Gnistanladdning

Gnisturladdning (elektrisk gnista) - icke-stationär form av elektrisk urladdning som förekommer i gaser . En sådan urladdning sker vanligtvis vid tryck i storleksordningen atmosfäriska och åtföljs av en karakteristisk ljudeffekt - "sprickan" av en gnista. Temperaturen i gnisturladdningens huvudkanal kan nå 10 000  K [1] . I naturen uppstår ofta gnistorladdningar i form av blixtar . Avståndet "genomborrat" av en gnista i luften beror på styrkan hos det elektriska fältet nära elektrodernas yta och deras form. För sfärer, vars radie är mycket större än urladdningsgapet, anses det vara lika med 30  kV per centimeter, för nålar - 10 kV per centimeter.

Villkor

En gnisturladdning uppstår om energikällans kraft är otillräcklig för att upprätthålla en stationär ljusbågsurladdning eller glödurladdning . I det här fallet, samtidigt med en kraftig ökning av urladdningsströmmen, sjunker spänningen över urladdningsgapet under en kort tid (från flera mikrosekunder till flera hundra mikrosekunder) under spänningen för utsläckning av gnistorladdningen, vilket leder till upphörande av utskrivningen. Sedan ökar potentialskillnaden mellan elektroderna igen, når tändspänningen och processen upprepas. I andra fall, när kraften hos källan är tillräckligt hög, observeras också hela uppsättningen av fenomen som är karakteristiska för denna urladdning, men de är bara en övergående process som leder till upprättandet av en urladdning av en annan typ - oftast en båge .

Natur

En gnisturladdning är en stråle av ljusa, snabbt försvinnande eller ersätter varandra filamentösa, ofta mycket grenade remsor - gnistkanaler . Dessa kanaler är fyllda med plasma , som i en kraftfull gnisturladdning inkluderar inte bara joner av källgasen, utan också joner av elektrodämnet , som intensivt avdunstar under inverkan av urladdningen. Mekanismen för bildandet av gnistkanaler (och följaktligen förekomsten av en gnisturladdning) förklaras av streamerteorin om elektrisk nedbrytning av gaser. Enligt denna teori, från elektronlaviner som uppstår i det elektriska fältet i urladdningsgapet, under vissa förhållanden, bildas streamers  - svagt glödande tunna grenade kanaler som innehåller joniserade gasatomer och fria elektroner delas av från dem. Bland dem kan man urskilja den så kallade ledaren  - en svagt lysande urladdning, "banar vägen" för huvudurladdningen. Den, som rör sig från en elektrod till en annan, täcker urladdningsgapet och förbinder elektroderna med en kontinuerlig ledande kanal. Sedan, i motsatt riktning längs den lagda banan, passerar huvudurladdningen, åtföljd av en kraftig ökning av strömstyrkan och mängden energi som frigörs i dem. Varje kanal expanderar snabbt, vilket resulterar i en stötvåg vid dess gränser . Kombinationen av stötvågor från expanderande gnistkanaler genererar ljud , som uppfattas som en "spricka" av en gnista (i fallet med blixt - åska).

Gnisturladdningens tändspänning är vanligtvis ganska hög. Den elektriska fältstyrkan i gnistan sjunker från några tiotals kilovolt per centimeter (kV/cm) vid nedbrytningsögonblicket till cirka 100 V/cm efter några mikrosekunder. Den maximala strömmen i en kraftfull gnisturladdning kan nå värden i storleksordningen flera hundra kiloampere.

En speciell typ av gnisturladdning är en glidande gnisturladdning , som sker längs gränsytan mellan en gas och ett fast dielektrikum placerat mellan elektroderna, förutsatt att fältstyrkan överstiger luftens nedbrytningsstyrka. Områden av en glidande gnisturladdning, där laddningar av ett tecken dominerar, inducerar laddningar av ett annat tecken på ytan av dielektrikumet, som ett resultat av vilka gnistkanaler kryper längs ytan av dielektrikumet och bildar de så kallade Lichtenberg-figurerna .

Processer som liknar de som inträffar under en gnisturladdning är också karakteristiska för en borsturladdning, som är ett övergångssteg mellan en korona- och gnisturladdning.

Gnisturladdningens beteende kan mycket väl ses på slowmotion-inspelning av urladdningar (Fpuls = 500 Hz , U = 400 kV) [2] erhållen från Tesla-transformatorn . Den genomsnittliga strömmen och varaktigheten av pulserna är inte tillräcklig för att tända bågen, men den är ganska lämplig för bildandet av en ljus gnistkanal.

Se även

• gasutsläpp
• coronaurladdning
• ljusbågsurladdning
• glöd urladdning

Anteckningar

1. ↑ Saveliev, 1988 , sid. 255.
2. ↑ Video av höghastighetsfotografering av urladdningar . Hämtad 29 september 2017. Arkiverad från originalet 5 oktober 2016. (obestämd)

Källor

• Vorobyov A. A., Högspänningsteknik. - Moskva-Leningrad, GosEnergoIzdat, 1945.
• Physical Encyclopedia, v.2 - M.: Great Russian Encyclopedia s.218 .
• Raizer Yu. P. Fysik för gasurladdning. - 2:a uppl. — M  .: Nauka, 1992. — 536 sid. — ISBN 5-02014615-3 .
• Savelyev I.V. §87. Gnistor och koronaurladdningar  // Kurs i allmän fysik  : Lärobok: i 3 volymer . - 3:e uppl., Rev. - M.  : Nauka, 1988. - T. 2. - S. 255-257. — 496 sid.

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)