses manières, de sorte que les phénomènes accompagnant le rayonnement peuvent s'avérer de nature très différente. Toutes les différentes formes de R. peuvent être divisées en trois types principaux : R. sous forme de courant électrique, ou R. conducteur, R. convectif et R. discontinu. R. sous forme de courant se produit lorsqu'un corps électrifié est connecté à la terre ou à un autre corps possédant une électricité égale en quantité et de signe opposé à l'électricité du corps en décharge, par l'intermédiaire de conducteurs ou même d'isolants, mais isolants dont la surface est recouverte d'une couche conductrice de l'électricité, Par exemple . la surface est mouillée ou sale. Dans ces cas-là, cela arrive R complet. d'un corps donné, et la durée de ce R. est déterminée par la résistance et la forme (voir Auto-induction) des conducteurs à travers lesquels R. se produit Plus la résistance et le coefficient d'auto-induction des conducteurs sont faibles, plus R. est rapide. . du corps se produit. Le corps est partiellement déchargé, c'est-à-dire que son R. se produit incomplet, lorsqu'il est relié par des conducteurs à quelque autre corps qui n'est pas électrifié ou moins électrifié que lui. Dans ces cas, plus le corps perd d’électricité, plus la capacité du corps qui lui est connecté via des conducteurs est grande. Les phénomènes qui accompagnent le rayonnement sous forme de courant sont qualitativement les mêmes que les phénomènes provoqués par le courant électrique excité par des éléments galvaniques ordinaires. R. conventionnel se produit lorsqu'un corps bien isolé se trouve dans un milieu liquide ou gazeux contenant des particules qui peuvent s'électrifier et, sous l'influence de forces électriques, se déplacer dans ce milieu. R. explosif - c'est le R. du corps soit dans le sol, soit dans un autre corps, opposé électrifié, par un milieu qui ne conduit pas l'électricité. Le phénomène se produit comme si le milieu non conducteur cédait à l'action des tensions qui y apparaissent sous l'influence de l'électrification du corps et ouvrait un chemin à l'électricité. Un tel R. discontinu s'accompagne toujours de phénomènes lumineux et peut se présenter sous diverses formes. Mais toutes ces formes de R. discontinues peuvent être divisées en trois catégories : R. à l'aide d'une étincelle, R. à l'aide d'un pinceau, R. accompagné de rayonnement, ou de calme P. Tous ces R. se ressemblent dans le sens où, malgré la courte durée, chacun d'eux représente une combinaison de plusieurs R., c'est-à-dire qu'avec ces R. le corps ne perd pas son électricité de façon continue, mais en de manière intermittente. R. à l'aide d'une étincelle est dans la plupart des cas oscillatoire (voir R. oscillatoire). R. à l'aide d'une étincelle se forme lorsqu'un corps électrifié situé dans un gaz considérableélasticité ou dans un liquide, un autre corps est assez proche, conducteur de l'électricité et relié à la terre ou électrifié à l'opposé de ce corps. Une étincelle peut également se former lorsqu’il y a une couche d’une sorte d’isolant solide entre ces deux corps. Dans ce cas, l'étincelle perce cette couche, formant un trou traversant et la fissure. Une étincelle est toujours accompagnée d'un crépitement particulier, résultant d'un choc rapide de l'environnement dans lequel elle se produit. Lorsque l’étincelle est courte, elle ressemble à une ligne droite et légère. L'épaisseur de cette ligne est déterminée par la quantité d'électricité perdue par le corps électrifié à l'aide de cette étincelle. À mesure que la longueur de l'étincelle augmente, elle devient plus fine et s'écarte en même temps de l'apparence d'une ligne droite, prend la forme d'une ligne en zigzag, puis, avec un allongement supplémentaire, se ramifie et prend finalement la forme d'un pinceau. (Tableau, fig. 1). A l'aide d'un miroir rotatif, on peut découvrir que l'étincelle qui apparaît est en fait constituée d'un certain nombre d'étincelles individuelles, se succédant après un certain temps. La longueur de l'étincelle résultante, ou ce qu'on appelle la distance des bits, dépend de la différence de potentiel entre les corps entre lesquels cette étincelle est produite. Cependant, même avec la même différence de potentiel entre deux corps, la longueur de l'étincelle formée entre eux varie quelque peu en fonction de la forme de ces corps. Ainsi, pour une différence de potentiel donnée, l'étincelle est plus longue lorsqu'elle se forme entre deux disques que dans le cas où elle doit sauter entre deux billes. Et pour différentes boules, l'étincelle n'est pas de la même longueur. Plus les deux boules diffèrent en taille, plus elles sont longues. Pour une différence de potentiel donnée, l'étincelle la plus courte est obtenue, c'est-à-dire la plus petite distance de décharge est obtenue dans le cas où l'étincelle doit être obtenue entre deux billes de même taille. Un changement dans l'élasticité du gaz a une très grande influence sur l'ampleur de la différence de potentiel nécessaire pour former une étincelle d'une longueur donnée. À mesure que l’élasticité du gaz diminue, cette différence de potentiel diminue également. La nature du gaz dans lequel se produit l’étincelle a une influence significative sur l’ampleur de la différence de potentiel requise. Pour une même longueur d'étincelle et une même élasticité du gaz, cette différence de potentiel est la plus faible pour l'hydrogène, elle est plus grande pour l'air et encore plus grande pour l'acide carbonique. Pour produire une étincelle dans un liquide, une différence de potentiel plus grande est nécessaire que pour produire la même étincelle dans un gaz. La substance des corps entre lesquels l’étincelle se forme a un très faible effet sur la différence de potentiel nécessaire pour que l’étincelle se produise. Pour de courtes longueurs d'étincelle dans l'air ou dans tout autre gaz, la différence de potentiel qui forme l'étincelle est très étroitement proportionnelle à la longueur de l'étincelle. Pour les grandes longueurs d'étincelle, la relation entre la longueur d'étincelle et la différence de potentiel requise n'est pas si simple. Dans ce cas, à mesure que la différence de potentiel augmente, la longueur de l’étincelle augmente plus rapidement que la différence de potentiel. Le tableau suivant contient des données permettant d'exprimer la longueur des étincelles et les différences de potentiel correspondantes (les étincelles se forment entre deux disques, l'un d'eux a une surface légèrement convexe).

DÉCHARGE ÉLECTRIQUE.

Le concept de décharge électrique dans les gaz comprend tous les cas de mouvement dans les gaz sous l'influence d'un champ électrique de particules chargées (électrons et ions) résultant de processus d'ionisation. Une condition préalable à l'apparition d'une décharge dans les gaz est la présence de charges libres - électrons et ions.

Un gaz constitué uniquement de molécules neutres ne conduit pas du tout le courant électrique, c'est-à-dire qu'il est diélectrique idéal. Dans des conditions réelles, sous l'influence des ioniseurs naturels (rayonnement ultraviolet du Soleil, rayons cosmiques, rayonnement radioactif de la Terre, etc.), le gaz possède toujours une certaine quantité de charges libres - ions et électrons, qui confèrent une certaine conductivité électrique.

La puissance des ioniseurs naturels est très faible : sous leur influence, environ une paire de charges se forme dans l'air chaque seconde par centimètre cube, ce qui correspond à une augmentation de la densité de charge volumétrique p = 1,6 -19 C/ (cm 3 x s). Le même nombre de charges subissent une recombinaison chaque seconde. Le nombre de charges dans 1 cm 3 d'air reste constant et égal à 500-1000 paires d'ions.

Ainsi, si une tension est appliquée aux plaques d'un condensateur à air plat avec une distance S entre les électrodes, alors un courant s'établira dans le circuit dont la densité est J = 2poS = 3,2x10 -19 S A/cm2.

L'utilisation d'ioniseurs artificiels augmente plusieurs fois la densité de courant dans le gaz. Par exemple, lorsqu'un espace gazeux est éclairé avec une lampe à mercure-quartz, la densité de courant dans le gaz augmente jusqu'à 10 - 12 A/cm2 en présence d'une décharge d'étincelle à proximité du volume ionisé, courants de l'ordre de 10 - 12 A/cm2 ; 10 A/cm2 sont créés, etc.

Considérons dépendance du courant traversant un espace gazeux avec un champ électrique uniforme sur l'amplitude de la tension appliquée je (Fig. 1).

Riz. 1. Caractéristiques courant-tension d'une décharge gazeuse

Initialement, à mesure que la tension augmente, le courant dans l'intervalle augmente du fait que de plus en plus de charges tombent sous l'influence du champ électrique sur les électrodes (section OA). Dans la section AB, le courant ne change pratiquement pas, puisque toutes les charges formées grâce aux ioniseurs externes tombent sur les électrodes. L'amplitude du courant de saturation Is est déterminée par l'intensité de l'ioniseur agissant sur l'espace.

Avec une nouvelle augmentation de la tension, le courant augmente fortement (section BC), ce qui indique le développement intensif des processus d'ionisation des gaz sous l'influence d'un champ électrique. A la tension U0, il y a une forte augmentation du courant dans l'intervalle, qui perd en même temps ses propriétés diélectriques et se transforme en conducteur.

Le phénomène dans lequel un canal à haute conductivité apparaît entre les électrodes de l'espace gazeux est appelé panne électrique(une panne dans un gaz est souvent appelée décharge électrique, ce qui signifie l'ensemble du processus de formation d'une panne).

La décharge électrique correspondant à la section de la caractéristique OABC est appelée dépendant, puisque dans cette section, le courant dans l'espace gazeux est déterminé par l'intensité de l'ioniseur actif. Le débit dans la zone située après le point C est appelé indépendant, puisque le courant de décharge dans cette section ne dépend que des paramètres du circuit électrique lui-même (sa résistance et la puissance de la source d'alimentation) et que son entretien ne nécessite pas la formation de particules chargées dues aux ioniseurs externes. La tension Uo à laquelle commence l'autodécharge est appelée tension initiale.

Les formes d'autodécharge dans les gaz, selon les conditions dans lesquelles se produit la décharge, peuvent être différentes.

À basse pression, lorsqu'en raison du petit nombre de molécules de gaz par unité de volume, l'espace ne peut pas acquérir une conductivité élevée, une décharge luminescente se produit. La densité de courant lors d'une décharge luminescente est faible (1-5 mA/cm2), la décharge couvre tout l'espace entre les électrodes.

Riz. 2. Décharge luminescente dans le gaz

À des pressions de gaz proches de la pression atmosphérique et supérieures, si la puissance de la source d'alimentation est faible ou si une tension est appliquée à l'espace pendant une courte période, une décharge d'étincelle se produit. Un exemple de décharge par étincelle est une décharge. Lorsque la tension est appliquée pendant une longue période, la décharge par étincelle prend la forme d'étincelles qui apparaissent séquentiellement entre les électrodes.

Riz. 3. Décharge d'étincelles

Dans le cas d'une source d'énergie importante, la décharge par étincelle se transforme en décharge en arc, dans laquelle un courant atteignant des centaines et des milliers d'ampères peut circuler à travers l'espace. Ce courant contribue à réchauffer le canal de décharge, augmentant ainsi sa conductivité et, par conséquent, une nouvelle augmentation du courant se produit. Étant donné que ce processus prend un certain temps, alors avec une application de tension à court terme, la décharge d'étincelle ne se transforme pas en décharge d'arc.

Riz. 4. Décharge d'arc

Dans les champs très inhomogènes, une décharge indépendante commence toujours sous la forme décharge corona, qui se développe uniquement dans la partie de l'espace gazeux où l'intensité du champ est la plus élevée (près des arêtes vives des électrodes). Lors d'une décharge corona, un canal traversant de haute conductivité n'apparaît pas entre les électrodes, c'est-à-dire que l'espace conserve ses propriétés isolantes. Avec une nouvelle augmentation de la tension appliquée, la décharge corona se transforme en une étincelle ou un arc.

La décharge corona est un type de décharge électrique stationnaire dans un gaz de densité suffisante qui se produit dans un champ électrique fort et non uniforme. L'ionisation et l'excitation des particules de gaz neutres par des avalanches d'électrons sont localisées dans une zone limitée (couverture corona ou zone d'ionisation) d'un fort champ électrique à proximité d'une électrode de petit rayon de courbure. La lueur bleu pâle ou violette du gaz dans la zone d'ionisation, par analogie avec le halo de la couronne solaire, a donné son nom à ce type de décharge.

En plus du rayonnement dans le visible, l'ultraviolet (principalement), ainsi que dans les parties de longueur d'onde plus courtes du spectre, la décharge corona s'accompagne du mouvement des particules de gaz de l'électrode corona - ce qu'on appelle. « vent électrique », bruissement, parfois émission radio, chimie, réactions (par exemple, formation d'ozone et d'oxydes d'azote dans l'air).

Riz. 5. Décharge corona dans le gaz

Les schémas d'apparition des décharges électriques dans différents gaz sont les mêmes, la différence réside dans les valeurs des coefficients caractérisant le processus.

Décharge électrique* - La perte d'électricité par tout corps électrifié, c'est-à-dire la décharge de ce corps, peut se produire de diverses manières, de sorte que les phénomènes accompagnant la décharge peuvent être de nature très différente. Toutes les différentes formes de R. peuvent être divisées en trois types principaux : R. sous forme de courant électrique, ou R. conducteur, R. convectif et R. discontinu. La décharge sous forme de courant se produit lorsqu'un corps électrifié est connecté à la terre ou à un autre corps possédant une électricité égale en quantité et de signe opposé à l'électricité d'un corps en décharge, à travers des conducteurs ou même des isolants, mais des isolants dont la surface est recouverte de une couche , conductrice de l'électricité par exemple. la surface est mouillée ou sale. Dans ces cas, un R. complet d'un corps donné se produit, et la durée de ce R. est déterminée par la résistance et la forme (voir Auto-induction) des conducteurs à travers lesquels R. se produit. Plus la résistance et l'auto-induction sont faibles. coefficient des conducteurs, plus R. du corps se produit rapidement. Un corps est partiellement déchargé, c'est-à-dire que sa décharge est incomplète, lorsqu'il est relié par des conducteurs à quelque autre corps qui n'est pas électrifié ou moins électrifié que lui. Dans ces cas, plus le corps perd d’électricité, plus la capacité du corps qui lui est connecté via des conducteurs est grande. Les phénomènes qui accompagnent le rayonnement sous forme de courant sont qualitativement les mêmes que les phénomènes provoqués par le courant électrique excité par des éléments galvaniques ordinaires. R. conventionnel se produit lorsqu'un corps bien isolé se trouve dans un milieu liquide ou gazeux contenant des particules qui peuvent s'électrifier et, sous l'influence de forces électriques, se déplacer dans ce milieu. à l'aide d'une étincelle, R. à l'aide d'un pinceau, R. accompagné de rayonnement, ou de calme P. Tous ces R. se ressemblent dans le sens où, malgré la courte durée, chacun d'eux représente une combinaison de plusieurs R., c'est-à-dire qu'avec ces R. le corps ne perd pas son électricité de façon continue, mais en de manière intermittente. R. à l'aide d'une étincelle est dans la plupart des cas oscillatoire (voir R. oscillatoire). L'électricité se forme à l'aide d'une étincelle lorsqu'un autre corps conducteur d'électricité et connecté à la terre ou électrifié à l'opposé du corps donné est rapproché suffisamment d'un corps électrifié situé dans un gaz d'une élasticité considérable ou dans un liquide. Une étincelle peut également se former lorsqu’il y a une couche d’une sorte d’isolant solide entre ces deux corps. Dans ce cas, l'étincelle perce cette couche, formant un trou traversant et la fissure. Une étincelle est toujours accompagnée d'un crépitement particulier, résultant d'un choc rapide de l'environnement dans lequel elle se produit. Lorsque l’étincelle est courte, elle ressemble à une ligne droite et légère. L'épaisseur de cette ligne est déterminée par la quantité d'électricité perdue par le corps électrifié à l'aide de cette étincelle. À mesure que la longueur de l'étincelle augmente, elle devient plus fine et s'écarte en même temps de l'apparence d'une ligne droite, prend la forme d'une ligne en zigzag, puis, avec un allongement supplémentaire, se ramifie et prend finalement la forme d'un pinceau. (Tableau, fig. 1). A l'aide d'un miroir rotatif, on peut découvrir que l'étincelle qui apparaît est en fait constituée d'un certain nombre d'étincelles individuelles, se succédant après un certain temps. La longueur de l'étincelle résultante, ou ce qu'on appelle la distance des bits, dépend de la différence de potentiel entre les corps entre lesquels cette étincelle est produite. Cependant, même avec la même différence de potentiel entre deux corps, la longueur de l'étincelle formée entre eux varie quelque peu en fonction de la forme de ces corps. Ainsi, pour une différence de potentiel donnée, l'étincelle est plus longue lorsqu'elle se forme entre deux disques que dans le cas où elle doit sauter entre deux billes. Et pour différentes boules, l'étincelle n'est pas de la même longueur. Plus les deux boules diffèrent en taille, plus elles sont longues. Pour une différence de potentiel donnée, l'étincelle la plus courte est obtenue, c'est-à-dire la plus petite distance de décharge est obtenue dans le cas où l'étincelle doit être obtenue entre deux billes de même taille. Un changement dans l'élasticité du gaz a une très grande influence sur l'ampleur de la différence de potentiel nécessaire pour former une étincelle d'une longueur donnée. À mesure que l’élasticité du gaz diminue, cette différence de potentiel diminue également. La nature du gaz dans lequel se produit l’étincelle a une influence significative sur l’ampleur de la différence de potentiel requise. Pour une même longueur d'étincelle et une même élasticité du gaz, cette différence de potentiel est la plus faible pour l'hydrogène, elle est plus grande pour l'air et encore plus grande pour l'acide carbonique. Pour produire une étincelle dans un liquide, une différence de potentiel plus grande est nécessaire que pour produire la même étincelle dans un gaz. La substance des corps entre lesquels l’étincelle se forme a un très faible effet sur la différence de potentiel nécessaire pour que l’étincelle se produise. Pour de courtes longueurs d'étincelle dans l'air ou dans tout autre gaz, la différence de potentiel qui forme l'étincelle est très étroitement proportionnelle à la longueur de l'étincelle. Pour les grandes longueurs d'étincelle, la relation entre la longueur d'étincelle et la différence de potentiel requise n'est pas si simple. Dans ce cas, à mesure que la différence de potentiel augmente, la longueur de l’étincelle augmente plus rapidement que la différence de potentiel. Le tableau suivant contient des données permettant d'exprimer la longueur des étincelles et les différences de potentiel correspondantes (les étincelles se forment entre deux disques, l'un d'eux a une surface légèrement convexe).

Dictionnaire encyclopédique F.A. Brockhaus et I.A. Efron. - S.-Pb. : Brockhaus-Efron. 1890-1907 .

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