Descărcare prin scânteie. Conceptul de descărcare prin scânteie Această descărcare se caracterizează printr-o formă intermitentă

În funcție de presiunea gazului, configurația electrozilor și parametrii circuitului extern, există patru tipuri de descărcări independente:

• descărcare strălucitoare;
• descărcare de scânteie;
• descărcarea arcului;
• descărcare corona.

1. Descărcare strălucitoare apare la presiuni joase. Se poate observa într-un tub de sticlă cu electrozi metalici plati lipiți la capete (Fig. 8.5). Lângă catod există un strat luminos subțire numit film luminos catodic 2.

Între catod și film există Spațiul întunecat al lui Aston 1. În dreapta peliculei luminoase este plasat un strat slab luminos numit catod spatiu intunecat 3. Acest strat intră într-o zonă luminoasă, care se numește strălucire mocnitoare 4, spațiul mocnit este mărginit de un gol întunecat - Faraday spațiu întunecat 5. Se formează toate straturile de mai sus parte catodică descărcare strălucitoare. Restul tubului este umplut cu gaz strălucitor. Această parte se numește coloană pozitivă 6.

Pe măsură ce presiunea scade, partea catodică a descărcării și spațiul întunecat Faraday cresc, iar coloana pozitivă se scurtează.

Măsurătorile au arătat că aproape toate scăderile potențiale apar în primele trei secțiuni ale descărcării (spațiul întunecat al lui Aston, filmul luminos catodic și catodul). pată întunecată). Această porțiune a tensiunii aplicate tubului se numește scăderea potențialului catodic.

În regiunea strălucirii mocnite, potențialul nu se schimbă - aici intensitatea câmpului este zero. În cele din urmă, în spațiul întunecat Faraday și coloana pozitivă potențialul crește încet.

Această distribuție potențială este cauzată de formarea unei sarcini spațiale pozitive în spațiul întunecat catodic, datorită concentrației crescute de ioni pozitivi.

Ionii pozitivi, accelerați de scăderea potențialului catodic, bombardează catodul și scot electronii din el. În spațiul întunecat Aston, acești electroni, care zboară fără ciocniri în regiunea spațiului întunecat catodic, au energie mare, drept urmare ei ionizează mai des moleculele decât le excită. Aceste. Intensitatea strălucirii gazului scade, dar se formează mulți electroni și ioni pozitivi.

Ionii rezultați au inițial o viteză foarte mică și, prin urmare, se creează o sarcină spațială pozitivă în spațiul întunecat catodic, ceea ce duce la o redistribuire a potențialului de-a lungul tubului și la apariția unei scăderi de potențial catodic.

Electronii generați în spațiul întunecat catodic pătrund în regiunea strălucirii mocnite, care se caracterizează printr-o concentrație mare de electroni și ioni pozitivi și o sarcină a spațiului polar aproape de zero (plasmă). Prin urmare, puterea câmpului aici este foarte scăzută.

2. În regiunea strălucirii mocnite are loc un proces intens de recombinare, însoțit de emisia de energie eliberată în timpul acestui proces. Astfel, strălucirea mocnitoare este în principal o strălucire de recombinare. Din regiunea de strălucire mocnită în spațiul întunecat Faraday, electronii și ionii pătrund datorită difuziei. Probabilitatea recombinării aici scade foarte mult, deoarece concentrația particulelor încărcate este scăzută. Prin urmare, există un câmp în spațiul întunecat Faraday. Electronii antrenați de acest câmp acumulează energie și adesea creează în cele din urmă condițiile necesare existenței unei plasme. Coloana pozitivă reprezintă plasma cu descărcare în gaz. Acționează ca un conductor care conectează anodul la părțile catodice ale descărcării. Strălucirea coloanei pozitive este cauzată în principal de tranzițiile moleculelor excitate la starea fundamentală. Descărcare prin scânteie apare în gaz de obicei la presiuni de ordinul presiunii atmosferice. Se caracterizează printr-o formă intermitentă. De aspect.

o descărcare de scânteie este o grămadă de dungi subțiri ramificate în zig-zag strălucitoare care pătrund instantaneu în golul de descărcare, se sting rapid și se înlocuiesc constant reciproc (Fig. 8.6). Aceste benzi se numesc canale de scânteie T gaz = 10.000 K~ 40 cm eu= 100 kA t= 10 –4 s

l ~ 10 km, timp în care doar o mică tensiune cade pe intervalul de descărcare. Dacă puterea sursei nu este foarte mare, atunci după acest impuls de curent descărcarea se oprește. Tensiunea dintre electrozi începe să crească până la valoarea anterioară

, iar defalcarea gazului se repetă cu formarea unui nou canal de scânteie. În natural conditii naturale



3. descărcarea scânteii se observă sub formă de fulger. Figura 8.7 prezintă un exemplu de descărcare de scânteie - fulger, durata 0,2 ÷ 0,3 cu o putere a curentului de 10 4 - 10 5 A, lungime 20 km (Fig. 8.7). . Descărcarea arcului Dacă, după primirea unei descărcări de scânteie de la o sursă puternică, distanța dintre electrozi se reduce treptat, atunci descărcarea intermitentă devine continuă și o formă nouă descărcare gazoasă, numită descărcare cu arc

(Fig. 8.8).
~ 10 3 A

Orez. 8.8

4. În acest caz, curentul crește brusc, ajungând la zeci și sute de amperi, iar tensiunea pe intervalul de descărcare scade la câteva zeci de volți. Potrivit lui V.F. Litkevich (1872 - 1951), descărcarea arcului se menține în principal datorită emisiei termoionice de pe suprafața catodului. În practică, aceasta înseamnă sudare, cuptoare cu arc puternice. Descărcarea corona

(Fig. 8.9).apare într-un câmp electric neuniform puternic la presiuni relativ mari ale gazelor (de ordinul atmosferei). Un astfel de câmp poate fi obținut între doi electrozi, suprafața unuia dintre ele având o curbură mare (sârmă subțire, vârf).

Prezența unui al doilea electrod nu este necesară, dar rolul acestuia poate fi jucat de obiectele metalice împământate din apropiere. Când câmpul electric în apropierea unui electrod cu o curbură mare atinge aproximativ 3∙10 6 V/m, în jurul lui apare o strălucire, care arată ca o cochilie sau o coroană, de unde provine numele încărcăturii.

Descărcare prin scânteie. La o intensitate a câmpului suficient de mare de aproximativ 3 MVm, între electrozi apare o scânteie electrică, care are aspectul unui canal de înfășurare strălucitor care conectează ambii electrozi. Gazul din apropierea scânteii se încălzește până la o temperatură ridicată și se extinde brusc, provocând unde sonore

, și auzim un trosnet caracteristic. Forma descrisă de descărcare de gaz se numește descărcare de scânteie sau defalcare de scânteie de gaz. Când are loc o descărcare de scânteie, gazul își pierde brusc proprietățile dielectrice și devine un bun conductor. Intensitatea câmpului la care are loc defalcarea scânteii de gaz are pentru diferite gaze și depinde de starea lor de presiune și temperatură. Cu cât distanța dintre electrozi este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea dintre ei pentru ca gazul să aibă loc prin scântei. Această tensiune se numește tensiune de rupere.

Știind cum tensiunea de avarie depinde de distanța dintre electrozii oricăruia o anumită formă, tensiunea necunoscută poate fi măsurată de la lungimea maximă a scânteii. Dispozitivul unui voltmetru cu scânteie pentru tensiuni înalte brute se bazează pe acesta. Este alcătuit din două bile metalice montate pe standurile 1 și 2, al 2-lea stand cu bila se poate deplasa mai aproape sau mai departe de primul folosind un șurub. Bilele sunt conectate la o sursă de curent, a cărei tensiune trebuie măsurată și reunite până când apare o scânteie.

Măsurând distanța folosind o scară pe suport, puteți da o estimare aproximativă a tensiunii de-a lungul lungimii scânteii, de exemplu, cu un diametru al bilei de 5 cm și o distanță de 0,5 cm, tensiunea de defectare este de 17,5 kV; , iar la o distanta de 5 cm 100 kV. Apariția defalcării este explicată după cum urmează: într-un gaz există întotdeauna un anumit număr de ioni și electroni care decurg din motive aleatorii. Cu toate acestea, numărul lor este atât de mic încât gazul practic nu conduce electricitatea. La o intensitate a câmpului suficient de mare, energia cinetică acumulată de ion în intervalul dintre două ciocniri poate deveni suficientă pentru a ioniza o moleculă neutră la ciocnire.

Ca rezultat, se formează un nou electron negativ și un reziduu ionic încărcat pozitiv. Electronul liber 1, când se ciocnește cu o moleculă neutră, o împarte în electronul 2 și un ion pozitiv liber. Electronii 1 și 2, la ciocnirea ulterioară cu molecule neutre, îi împart din nou în electroni 3 și 4 și ioni pozitivi liberi etc. Acest proces de ionizare se numește ionizare de impact, iar munca care trebuie cheltuită pentru a îndepărta un electron dintr-un atom se numește muncă de ionizare.

Lucrarea de ionizare depinde de structura atomului și, prin urmare, este diferită pentru diferite gaze. Electronii și ionii formați sub influența ionizării de impact cresc numărul de sarcini din gaz și, la rândul lor, încep să se miște sub influența câmp electricși poate produce ionizarea de impact a noilor atomi.

Astfel, procesul se întărește singur, iar ionizarea în gaz atinge rapid o valoare foarte mare. Fenomenul este similar cu o avalanșă de zăpadă, așa că acest proces a fost numit o avalanșă de ioni. Formarea unei avalanșe de ioni este procesul de spargere a scânteilor, iar tensiunea minimă la care are loc o avalanșă de ioni este tensiunea de spargere. Astfel, în timpul defalcării unei scântei, motivul ionizării gazului este distrugerea atomilor și moleculelor în timpul ciocnirilor cu ionii - ionizare de impact. 2.2.3. Arc electric Dacă, după aprinderea descărcării scânteii, rezistența circuitului este redusă treptat, atunci puterea curentului în scânteie va crește.

Când rezistența circuitului devine suficient de scăzută, apare o nouă formă de descărcare de gaz, numită descărcare cu arc. În acest caz, curentul crește brusc, iar tensiunea peste intervalul de descărcare scade la câteva zeci de volți. Acest lucru arată că în descărcare apar noi procese, conferind o conductivitate foarte mare gazului.

În prezent, un arc electric este produs cel mai adesea între electrozii speciali de carbon. Cel mai fierbinte punct al arcului este depresiunea formată pe electrodul pozitiv și se numește craterul arcului. Temperatura sa este de 4000 K, iar la o presiune de 20 atm depășește 7000 K. O descărcare de arc are loc în toate cazurile când, datorită încălzirii catodului, emisia termoionică devine cauza principală a ionizării gazului. De exemplu, într-o descărcare strălucitoare, ionii pozitivi care bombardează catodul nu numai că provoacă emisie secundară de electroni, ci și încălzesc catodul.

Prin urmare, dacă creșteți curentul într-o descărcare luminoasă, temperatura catodului crește, iar când atinge o astfel de valoare încât începe emisia termoionică vizibilă, descărcarea luminoasă se transformă într-un arc. În acest caz, scăderea potențialului catodic dispare. Arcul electric este o sursă de lumină puternică și este utilizat pe scară largă în instalații de proiecție, proiectoare și alte instalații. Puterea specifică consumată de acesta este mai mică decât cea a lămpilor cu incandescență.

Lămpile cu arc de înaltă presiune sunt, de asemenea, folosite ca surse de lumină. Arcul este aprins de o descărcare de la o sursă de înaltă tensiune folosind un al treilea electrod. Datorită temperaturii ridicate a arcului, este utilizat pentru sudarea și tăierea metalelor. Arcurile autoelectronice cu catod de mercur sunt folosite pentru a redresa curentul electric alternativ. 2.2.4. Descărcarea corona Descărcarea, care a primit această denumire, este observată la presiuni relativ mari ale gazului într-un câmp foarte neomogen. Pentru a obține o neomogenitate semnificativă a câmpului, electrozii trebuie să aibă o suprafață foarte inegală, adică unul foarte mare, celălalt foarte mic.

Liniile de intensitate a câmpului electric devin mai dense pe măsură ce se apropie de fir și, prin urmare, intensitatea câmpului din apropierea firului a cea mai mare valoare. Când ajunge la aproximativ 3106 Vm, se aprinde o descărcare între fir și cilindru și apare un curent în circuit. În acest caz, în apropierea firului apare o strălucire, care are forma unei cochilii sau a unei coroane care înconjoară firul, de unde provine numele descărcării.

Descărcarea corona are loc atât la un potențial negativ pe fir (corona negativă), cât și la un potențial pozitiv (corona pozitivă), precum și la o tensiune alternativă între fir și cilindru. Pe măsură ce tensiunea dintre fir și cilindru crește, crește și curentul din descărcarea corona. În același timp, grosimea stratului luminos al coroanei crește. Procesele din interiorul coroanei se rezumă la următoarele: dacă firul este încărcat negativ, atunci la atingerea tensiunii de rupere, la suprafața firului se generează avalanșe de electroni, care se răspândesc de la fir la cilindru.

În cazul unei coroane pozitive, avalanșele de electroni își au originea pe suprafața exterioară a coroanei și se deplasează spre fir. Descărcarea corona are loc nu numai lângă fire, ci și lângă orice conductor cu o suprafață mică. Coroana apare și în natură sub influența câmpului electric atmosferic și apare pe vârfurile copacilor, catargele navelor etc. 3.

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține secțiunii:

Curentul electric în nemetale

Electroliții includ, de exemplu, soluții de săruri, acizi și baze. În unele cazuri, electroliții sunt, de asemenea, topituri ale oricăror substanțe sau... Electroliza este eliberarea unei substanțe pe electrozi atunci când un curent electric trece prin soluția de electrolit. Legile..

Dacă ai nevoie material suplimentar pe acest subiect, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:

Dacă creșteți treptat tensiunea dintre doi electrozi aflați în aerul atmosfericși având o astfel de formă încât câmpul electric dintre ele să nu difere prea mult de unul uniform (de exemplu, doi electrozi plati cu margini rotunjite sau două bile suficient de mari), atunci la o anumită tensiune apare o scânteie electrică. Arată ca un canal strălucitor care conectează ambii electrozi, care este de obicei curbat și ramificat într-un mod complex (vezi Anexa 1.2).

O scânteie electrică apare atunci când câmpul electric dintr-un gaz atinge o anumită valoare E La(intensitatea câmpului critic sau puterea de defalcare), care depinde de tipul de gaz și de starea acestuia. Pentru aer la conditii normale E La 3*10 6 V/m. Cu cât distanța dintre electrozi este mai mare, cu atât este mai mare tensiunea dintre ei pentru ca gazul să aibă loc prin scântei. Această tensiune se numește tensiune de rupere.

Apariția unei defecțiuni se explică după cum urmează: într-un gaz există întotdeauna un anumit număr de ioni și electroni care apar din cauze aleatorii. Cu toate acestea, numărul lor este atât de mic încât gazul practic nu conduce electricitatea. La o intensitate a câmpului suficient de mare, energia cinetică acumulată de ion în intervalul dintre două ciocniri poate deveni suficientă pentru a ioniza o moleculă neutră la ciocnire. Ca rezultat, se formează un nou electron negativ și un reziduu încărcat pozitiv - un ion.

Electronul liber 1, când se ciocnește cu o moleculă neutră, o împarte în electronul 2 și un ion pozitiv liber. Electronii 1 și 2, la ciocnirea ulterioară cu molecule neutre, îi împart din nou în electroni 3 și 4 și ioni pozitivi liberi etc. (Fig. 3.2.1).

Acest proces de ionizare se numește ionizare de impact ionizare, iar munca care trebuie cheltuită pentru a îndepărta un electron dintr-un atom este munca ionizării. Lucrarea de ionizare depinde de structura atomului și, prin urmare, este diferită pentru diferite gaze.

Electronii și ionii formați sub influența ionizării prin impact măresc numărul de sarcini din gaz și, la rândul lor, intră în mișcare sub influența unui câmp electric și pot produce ionizare prin impact a unor noi atomi. Astfel, procesul se întărește singur, iar ionizarea în gaz atinge rapid o valoare foarte mare. Fenomenul este similar cu o avalanșă de zăpadă, așa că acest proces a fost numit ionic o avalansa.

Formarea unei avalanșe de ioni este procesul de spargere a scânteilor, iar tensiunea minimă la care are loc o avalanșă de ioni este tensiunea de spargere.

Astfel, în timpul defalcării unei scântei, motivul ionizării gazului este distrugerea atomilor și moleculelor în timpul ciocnirilor cu ionii (ionizare de impact). Magnitudinea E La crește odată cu creșterea presiunii. Raportul dintre intensitatea câmpului critic și presiunea gazului r pentru un anumit gaz rămâne aproximativ constant pe o gamă largă de modificări de presiune:

Această lege face posibilă determinarea Ek la diferite presiuni dacă valoarea lui la orice presiune este cunoscută.

Tensiunea de defalcare scade atunci când gazul este expus la un ionizator extern. Dacă aplicați o tensiune puțin mai mică decât tensiunea de întrerupere la spațiul de gaz și aduceți un arzător cu gaz aprins în spațiul dintre electrozi, apare o scânteie. Iluminarea electrodului negativ cu lumină ultravioletă, precum și a altor ionizatori, are același efect.

Pentru a explica descărcarea scânteii, la început mi s-a părut firesc să presupunem că procesele principale în scânteie sunt ionizarea prin impactul electronilor în volum și ionizarea cu ionii pozitivi (în volum sau la catod). Cu toate acestea, mai târziu a devenit clar că aceste procese nu pot explica multe caracteristici ale formării scânteilor. Să ne uităm la rata de dezvoltare a unei încărcări de scânteie ca exemplu. Dacă ionizarea de către ionii pozitivi a jucat un rol semnificativ în scânteie, atunci timpul de dezvoltare a scânteii ar fi cel puțin de același ordin cu timpul de mișcare a ionilor pozitivi de la anod la catod. Acest timp este ușor de estimat - se dovedește a fi aproximativ 10 -4 - 10 -5 s. Între timp, experiența arată că timpul său de dezvoltare este cu câteva ordine de mărime mai scurt.

O explicație pentru rata mare de dezvoltare a scânteii, precum și alte caracteristici ale acestei forme de descărcare, este dată de așa-numita teorie a streamerului a scânteii, fundamentată în prezent prin date experimentale directe. Conform acestei teorii, apariția unui canal de scânteie strălucitor este precedată de apariția unor grupuri slab strălucitoare de particule ionizate. ( streamers ). Pătrunzând decalajul de descărcare de gaz, streamers formează punți conducătoare de-a lungul cărora fluxuri puternice de electroni se repezi în etapele ulterioare ale descărcării. Motivul apariției streamer-urilor nu este doar formarea de avalanșe de electroni prin ionizare prin impact, ci și ionizarea gazului prin radiația apărută în descărcarea în sine (fotoionizare).

Diagrama de dezvoltare a streamerului este prezentată în Fig. 3.2.2.

Sub formă de conuri, această figură prezintă avalanșe de electroni care își au originea în punctele vârfurilor conurilor și se propagă de la catod la anod. Esențial în această schemă este faptul că, pe lângă avalanșa inițială de electroni care a apărut direct la catod, se formează noi avalanșe în puncte situate mult înaintea capului avalanșei inițiale. Aceste noi avalanșe apar din cauza apariției electronilor în volumul gazului ca urmare a fotoionizării prin radiații emanate din avalanșele care au apărut mai devreme (în figură, această radiație este prezentată schematic sub formă de linii ondulate). În timpul dezvoltării lor, avalanșele individuale se ajung din urmă una pe cealaltă și se îmbină, rezultând în formarea unui canal de streamer bine conducător. Din diagrama de mai sus este clar că, datorită apariției mai multor avalanșe, traseul total CD parcurs de streamer este mult mai mare decât distanța AB parcursă de o avalanșă inițială (diferența dintre lungimile AB și CD este de fapt mult mai mare). mai mare decât cea prezentată în fig. 3.2.2).

Datorită eliberării unei cantități mari de energie în timpul proceselor luate în considerare, gazul din eclator se încălzește până la 10.000 C, ceea ce duce la strălucirea sa. Încălzirea rapidă a gazului duce la o creștere a presiunii, ajungând la 10 7 10 8 Pa, și la apariția undelor de șoc, ceea ce explică efecte sonoreîn timpul descărcării unei scântei - un trosnet caracteristic în descărcări slabe și zgomote puternice de tunete în cazul fulgerelor, care este un exemplu de descărcare puternică de scântei între nor de tuneteși și Pământul sau între doi nori de tunete.

O descărcare de scânteie este utilizată pentru a aprinde un amestec combustibil din motoare ardere internă. Când intervalul de descărcare este scurt, descărcarea prin scânteie provoacă o distrugere specifică a anodului, numită eroziune. Acest fenomen a fost utilizat în metoda scânteii electrice de tăiere, găurire și alte tipuri de prelucrare de precizie a metalelor. Este folosit în analiza spectrală pentru a înregistra particulele încărcate (contoare de scântei).

Eclatorul este utilizat ca protector la supratensiune (eclatori) în linii electrice transmisii (de exemplu, în linii telefonice). Dacă în apropierea unei linii trece un curent puternic de scurtă durată, atunci în firele acestei linii sunt induse tensiuni și curenți, care pot distruge instalația electrică și sunt periculoase pentru viața umană.

Pentru a evita acest lucru, se folosesc siguranțe speciale, formate din doi electrozi curbați, dintre care unul este conectat la linie, iar celălalt este împământat. Dacă potențialul liniei în raport cu pământul crește foarte mult, atunci între electrozi are loc o descărcare de scânteie, care, împreună cu aerul încălzit de aceasta, se ridică, se prelungește și se rupe.

În cele din urmă, o scânteie electrică este utilizată pentru a măsura diferențe mari de potențial folosind un spațiu între bile, ai cărui electrozi sunt două bile metalice montate pe suporturile 1 și 2. Al doilea suport cu bila se poate apropia sau îndepărta de primul folosind un șurub. . Bilele sunt conectate la o sursă de curent, a cărei tensiune trebuie măsurată și reunite până când apare o scânteie. Măsurând distanța folosind scara de pe suport, puteți da o estimare aproximativă a tensiunii de-a lungul lungimii scânteii (exemplu: cu un diametru al bilei de 5 cm și o distanță de 0,5 cm, tensiunea de avarie este de 17,5 kV, si cu distanta de 5 cm - 100 kV). Această metodă poate măsura diferențe de potențial de ordinul a zeci de mii de volți cu o precizie de câteva procente.

Descărcarea scânteii are aspectul unor fire-canale ramificate în zig-zag strălucitoare care pătrund în golul de descărcare și dispar, înlocuite cu altele noi. Cercetările au arătat că canalele de descărcare cu scântei încep să crească, uneori de la electrodul pozitiv, alteori de la negativ și uneori de la un punct între electrozi. Acest lucru se explică prin faptul că ionizarea prin impact în cazul unei descărcări de scânteie nu are loc pe întregul volum de gaz, ci prin canale individuale care trec în acele locuri în care concentrația ionilor se dovedește accidental a fi cea mai mare. O descărcare de scânteie este însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură, o strălucire strălucitoare de gaz, un trosnet sau un tunet. Toate aceste fenomene sunt cauzate de avalanșe de electroni și ioni care apar în canalele de scânteie și duc la o creștere uriașă a presiunii, ajungând la 107108 Pa și la o creștere a temperaturii până la 10000 C.

Un exemplu tipic de descărcare de scânteie este fulgerul. Canalul principal Fulgerul are un diametru de 10 până la 25 cm, iar lungimea fulgerului poate ajunge la câțiva kilometri. Puterea maximă de curent a unui impuls de fulger ajunge la zeci și sute de mii de amperi.

Când intervalul de descărcare este scurt, descărcarea prin scânteie provoacă distrugerea specifică a anodului, numită eroziune. Acest fenomen a fost utilizat în metoda scânteii electrice de tăiere, găurire și alte tipuri de prelucrare de precizie a metalelor.

Eclatorul este folosit ca protector la supratensiune în liniile de transmisie electrică (de exemplu, liniile telefonice). Dacă în apropierea unei linii trece un curent puternic de scurtă durată, atunci în firele acestei linii sunt induse tensiuni și curenți, care pot distruge instalația electrică și sunt periculoase pentru viața umană. Pentru a evita acest lucru, se folosesc siguranțe speciale, formate din doi electrozi curbați, dintre care unul este conectat la linie, iar celălalt este împământat. Dacă potențialul liniei în raport cu pământul crește foarte mult, atunci între electrozi are loc o descărcare de scânteie, care, împreună cu aerul încălzit de aceasta, se ridică, se prelungește și se rupe.

În cele din urmă, scânteia electrică este utilizată pentru a măsura diferențe mari de potențial folosind opritor de minge, ai căror electrozi sunt două bile metalice cu o suprafață lustruită. Bilele sunt îndepărtate și li se aplică o diferență de potențial măsurată. Apoi bilele sunt apropiate până când o scânteie sare între ele. Cunoscând diametrul bilelor, distanța dintre ele, presiunea, temperatura și umiditatea aerului, găsiți diferența de potențial dintre bile folosind tabele speciale. Această metodă poate măsura diferențe de potențial de ordinul a zeci de mii de volți cu o precizie de câteva procente.

Conceptul de descărcare prin scânteie Această descărcare se caracterizează printr-o formă intermitentă. Apare de obicei în gaze la presiuni de ordinul presiunii atmosferice. În condiții naturale, se observă o descărcare de scânteie sub formă de fulger. În exterior, o descărcare de scânteie este o grămadă de benzi subțiri ramificate în zig-zag strălucitoare care pătrund instantaneu în golul de descărcare, se sting rapid și se înlocuiesc în mod constant. Aceste benzi se numesc canale de scânteie. Canalele care se dezvoltă de la electrodul pozitiv au contururi clare asemănătoare firului, în timp ce cele care se dezvoltă de la electrodul negativ au margini difuze și ramificații mai fine.

Deoarece Deoarece o descărcare de scânteie are loc la presiuni mari ale gazului, potențialul de aprindere este foarte mare. Dar după ce intervalul de descărcare devine un canal de „scânteie”, rezistența decalajului devine foarte mică prin canal, un impuls de scurtă durată de curent mare, în timpul căruia doar o ușoară rezistență cade pe decalajul de descărcare. Dacă puterea sursei nu este foarte mare, atunci descărcarea se oprește după un astfel de impuls de curent. Tensiunea dintre electrozi începe să crească la valoarea anterioară, iar defalcarea gazului se repetă odată cu formarea unui nou canal de scânteie. O scânteie electrică apare dacă câmpul electric dintr-un gaz atinge o anumită valoare specifică Ek (intensitatea câmpului critic sau puterea de defalcare), care depinde de tipul de gaz și de starea acestuia. De exemplu, pentru aer în condiții normale Ek3 * 106 V/m. Valoarea lui Ek crește odată cu creșterea presiunii. Raportul dintre intensitatea câmpului critic și presiunea gazului p pentru un gaz dat rămâne aproximativ pe o gamă largă de modificări de presiune: Ek/pconst.

Cu cât capacitatea C între electrozi este mai mare, cu atât timpul de creștere a tensiunii este mai lung. Prin urmare, pornirea unui condensator paralel cu golul de descărcare crește timpul dintre două scântei ulterioare, iar scânteile în sine devin mai puternice. O sarcină electrică mare trece prin canalul de scânteie și, prin urmare, amplitudinea și durata impulsului de curent crește. Cu o capacitate mare C, canalul de scânteie strălucește puternic și are aspectul unor dungi largi. Același lucru se întâmplă atunci când puterea sursei de curent crește. Apoi vorbesc despre o scânteie condensată sau o scânteie condensată. Puterea maximă a curentului într-un impuls în timpul unei descărcări cu scânteie variază foarte mult, în funcție de parametrii circuitului de descărcare și de condițiile din intervalul de descărcare, ajungând la câteva sute de kiloamperi. Odată cu o creștere suplimentară a puterii sursei, descărcarea scânteii se transformă într-o descărcare cu arc. Ca urmare a trecerii unui impuls de curent prin canalul de scânteie, o scânteie este eliberată în canal număr mare energie (aproximativ 0,1 - 1 J pe centimetru de lungime a canalului). Eliberarea de energie este asociată cu o creștere bruscă a presiunii în gazul înconjurător - formarea unei unde de șoc cilindrice, a cărei temperatură în față este de ~104 K.

Are loc o expansiune rapidă a canalului de scânteie, cu o viteză de ordinul vitezei termice a atomilor de gaz. Pe măsură ce unda de șoc avansează, temperatura din față începe să scadă, iar frontul însuși se îndepărtează de limita canalului. Apariția undelor de șoc se explică prin efectele sonore care însoțesc o descărcare de scânteie: un trosnet caracteristic în descărcări slabe și zgomot puternic în cazul fulgerelor. Când canalul există, în special la presiuni ridicate, se observă o strălucire mai strălucitoare a descărcării scânteii. Luminozitatea strălucirii este neuniformă pe secțiunea transversală a canalului și are un maxim în centru.

Mecanismul de descărcare a scânteilor În prezent, așa-numita teorie a streamerului de descărcare a scânteilor, confirmată prin experimente directe, este în general acceptată. Calitativ, explică principalele caracteristici ale unei descărcări de scânteie, deși cantitativ nu poate fi considerată completă. Dacă o avalanșă de electroni își are originea în apropierea catodului, atunci de-a lungul traseului său are loc ionizarea și excitarea moleculelor și atomilor de gaz. Este important ca cuantele de lumină emise de atomii și moleculele excitați, care se propagă la anod cu viteza luminii, produc ele însele ionizarea gazului și dau naștere primelor avalanșe de electroni.

Electronii liberi primesc accelerații enorme într-un astfel de câmp. Aceste accelerații sunt direcționate în jos, deoarece partea inferioară a norului este încărcată negativ, iar suprafața pământului este încărcată pozitiv. Pe drumul de la prima coliziune la următoarea, electronii dobândesc semnificativ energie cinetică. Prin urmare, atunci când se ciocnesc de atomi sau molecule, le ionizează. Ca urmare, se nasc electroni noi (secundari), care, la rândul lor, sunt accelerați în câmpul norului și apoi ionizează noi atomi și molecule în ciocniri. Apar avalanșe întregi de electroni rapizi, formând nori chiar în „partea de jos”, „fire” de plasmă - un streamer. Fuzionarea între ele, streamerele dau naștere unui canal de plasmă prin care va trece ulterior pulsul de curent principal. Acest canal de plasmă care se dezvoltă de la „partea de jos” a norului până la suprafața pământului este umplut cu electroni și ioni liberi și, prin urmare, poate conduce bine curentul electric. El este numit lider, sau mai precis lider în trepte. Faptul este că canalul nu este format fără probleme, ci în salturi - în „pași”.

Nu se știe sigur de ce există pauze în mișcarea liderului și unele relativ regulate. Există mai multe teorii ale liderilor trepți. În 1938, Schonland a prezentat două posibile explicații pentru întârzierea care provoacă caracterul treptat al liderului. Potrivit unuia dintre ei, electronii ar trebui să se deplaseze în jos pe canalul streamerului (pilot) principal. Cu toate acestea, unii electroni sunt capturați de atomi și ioni încărcați pozitiv, astfel încât este nevoie de ceva timp pentru ca noi electroni în avans să sosească înainte de a exista un gradient de potențial suficient pentru ca curentul să continue.

Conform unui alt punct de vedere, este nevoie de timp pentru ca ionii încărcați pozitiv să se acumuleze sub capul canalului lider și, astfel, să creeze un gradient potențial suficient de-a lungul acestuia. În 1944, Bruce a propus o explicație diferită, care s-a bazat pe dezvoltarea unei descărcări strălucitoare într-o descărcare cu arc. El a considerat o „descărcare corona”, asemănătoare cu o descărcare de vârf, existentă în jurul canalului lider, nu numai la capul canalului, ci pe toată lungimea acestuia. El a explicat că condițiile pentru existența unei descărcări de arc vor fi stabilite pentru o perioadă de timp după ce canalul s-a dezvoltat pe o anumită distanță și, prin urmare, au apărut pași. Acest fenomen nu a fost încă studiat pe deplin și nu există încă o teorie specifică.

Deci există fulger Fulgerul și tunetul au fost inițial percepute de oameni ca o expresie a voinței zeilor și, în special, ca o manifestare a mâniei lui Dumnezeu. În același timp, mintea umană iscoditoare a încercat de mult timp să înțeleagă natura fulgerului și a tunetului, să înțeleagă cauzele lor naturale. În vremurile străvechi, Aristotel se gândea la asta. Lucretius s-a gândit la natura fulgerului. Încercările sale de a explica tunetul ca o consecință a faptului că „norii se ciocnesc acolo sub presiunea vântului” par foarte naive.

Fulgerul este o descărcare naturală a unor grupuri mari sarcina electricaîn straturile inferioare ale atmosferei. Unul dintre primii care au stabilit acest lucru a fost americanul om de statși omul de știință B. Franklin. În 1752 a efectuat un experiment cu zmeu de hârtie, de cordonul căruia a fost atașată o cheie de metal și a primit scântei de la cheie în timpul unei furtuni. De atunci, trăsnetul a fost intens studiat ca fenomen natural interesant și din cauza daunelor grave aduse liniilor electrice, caselor și altor structuri cauzate de loviturile directe sau tensiunile induse de trăsnet.

Tipuri de fulgere Majoritatea fulgerelor apar între un nor și suprafața pământului, cu toate acestea, există fulgere care apar între nori. Toate aceste fulgere sunt de obicei numite liniare. Lungimea unui singur fulger liniar poate fi măsurată în kilometri. Un alt tip de fulger este fulgerul în bandă. În același timp poza urmatoare, de parcă au apărut mai multe fulgere liniare aproape identice, deplasate unul față de celălalt. S-a observat că, în unele cazuri, un fulger se dezintegrează în zone luminoase separate, lungi de câteva zeci de metri. Acest fenomen se numește fulger cu mărgele. Potrivit lui Malan, acest tip de fulger se explică pe baza unei descărcări prelungite, după care strălucirea ar apărea mai strălucitoare în locul în care canalul se îndoaie în direcția observatorului care îl observă cu capătul îndreptat spre el.

Fizica fulgerului liniar Fulgerul liniar constă din mai multe impulsuri care se succed rapid unul pe altul. Fiecare impuls este o defalcare a spațiului de aer dintre nor și sol, care are loc sub forma unei descărcări de scânteie. Mai întâi, să ne uităm la primul impuls. Există două etape în dezvoltarea sa: mai întâi, se formează un canal de descărcare între nor și sol, iar apoi impulsul de curent principal trece rapid prin canalul format.

Fulgerul cu minge 1. Data, ora, condițiile meteorologice ale apariției fulgerului cu minge. – Orice dată și oră. Cu toate acestea, vârful observațiilor are loc în iulie (45,4% din observații). Pentru alte luni, statisticile arată astfel: mai - 6,4%, iunie - 17,5%, august - 20%, septembrie - 4,0%, din octombrie până în aprilie (total) - 6,7%. – Orice condiții meteorologice, cel mai adesea, fulgerele sunt observate în legătură cu descărcări liniare de fulgere în timpul furtunilor, uraganelor, furtunilor, tornadelor, furtunilor de zăpadă sau de nisip și cutremurelor.

2. Durata observării nu este de obicei mai mare de 1 minut. 3. Culoare. În cele mai multe cazuri, observatorii notează culoarea albă (23% din observații), galbenă (23%), roșu (18%), portocaliu (14%) a fulgerului. Uneori marcate cu verde, albastru, albastru, culori violete sau un amestec de culori. 4. Uneori bilele sunt nemișcate, mișcându-se lin pe o traiectorie complexă, iar uneori se mișcă destul de repede. Ele pot pluti în aer, pot fi așezate pe clădiri sau se pot rula de-a lungul firelor sau a marginilor obiectelor. 5. Pot dispărea în tăcere sau cu o explozie, uneori dăunând lucrurilor din jur. După ce CMM-ul dispare, rămâne adesea o ceață cu miros ascuțit. 6. Forma mingii poate fi clar definită sau vagă. 7. Uneori, BL-urile evită conducătorii buni, iar uneori sunt atrași de ei.

8. Când sunt observate, BL-urile pot fi atât calme, cât și scânteietoare, sau emite sunete puternice de trosnet și șuierat, bâzâit liniștit, șuierat, șuierat. 9. Uneori, BL-urile în sine sunt împărțite în BL-uri mai mici. Există chiar și modele de două BL-uri conectate printr-un lanț de margele luminoase. 10. Diametrul BL, cel mai adesea, este de 10 ÷ 25 cm, mai rar mai mult de 1 m. 11. Forma este cel mai adesea sferică sau ovală, rareori în formă de trabuc. Contururile sunt clare sau neclare. 11. Forma este cel mai adesea sferică sau ovală, rareori în formă de trabuc. Contururile sunt clare sau neclare. 12. Luminozitatea este mai mare decât luminozitatea fundalului.