Лекция 5.
Разрядное напряжение. Закон ПАШЕНА
План:
1. Разряд в неоднородном поле
2.
Слабонеоднородные и резконеоднородные поля
Для определения разрядного напряжения используем полученное
условие самостоятельности разряда,
аналитическое выражение
для коэффициента объемной ионизации электронами
и связь
между электронами
. Из этих трёх соотношений нетрудно
получить:
или
(5)
Рис. 3 Зависимость разрядного напряжения, в
однородном поле от
произведения рs для некоторых газов.
Полученное выражение имеет принципиально важное значение.
Прежде всего следует отметить, что давление и расстояние входят в (5)
только в виде произведения. Это обстоятельство является мате-
матическим выражением установленного экспериментально закона
Пашена, который гласит:
При неизменной температуре разрядное напряжение в однородном
поле является функцией произведения
давления газа на расстояние
между электродами.
В общем виде закон Пашена может быть записан следующим образом:
(6)
Опытные зависимости разрядного напряжения от рs для различных
газов приведены на рис. 3. Как видно, при уменьшении рs разрядное
напряжение сначала уменьшается, проходит через минимум, а затем
снова возрастает. Для воздуха минимум наступает при (ps)
0
=0,57 см•мм
рт. ст., что при расстоянии s = 1 см соответствует давлению 0,57 мм рт.
ст., т. е. значительно ниже атмосферного. При таких низких давлениях,
как указывалось выше, основную роль играют процессы на катоде, и
постоянные формулы 5 имеют следующие приближенные
значения
А = 14,6
, В= 365
,
.
1.4.Разряд в неоднородном поле
1.4.1.Слабонеоднородные и резконеоднородные поля
Характерной особенностью неоднородного поля является неравномерное
распределение напряженности в пространстве между электродами. Если
электроды имеют одинаковую форму, то на поверхности электродов
напряженность , поля имеет максимальное значение, а в
середине
промежутка — минимальное. При разной форме электродов наибольшую
величину напряженность поля имеет на поверхности электрода с меньшим
радиусом кривизны, а область минимальной напряженности смещается, к
противоположному электроду.
Степень неоднородности поля можно характеризовать отношением
максимальной напряженности поля Ем
к средней
. Для однородного
поля коэффициент
равен единице, а в неоднородных полях он
увеличивается при увеличении расстояния между электродами и уменьшении
их радиуса кривизны.
В промежутке с неоднородным полем возможны три основных случая
возникновения самостоятельного разряда:
1. Начальная лавина пересекает весь промежуток и
после этого образуется
анодный стример (как в однородном поле). Такие условия имеют место,
например, в промежутке
между двумя шарами при s s
2. Начальная лавина пересекает только часть промежутка, но после
образования стримера напряженность поля в оставшейся
непробитой части
промежутка обеспечивает распространение этого стримера вплоть до
противоположного электрода.
3.Начальная лавина пересекает незначительную часть всего промежутка, и
образовавшиеся стримеры не могут распространиться до противоположного
электрода. Самостоятельный разряд, который охватывает только часть
промежутка, прилегающую к электроду с малым радиусом кривизны,
называется коронным разрядом. Поскольку часть пространства остается
неионизированной, между электродами не возникает
сплошной проводящий
путь и ток в промежутке не может достигнуть таких больших величин, как
при полном пробое. Для осуществления полного пробоя промежутка в этом
случае необходимо напряжение между электродами поднять значительно
выше напряжения зажигания самостоятельного разряда.
Поля, соответствующие первым двум случаям разряда, принято называть
слабо неоднородными. В слабо неоднородных полях корона не возникает и
выполнение условий самостоятельности разряда
всегда приводит к полному
пробою промежутка. Третий случай соответствует резко неоднородным
полям, в которых пробивное напряжение может быть значительно больше
напряжения появления короны, и сильно сказывается влияние полярности
электродов.
Установить четкую границу между этими двумя видами неоднородных полей
трудно. Можно принять, что для слабонеоднородных полей коэффициент
неоднородности k<2, а характерные особенности развития разряда в резко
неоднородных полях начинают четко проявляться при k>4.
