気体中の放電の種類

気体中の放電には、イオン化プロセスの結果として生じる荷電粒子（電子およびイオン）の電場の作用下で気体が移動するすべてのケースが含まれます。気体中での放電の発生の前提条件は、遊離物質の存在です。その中の電荷 - 電子とイオン。

中性分子のみからなる気体は電流をまったく通しません。理想的な誘電体... 実際の条件では、自然の電離剤 (太陽からの紫外線、宇宙線、地球からの放射線など) の作用により、ガスには常に一定量の自由電荷 (イオンやイオンなど) が含まれています。電子により特定の導電性が与えられます。

天然のイオナイザーの力は非常に低いです。その作用の結果として、空気中には毎秒 1 立方センチメートルごとに約 1 対の電荷が形成されます。これは、電荷の体積密度の増加に相当します。po = 1.6-19 CL / (cm3 x インチ)。同じ量の電荷が毎秒再結合します。同時に、1 cm3 の空気中の電荷の数は一定のままで、500 ～ 1000 対のイオンに等しくなります。

したがって、電極間距離 S の平坦な空気コンデンサのプレートに電圧が印加されると、回路内に電流が確立され、その密度は J= 2poS = 3.2×10-19 S A / cm2 となります。 。

人工イオナイザーを使用すると、ガス内の電流密度が何倍にも増加します。たとえば、ガスギャップが水銀石英ランプで照らされると、ガス内の電流密度は 10 ～ 12 A / cm2 に増加します。イオン化されたボリュームの近くに誠実な放電が存在する場合、10-10 A / cm2程度の電流など。

均一な電界を持つガスギャップを通過する電流の、印加電圧 i の値への依存性を考えてみましょう (図 1)。

米。 1. ガス放電の電流電圧特性

最初は、電圧が増加すると、電荷量の増加が電極上の電界の作用を受けるため、ギャップ内の電流が増加します (セクション OA)。セクション AB では、外部イオナイザーによって形成されたすべての電荷が電極に落ちるため、電流は実質的に変化しません。飽和電流 Is は、ギャップに作用するイオナイザーの強度によって決まります。

電圧がさらに増加すると、電流が急激に増加します(セクションBC)。これは、電場の作用下でガスイオン化プロセスが集中的に発達していることを示しています。電圧 U0 では、ギャップ内の電流の急激な増加が観察され、この場合、ギャップは誘電特性を失い、導体に変わります。

ガスギャップの電極間に高導電率のチャネルが現れる現象は、絶縁破壊と呼ばれます（ガス中での絶縁破壊は、多くの場合、放電と呼ばれます。これは、絶縁破壊形成のプロセス全体を意味します）。

OABS 特性のセクションに対応する放電は、このセクションではガスギャップ内の電流がアクティブイオナイザーの強度によって決定されるため、依存性と呼ばれます。点C以降のセクションの放電は、独立と呼ばれます。このセクションの放電電流は、電気回路自体のパラメータ（抵抗と電源の電力）と、その維持のために荷電粒子の形成にのみ依存するためです。外部イオナイザーによるイオナイザーは必要ありません。自己放電が始まる電圧Woを初期電圧といいます。

ガスへの自己溶解の形態は、放電が起こる条件に応じて異なります。

低圧力では、単位体積あたりのガス分子の数が少ないため、ギャップは高い導電性を獲得できず、グロー放電が発生します... グロー放電の電流密度は低く（1～5 mA / cm2）、放電は電極間の空間全体を覆います。

米。 2. ガス中でのグロー放電

大気圧に近いガス圧力以上の場合、電源の電力が低い場合、またはギャップに短時間電圧が印加されると、火花放電が発生します。火花放電の例としては、 稲妻の形で… 電圧に長時間さらされると、火花放電は電極間に交互に現れる火花の形をとります。

米。 3. 誠実な退院

エネルギー源の出力が大きい場合、火花放電はアークに変わり、ギャップを通って電流が流れ、その電流は数百アンペア、数千アンペアに達します。このような電流は放電チャネルの加熱に寄与し、その伝導率が増加し、その結果、電流がさらに増加し​​ます。このプロセスは完了するまでに時間がかかるため、短時間の電圧印加では火花放電はアーク放電に変わりません。

米。 4. アーク放電

非常に不均一な電界では、自己放電は常にコロナ放電の形で始まり、電界強度が最も高いガスギャップの部分 (電極の鋭いエッジの近く) でのみ発生します。コロナ放電の場合、チャネルを介した高い導電率は電極間で発生しません。つまり、空間は絶縁特性を保持します。印加電圧がさらに増加すると、コロナ放電は正真正銘のアーク放電に変化します。

コロナ放電 — 十分な密度のガス中での定常的な放電の一種で、強い不均一な電場で発生します。電子なだれによる中性ガス粒子のイオン化と励起は、曲率半径が小さい電極近くの強電場の限られた量のゾーン (コロナ キャップまたはイオン化ゾーン) に局在します。電離帯内のガスの淡い青または紫の輝きは、太陽コロナのハローと類似して、このタイプの放電の名前の由来となっています。

可視光、紫外線（主に）、およびスペクトルの短波長の放射線に加えて、コロナ放電には、コロナ電極からのガス粒子の移動が伴います。 「電気風」、ハム音、時には電波放射、化学、反応（例えば、空気中のオゾンや窒素酸化物の生成）。

米。 5. ガス中へのコロナ放電

さまざまなガスにおける放電の出現の規則性は同じですが、違いはプロセスを特徴付ける係数の値にあります。