книги / Техника высоких напряжений
..pdf
ние для коэффициента объемной иони- |
расчетных значений разрядного на |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вр |
пряжения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
зации |
|
|
электронами |
|
л = А р е |
Е |
В табл. 3-1 приведены расчет |
||||||||||||||||||||
и |
связь |
между |
напряжением |
и на |
ные значения |
разрядного |
напряже |
||||||||||||||||||||
пряженностью поля Е = |
Ц - . Из этих |
ния промежутков 5= 1,2 и 3 см при |
|||||||||||||||||||||||||
нормальных |
атмосферных условиях |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
трех |
|
соотношений |
нетрудно |
полу |
для |
различных |
|
величин |
коэффи |
||||||||||||||||||
чить: |
|
|
_ |
Bps |
|
|
|
|
|
|
|
циента |
|
In у . |
|
|
При расчетах при |
||||||||||
|
|
|
|
|
t |
|
|
1 |
|
|
няты |
в |
соответствии |
с |
данными |
||||||||||||
|
|
|
|
Apse |
и |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= ш |
т |
|
|
|
табл. 2-3 значения постоянных Л = |
|||||||||||||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 8,5 |
1/см-мм |
|
рт. |
|
ст. |
и |
|
В = |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 250 в/см»мм |
рт. ст. |
В |
этой |
же |
||||||||||||
|
|
|
|
|
Bps |
|
|
|
|
|
|
таблице |
приведены |
|
результаты |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экспериментального |
|
определения |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разрядного |
напряжения |
в |
проме |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жутке |
между |
плоскими |
электро |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В |
|
полученную |
формулу входит |
Сравнение расчетных и экспери |
||||||||||||||||||||||
коэффициент у, |
определить который |
ментальных |
|
данных |
|
показывает, |
|||||||||||||||||||||
на основании теоретических сообра |
что |
удовлетворительное совпадение |
|||||||||||||||||||||||||
жений |
весьма затруднительно, |
тем |
для |
всех |
приведенных |
расстояний |
|||||||||||||||||||||
более, что его величина должна за |
между |
электродами |
имеет |
место |
|||||||||||||||||||||||
висеть |
от давления, |
температуры, |
при In—=20. Поэтому |
|
для |
|
атмо |
||||||||||||||||||||
напряженности поля, а при низких |
сферного и более высоких давлений |
||||||||||||||||||||||||||
давлениях еще и от материала ка |
|||||||||||||||||||||||||||
тода. Поэтому коэффициент у обыч |
условие самостоятельности разряда |
||||||||||||||||||||||||||
но |
определяют |
экспериментально. |
часто записывают в виде: |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
При |
низких давлениях |
|
коэффици |
|
|
|
|
|
as = 20. |
|
|
|
|
(3-6) |
|||||||||||||
ент у можно определять путем из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Равенство |
|
as = 20 |
соответствует |
||||||||||||||||||||||||
мерения тока в промежутке и сопо |
|
||||||||||||||||||||||||||
ставления его с теоретической фор |
минимальному |
|
необходимому |
|
для |
||||||||||||||||||||||
мулой (3-2) или путем сравнения |
осуществления |
разряда |
напряже |
||||||||||||||||||||||||
опытных и расчетных величин раз |
нию U0. При возрастании напряже |
||||||||||||||||||||||||||
рядного напряжения. Оба эти ме |
ния, |
например, |
|
до |
величины |
U\ |
|||||||||||||||||||||
тода дают близкие результаты и |
стример образуется уже после про |
||||||||||||||||||||||||||
позволили установить, что для воз |
бега |
|
начальной |
лавиной |
|
пути |
|||||||||||||||||||||
духа |
коэффициент |
у |
равен |
0,02— |
хк<s, |
причем |
|
пробег |
хк опреде |
||||||||||||||||||
0,025 |
|
^1п у =3,7—4,0). |
|
При |
вы- |
ляется |
условием |
ai*K= 20, где |
ai — |
||||||||||||||||||
|
|
значение |
коэффициента |
ионизации, |
|||||||||||||||||||||||
соких давлениях основным методом |
|||||||||||||||||||||||||||
соответствующее |
напряжению |
|
£/ь |
||||||||||||||||||||||||
является |
сопоставление |
опытных и |
Если |
воспользоваться |
аиалитиче- |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3-1 |
|||||
|
|
|
|
Разрядные напряжения в однородном поле при нормальных |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
атмосферных условиях (р = 760 мм pm. cm., |
t = |
20° С) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
Р а зр я д н о е н ап р я ж е н и е , |
к в |
(р асч ет) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
S, |
см |
|
Зн ач ен и я |
к о эф ф и ц и ен та In |
|
|
Р а зр я д н о е |
|
|
|
|
Р а зр я д н а я |
||||||||||||||
|
|
|
|
н ап р я ж ен и е , |
к в |
|
н а п р я ж ен н о сть, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(и зм ерено) |
|
|
|
|
к в ] с м |
|
||||||
|
|
|
|
10 |
|
|
15 |
|
|
|
20 |
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
29,5 |
31,3 |
|
32,8 |
34,2 |
|
|
31,35 |
|
|
|
|
31.35 |
|
|
||||||||||
|
2 |
|
|
53 |
|
56 |
|
|
58,5 |
61 |
|
|
58.7 |
|
|
|
|
|
29.35 |
|
|
||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
75 |
|
79,5 |
|
83 |
|
8 6 |
|
|
85.8 |
|
|
|
|
|
28,6 |
|
|
||||||||
ской формулой для коэффициента а, то можно написать:
——Врз
|
Apse |
|
Uo = А рхке |
|
Ul, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
_5££Л |
|
UQ\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£iL_ |
р |
u' \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Например, при нормальном дав |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
лении и 5= 2 см и 0= 58,5 кв. Увели |
Рис. 3-7. Зависимость разрядного напряже |
||||||||||||||||||||
чение напряжения всего на 25% |
ния в однородном поле от произведения ps |
||||||||||||||||||||
приводит к тому, что условие само |
|
|
для некоторых газов. |
|
|
||||||||||||||||
стоятельности |
разряда |
осуществ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ляется после пробега начальной ла |
При |
неизменной |
температуре |
||||||||||||||||||
виной пути хк«0,2 5. |
|
|
|
что |
раз- |
разрядное |
напряжение |
в |
однород |
||||||||||||
Из табл. |
3-1 |
следует, |
|
ном поле является функцией произ |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
Uo |
в од- |
ведения |
давления |
газа |
на |
расстоя |
||||||
рядная напряженность Е0 — — |
ние |
между |
электродами. |
|
|
||||||||||||||||
нородном |
|
поле |
при |
нормальных |
В общем виде закон Пашена мо |
||||||||||||||||
атмосферных |
условиях |
имеет вели |
жет быть записан следующим обра |
||||||||||||||||||
чину порядка 30 кв/см, но убывает |
зом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
с увеличением расстояния. Это убы |
|
|
|
U0=f(Ps). |
|
|
(3-7) |
||||||||||||||
вание напряженности является пря |
Опытные зависимости разрядно |
||||||||||||||||||||
мым |
следствием условия |
самостоя |
|||||||||||||||||||
тельности разряда (3-6), которое |
го напряжения от ps для различных |
||||||||||||||||||||
выполняется, если электрон на всем |
газов приведены на рис. 3-7. |
Как |
|||||||||||||||||||
пути |
между |
электродами |
|
совершит |
видно, при уменьшении ps разряд |
||||||||||||||||
около 20 ионизаций. Для выполне |
ное |
напряжение |
|
сначала |
умень |
||||||||||||||||
ния этого, условия при возрастании |
шается, |
проходит |
|
через минимум, |
|||||||||||||||||
расстояния между электродами тре |
а затем снова возрастает. Для воз |
||||||||||||||||||||
буется все меньшая величина ко |
духа |
|
минимум |
|
наступает |
при |
|||||||||||||||
эффициента a, a следовательно, и |
(ps) о = 0,57 |
см • мм |
рт. ст., что при |
||||||||||||||||||
напряженности поля. Но так как |
расстоянии |
5=1 |
см соответствует |
||||||||||||||||||
при |
изменении |
напряженности |
а |
давлению 0,57 мм рт. ст., т. е. значи |
|||||||||||||||||
изменяется |
очень сильно, |
|
убывание |
тельно ниже атмосферного. При та |
|||||||||||||||||
разрядной |
напряженности |
|
при уве |
ких низких давлениях, как указы |
|||||||||||||||||
личении |
|
расстояния |
происходит |
валось выше, основную роль играют |
|||||||||||||||||
весьма медленно. |
|
|
|
|
|
|
процессы на катоде, и постоянные |
||||||||||||||
Формула (3-5) редко использу |
формулы (3-5) имеют |
следующие |
|||||||||||||||||||
ется |
для |
расчетов. |
В |
гл. |
|
6 |
будут |
приближенные |
|
значения |
Л = |
||||||||||
приведены |
гораздо |
более |
удобные |
= 14,6 |
1/см • мм |
|
рт. |
с |
т |
5 = |
|||||||||||
и дающие лучшие результаты эмпи |
= 365 в/см^мм рт. ст., 1пу^4. |
|
|||||||||||||||||||
рические |
зависимости. |
Однако |
по |
Наличие минимума в кривой |
раз |
||||||||||||||||
лученное |
|
нами |
выражение |
имеет |
|||||||||||||||||
принципиально |
важное |
|
значение. |
рядного напряжения нетрудно объяс |
|||||||||||||||||
Прежде всего следует отметить, что |
нить с помощью рассмотренной |
тео |
|||||||||||||||||||
давление |
|
и |
расстояние |
входят |
рии газового |
разряда. |
На основании |
||||||||||||||
в (3-5) только в виде произведения. |
этой |
теории |
для |
осуществления |
|||||||||||||||||
Это |
обстоятельство |
является |
мате |
условия |
самостоятельности |
разряда |
|||||||||||||||
матическим |
выражением |
|
установ |
необходимо, чтобы электрон на пути |
|||||||||||||||||
ленного |
экспериментально закона |
между электродами совершал вполне |
|||||||||||||||||||
Пашена, который гласит: |
|
|
|
|
определенное |
число ионизаций |
а5-- |
||||||||||||||
3 -1699
Рис. 3-8. Зависимость общего числа иониза ций, осуществляемых электроном на пути s, от произведения ps при различных напря
жениях между электродами. Температура /=20° С.
= ln -^ -. С другой стороны, в соот
ветствии с полученной приближенной формулой для коэффициента ударной ионизации электронами число иони-
—^PS
заций равно as = Apse U° . В этом выражении Aps означает общее число столкновений, испытываемых элек-
|
Bps |
троном на пути s, а е |
и0— вероят |
ность того, что столкновение закончится ионизацией. Общее число стол кновений электрона при увеличении ps монотонно возрастает, а вероят ность ионизации, наоборот, убывает (либо вследствие уменьшения длины свободного пробега, если растет дав ление, либо из-за уменьшения напря женности поля, если увеличивается расстояние между электродами). По этому as имеет максимум, как это показано на рис. 3-8, и необходимое для разряда число ионизаций при данном напряжении может быть до стигнуто при двух значениях ps.
Минимальное разрядное напряже-
AU
ние имеет место при (as)M= -^j- =
= 1а-^- и для воздуха по расчету
равно 270 в, что близко к экспери ментальным данным.
До сих пор при всех рассужде ниях температура считалась неизмен ной. Для того чтобы оценить влия ние температуры на разрядное напря жение, вернемся к (2-8) и (2-9), от ражающим зависимость длины сво бодного пробега от давления и тем пературы газа. При изменяющейся температуре вместо (2-9) следует написать:
^ - = Л1^ -= Л 7 ’0^ - , |
(3-8) |
где Г0=293°К (20° С )— температу ра, принятая неизменной при пре дыдущих расчетах.
Аналогично вместо постоянной В в (2-13) при изменяющейся тем пературе будем иметь;
В ^ В Ц - . |
(3-9) |
Поэтому вместо (3-5) для опре деления разрядного напряжения по лучим:
или в общем |
виде: |
|
|
= |
(З-П) |
Таким образом, при |
увеличении |
|
температуры |
разрядное |
напряже |
ние изменяется так же, как при уменьшении давления. Отношение р/Т пропорционально плотности газа. Если плотность газа при нор мальных атмосферных условиях (р = 760 мм рт. ст., /=20° С) при нять равной единице, то относи тельная плотность газа при любых других атмосферных условиях будет равна:
ô = £ - f = 0,386^-. |
(3-12) |
На основании (3-12) и (3-11) |
можно |
написать: |
|
U0 = f(*s) |
(3-13) |
Таблица 3-2
Поправочный коэффициент на относительную плотность в оздуха
—
ь |
|
0.70 |
|
0,75 |
0.80 |
0,85 |
0.90 |
0.95 |
1,00 |
1,05 |
1,10 |
1.15 |
k |
|
0,72 |
|
0,77 |
0,82 |
0,86 |
0,91 |
0,95 |
1.00 |
1,05 |
1,09 |
1,13 |
и в общем случае сформулировать |
пряжение при других условиях при |
|||||||||||
закон Пашена следующим образом: |
близительно |
равно: |
|
|
|
|||||||
В однородном поле разрядное на |
|
|
t/o=£/oHÔ. |
|
(3-14) |
|||||||
пряжение |
является функцией |
про |
|
|
|
|||||||
изведения |
расстояния между |
элек |
При больших отклонениях отно |
|||||||||
тродами |
|
на |
относительную |
плот |
||||||||
ность газа. |
|
|
|
|
сительной плотности газа от нор |
|||||||
При |
малых изменениях плотно |
мальной |
разрядное |
напряжение |
||||||||
сти газа зависимость (3-13) прак |
определяется по "формуле |
|
||||||||||
тически |
линейна |
(в области |
высо |
|
|
Uo^Uonk, |
|
(3-15) |
||||
ких давлений). Поэтому, если, на |
|
|
|
|||||||||
пример, |
известно |
разрядное напря |
где поправочный |
коэффициент k |
||||||||
жение при нормальных |
атмосфер |
|||||||||||
ных условиях |
t/он. то разрядное на |
находится из табл. 3-2. |
|
|
||||||||
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
РАЗРЯД В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ
4-1. |
СЛАБОНЕОДНОРОДНЫЕ |
|
полях он увеличивается при увели |
||||||||||
И РЕЗКОНЕОДНОРОДНЫЕ ПОЛЯ |
чении расстояния между электрода |
||||||||||||
Характерной |
особенностью |
не |
ми и уменьшении их радиуса кривиз |
||||||||||
однородного поля является неравно |
ны. В качестве примера на рис. 4-1 |
||||||||||||
мерное |
распределение напряженно |
показана |
зависимость |
коэффициен |
|||||||||
сти в пространстве между электро |
та неоднородности поля от радиуса |
||||||||||||
дами. Если электроды имеют оди |
внутреннего цилиндра |
цилиндриче |
|||||||||||
наковую форму, то на поверхности |
ского конденсатора |
с |
неизменным |
||||||||||
электродов |
напряженность |
поля |
радиусом наружного цилиндра /?= |
||||||||||
имеет максимальное значение, а в |
= 10 смуа на рис. 4-2 — зависимость |
||||||||||||
середине |
промежутка— минималь |
коэффициента k от расстояния меж |
|||||||||||
ное. При разной форме электродов |
ду двумя |
шарами |
диаметром |
D= |
|||||||||
наибольшую |
величину |
напряжен |
= 20 см. |
|
|
|
|
|
|||||
ность поля имеет на поверхности |
Неоднородность поля может ока |
||||||||||||
электрода |
с |
|
меньшим |
радиусом |
зывать существенное влияние на ха |
||||||||
кривизны, |
а |
область минимальной |
рактер |
развития |
разряда. |
На |
|||||||
напряженности |
смещается к проти |
рис. 4-3,а показано |
изменение |
на |
|||||||||
воположному электроду. |
|
поля |
пряженности поля |
вдоль |
силовой |
||||||||
Степень |
неоднородности |
линии цилиндрического конденсато |
|||||||||||
можно |
характеризовать |
отношением |
ра при различных |
радиусах внут |
|||||||||
максимальной |
напряженности |
поля |
реннего цилиндра, а на рис. 4-3,6 — |
||||||||||
Еи к средней Z?cp= — . Для одно- |
соответствующие величины коэффи |
||||||||||||
|
|
|
|
S |
|
£ |
циента ударной ионизации. Напря |
||||||
родного поля коэффициент k = |
жения во всех трех случаях подо |
||||||||||||
- ~ |
|||||||||||||
равен |
единице, |
|
|
£ср |
браны таким образом, чтобы вели |
||||||||
а в неоднородных |
чины напряженности |
поля |
на |
по- |
|||||||||
з*
кв/см
Рнс. 4-1. Зависимость коэффициента |
неод- |
|
, |
Ем |
|
нородности поля к = |
-р— от радиуса внут- |
|
|
СD |
|
реннего цилиндра г |
цилиндрического |
кон |
денсатора с неизменньдо радиусом наруж ного цилиндра Я = 10 см.
верхности внутреннего цилиндра были одинаковыми. Из графиков рис. 4-3 следует, что при очень не большой неоднородности поля (г= = 8 см) коэффициент объемной ио низации сохраняет значительную величину на всем пути между элек тродами. При несколько большей неоднородности поля (г=5 см) имеется довольно значительная часть пространства, в которой коэф фициент объемной ионизации пре небрежимо мал. Наконец, при очень сильной неоднородности поля (г=0,65 см) ударная ионизация электронами может происходить только в узком слое газа вокруг внутреннего цилиндра.
В соответствии с этим в проме жутке с неоднородным полем воз можны три основных случая воз-
Рис. 4-2. Зависимость коэффициента неод нородности поля к = ~gи м от расстояния s
между двумя шарами диаметром £ = 2 0 см.
|
а |
|
|
|
|
|\ |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1\ |
|
|
|
|
|
1 |
/ |
|
|
|
! |
\ г |
|
I'V |
|
|
|
|
|
1\ |
|
|||||
_1 |
|
|
|
I |
\ |
|
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
1 \ |
|
1 1 |
||
|
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
I |
1 |
|
.1 . |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
i |
1 |
|
|
Y |
_|. |
|
|
|
|
i1 |
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
\ |
||
flL_-iiL—1— — — I— IAJ— I— — |
||||||||||
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9см |
|
|
|
|
|
|
бУ |
|
|
|
|
Рис 4-3. |
|
Напряженности |
поля |
и |
коэффи |
|||||
циенты объемной ионизации а в цилиндри ческом конденсаторе с радиусом наружного
цилиндра £ = 2 0 |
см. |
|||
/ — г ~ 0 ,6 см , |
£/=*52 |
кз; |
2 — г«*Ь см , £/«104 /се; |
|
3 — г = 8 |
см , |
£/=*54 |
к в . |
|
никновения |
самостоятельного раз |
|||
ряда: |
|
|
|
|
1. Начальная |
лавина |
пересекает |
||
весь промежуток и после этого обра зуется анодный стример (как водно
родном поле). Такие условия |
имеют |
||
место, |
например, в |
промежутке |
|
между |
двумя шарами |
при |
. £ |
s<C~2 ~ |
|||
и в цилиндрическом конденсаторе при s < r .
2. Начальная лавина пересекает только часть промежутка, но после образования стримера напряжен ность поля в оставшейся непробитой части промежутка обеспечивает распространение этого стримера вплоть до противоположного элек трода.
3. Начальная лавина пересекает незначительную часть всего проме жутка, и образовавшиеся стримеры не могут распространиться до про тивоположного электрода. Самосто
ятельный |
разряд, |
который |
охваты |
няется |
вдоль |
силовых |
линий, то |
|||||||||||||||
вает только часть промежутка, при |
вместо (3-3) условием самостоя |
|||||||||||||||||||||
легающую к электроду с малым ра |
тельности разряда будет: |
|
|
|
||||||||||||||||||
диусом |
кривизны, |
называется |
ко |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ронным |
разрядом. Поскольку |
часть |
|
|
|
£ a d x = const, |
|
(4-1) |
||||||||||||||
пространства |
остается |
неионизиро- |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ванной, между электродами не воз |
где интегрирование |
|
ведется вдоль |
|||||||||||||||||||
никает |
сплошной |
проводящий |
путь |
|
||||||||||||||||||
и ток в промежутке не может до |
наиболее короткой силовой линии от |
|||||||||||||||||||||
стигнуть |
таких |
больших |
величин, |
одного электрода до другого. Вели |
||||||||||||||||||
как при полном пробое. Для осуще |
чина постоянной в этом уравнении |
|||||||||||||||||||||
ствления полного пробоя промежут |
должна быть близка к постоянной |
|||||||||||||||||||||
ка |
в этом случае |
«необходимо |
на |
уравнения |
(3-3), |
т. е. иметь |
поря |
|||||||||||||||
пряжение |
между электродами |
под |
док 20. Однако получить для неод |
|||||||||||||||||||
нять значительно выше напряжения |
нородного поля аналитическую фор |
|||||||||||||||||||||
зажигания |
самостоятельного |
раз |
мулу разрядного |
напряжения |
мож |
|||||||||||||||||
ряда. |
|
соответствующие |
первым |
но только в немногих частных слу |
||||||||||||||||||
Поля, |
чаях, |
|
поэтому |
|
ограничимся |
уста |
||||||||||||||||
двум случаям разряда, принято на |
новлением |
общей |
закономерности, |
|||||||||||||||||||
зывать слабонеоднородными. В сла |
являющейся |
обобщением |
закона |
|||||||||||||||||||
бонеоднородных |
полях |
корона |
не |
Пашена для случая |
неоднородного |
|||||||||||||||||
возникает |
и |
выполнение |
условий |
поля. Эта зависимость носит назва |
||||||||||||||||||
самостоятельности |
разряда |
всегда |
ние закона подобия разрядов и мо |
|||||||||||||||||||
приводит к полному пробою проме |
жет |
быть |
сформулирована |
следую |
||||||||||||||||||
жутка. Третий случай соответствует |
щим |
образом: |
|
|
|
|
поле |
раз |
||||||||||||||
резконеоднородным полям, |
в |
кото |
В слабонеоднородном |
|||||||||||||||||||
рых |
пробивное |
напряжение |
может |
рядное напряжение является функ |
||||||||||||||||||
быть значительно больше напряже |
цией |
произведения |
|
относительной |
||||||||||||||||||
ния появления короны, и сильно |
плотности |
воздуха |
|
на |
расстояние |
|||||||||||||||||
сказывается |
влияние |
полярности |
между |
электродами |
(или |
другой |
||||||||||||||||
электродов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
геометрический размер) |
и |
отноше |
|||||||||||
Установить четкую границу меж |
ния к расстоянию (или к этому гео |
|||||||||||||||||||||
ду этими двумя видами неоднород |
метрическому размеру) всех осталь |
|||||||||||||||||||||
ных полей трудно. Можно принять, |
ных |
определяющих |
геометрических |
|||||||||||||||||||
что |
для |
слабонеоднородных |
полей |
размеров |
промежутка: |
|
|
|
||||||||||||||
коэффициент |
неоднородности |
&<2, * |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
а характерные |
особенности |
разви |
|
|
U. = /(Ss, |
-J-, |
-?■...)• |
(4-2) |
||||||||||||||
тия |
разряда |
в |
резконеоднородных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
полях -начинают четко проявляться |
Например, |
для |
цилиндрического |
|||||||||||||||||||
при |
k > 4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конденсатора, у которого из трех |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
геометрических |
размеров (радиусы |
|||||||||
4-2. УСЛОВИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОСТИ |
цилиндров г и R и расстояние меж |
|||||||||||||||||||||
РАЗРЯДА В СЛАБОНЕОДНОРОДНОМ |
ду электродами 5) |
определяющими |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ПОЛЕ. |
|
|
|
|
|
являются любые два размера, закон |
||||||||||||
|
ЗАКОН ПОДОБИЯ РАЗРЯДОВ |
|
подобия разрядов может быть за |
|||||||||||||||||||
Как указывалось выше, в слабо |
писан |
несколькими |
способами |
|
||||||||||||||||||
неоднородных полях возникновение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
стримера |
обеспечивает полный |
про |
U*= |
f ( 6s- 4 |
) ; |
^o = |
/(S '. |
- f ) |
||||||||||||||
бой |
промежутка. Поэтому |
условие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
образования |
стримера |
(условие |
са |
И т. |
д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
мостоятельности), |
так |
же |
как |
и |
Если, изменяя расстояние между |
|||||||||||||||||
в однородном |
поле, одновременно |
электродами, |
одновременно |
изме |
||||||||||||||||||
является и условием пробоя. Так |
нять и размеры самих электродов |
|||||||||||||||||||||
как в неоднордном поле коэффи |
таким |
образом, |
чтобы |
отношение |
||||||||||||||||||
циент |
ударной |
ионизации |
а |
изме |
основных |
размеров, |
определяющих |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проведя замену |
переменных |
ин* |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тегрирования х г— ~ |
, |
получаем: |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г* |
|
|
О. |
|
|
|
|
|
||
Рис. |
4-4. К доказательству закона подобия |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
разрядов. |
|
|
|
|
|
|
|
/?а |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— ^ а2 d x2 = п2. |
|
|
|
||||||
конфигурацию поля, оставалось по |
|
|
|
|
г% |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
стоянным, т. е. использовать гео |
Мы получили, что числа ионизаций |
||||||||||||||||||||||
метрически |
подобные |
промежутки, |
в обоих промежутках при одинако |
||||||||||||||||||||
то |
разрядное |
|
напряжение |
будет |
вых напряжениях равны друг дру |
||||||||||||||||||
функцией только às. Следовательно, |
гу, следовательно, и условие само |
||||||||||||||||||||||
если в геометрически подобных про |
стоятельности разряда (4-1) вы |
||||||||||||||||||||||
межутках |
при неизменной темпера |
полняется при одном и том же на |
|||||||||||||||||||||
туре |
изменять |
|
|
давление |
обратно |
пряжении. |
|
|
|
разрядов |
пока |
||||||||||||
пропорционально изменению геомет |
Закон |
подобия |
|||||||||||||||||||||
рических |
размеров, |
то разрядное |
зывает, что, как и в однородном |
||||||||||||||||||||
напряжение |
останется |
постоянным. |
поле, |
эффективным |
средством |
уве |
|||||||||||||||||
Рассмотрим |
|
два |
геометрически |
личения |
электрической |
прочности |
|||||||||||||||||
подобных цилиндрических |
конденса |
промежутка |
со |
слабонеоднородным |
|||||||||||||||||||
тора (рис. 4-4), |
|
отношения |
соответ |
полем |
является |
повышение |
давле |
||||||||||||||||
ствующих |
геометрических |
размеров |
ния газа. |
4 |
будут приведены |
опыт |
|||||||||||||||||
которых равны |
а |
( |
|
|
|
|
В |
гл. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
ные |
зависимости |
и |
эмпирические |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
и давления газа |
|
в которых |
обратно |
формулы |
для |
определения |
разряд |
||||||||||||||||
пропорциональны их |
геометрическим |
ных напряжений в различных про |
|||||||||||||||||||||
размерам |
( £ |= - 1 Л |
так что |
межутках. Структура |
всех |
эмпири |
||||||||||||||||||
ческих формул для слабонеоднород |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ных |
полей |
должна |
соогвествовать |
|||||||||
|
|
|
P1st = pts3. |
|
|
(4-3) |
закону |
подобия |
разрядов, который, |
||||||||||||||
Допустим, |
что |
к |
промежуткам |
таким образом, играет важную роль |
|||||||||||||||||||
при |
обобщении |
результатов |
экспе |
||||||||||||||||||||
приложены одинаковые |
напряжения. |
риментального определения разряд |
|||||||||||||||||||||
Тогда в подобных точках промежут |
ных напряжений. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ков напряженности поля |
|
|
|
|
|
|
4-3. РАЗРЯДЫ |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
В РЕЗКОНЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ. |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЛИЯНИЕ ПОЛЯРНОСТИ |
|
|
|||||||||
и коэффициенты |
|
ударной |
ионизации |
В однородных полях при напря |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жении |
меньше |
разрядного |
иониза |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ция в промежутке практически от |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сутствует. |
Действительно, |
в |
|
поле |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плоского |
конденсатора |
с |
расстоя |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нием |
|
между |
электродами |
5 = 3 см |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разрядная |
напряженность |
|
равна |
|||||||||
Число ионизаций на пути |
между |
28,6 кв/см и при этом коэффициент |
|||||||||||||||||||||
электродами |
в |
|
первом |
промежутке |
ударной |
ионизации |
электронами |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Rx |
|
|
|
|
а=8,5 |
(рис. |
2-3). При |
напряжении |
|||||||||
|
|
|
я, = |
|
|
|
|
|
всего |
на |
|
10% |
ниже |
разрядного |
|||||||||
|
|
|
|
j axdx. |
|
|
коэффициент |
объемной |
ионизации |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ri |
|
|
|
|
уменьшается |
в |
2,0 |
раза, |
а |
число |
|||||||
электронов в лавине более чем в 104 раз. Поэтому начальная ла вина в однородном поле развивает ся практически при отсутствии объемного заряда. Приблизительно такие же условия имеют место и
вслабонеоднородном поле.
Врезконеоднородных полях условия развития разряда совер
шенно другие. Например, в цилин- ; дрическом конденсаторе с радиусом наружного цилиндра R = 5 см и ра диусом внутреннего цилиндра г= = 0,1 см разрядное напряжение рав но 90 кв, а напряжение появления короны около 30 кв, что соответ ствует напряженностям поля на по верхности внутреннего цилиндра соответственно 230 и 77 кв/см. По этому даже при напряжении в 2 ра за меньше коронного и в 6 раз меньше разрядного напряженность поля на поверхности внутреннего цилиндра превышает 30 кв/сму а ко эффициент ударной ионизации элек тронами имеет порядок 50. Если на пряжение между электродами уве личивается достаточно медленно, то еще задолго до образования коро^ ны в непосредственной близости от внутреннего цилиндра будет проис ходить довольно интенсивная иони зация (несамостоятельный разряд). Объемные заряды, создаваемые предварительной ионизацией, ока зывают существенное влияние на процесс дальнейшего развития раз ряда, поэтому с ними необходимо считаться.
Рассмотрим промежуток острие (стержень) — плоскость, являющий ся характерным примером резконе однородного поля. Предварительная ионизация в этом промежутке будет развиваться в области наиболее сильного поля, т. е. у стержня, а искажения поля создаваемыми при этом объемными зарядами бу дут различными при положитель ной и отрицательной полярностях стержня.
При положительной полярности стержня (рис. 4-5,а) образовавший ся в промежутке электрон, двигаясь к стержню и попадая в область
а)
в)
Рис. 4-5. Искажение напряженности поля
впромежутке положительный стержень — плоскость в стадии несамостоятельного
разряда.
сильного поля, начинает ионизиро вать и образует лавину электронов. Если напряжение между электрода ми возрастает медленно, то еще до образования короны (до выполне ния условия самостоятельности раз ряда) в промежутке может образов ваться достаточно большое число таких лавин. Когда каждая из этих лавин доходит до стержня, электро
ны |
лавины уходят на электрод, |
||||
а |
положительные |
ионы |
остаются |
||
в |
пространстве, |
медленно |
переме |
||
щаясь к |
противоположному элек |
||||
троду. |
Таким |
образом, |
вблизи |
||
стержня |
создается |
положительный |
|||
объемный заряд, как это показано на рис. 4-5,6, где направление на пряженности внешнего поля Е и поля объемнцх зарядов £ 0б показа но стрелками.Т1рцсутствие положи тельного объемного заряда умень шает поле вблизи стержня и не сколько усиливает его во внешнем пространстве (рис. 4-5,в). Поэтому
уходят на стержень, но так как ско рость их относительно мала, в не-
,посредственной близости от стерж-
*** ня всегда имеется положительный
а) |
объемный |
заряд. |
Таким |
образом, |
вблизи стержня |
имеется |
весьма |
||
|
компактный положительный объем |
|||
|
ный заряд, а в глубине промежут |
|||
|
ка — рассеянный |
отрицательный за |
||
. |
ряд. В силу своей малой плотности |
|||
объемный |
отрицательный |
заряд не |
||
|
оказывает |
существенного |
влияния |
|
|
на внешнее поле, |
а положительный |
||
объемный заряд искажает его так, как показано на рис. 4-6,в кривая!?. Напряженность поля вблизи стерж ня возрастает, и выполнение усло вий самостоятельности разряда об легчается.
Рис. 4-6. Искажение напряженности поля в промежутке отрицательный стержень — плоскость в стадии несамостоятельного разряда.
Из сделанного анализа следует, что напряжение возникновения ко роны в промежутке стержень — плоскость при положительной пополярности стержня должно быть выше, чем при отрицательной, что полностью подтверждается резуль татами непосредственных наблюде ний. Для выяснения влияния поляр ности на разрядные напряжения не обходимо рассмотреть дальнейшие стадии разряда.
дальнейшая |
ионизация |
|
вблизи |
Если стержень положительный и |
|||||||||||
|
напряжение между электродами до |
||||||||||||||
стержня ослабляется, а это затруд |
статочно велико, то возникает лави |
||||||||||||||
няет выполнение условия |
самостоя |
на справа от объемного заряда |
|||||||||||||
тельности разряда, т. е. образова |
(рис. 4-7,а), электроны которой, |
||||||||||||||
ние короны. |
|
|
|
|
|
смешиваясь с положительными |
ио |
||||||||
При |
отрицательной полярности |
нами |
объемного |
заряда, |
создают |
||||||||||
стержня (рис. 4-6,а) образованные |
зародыш |
канала |
анодного стри |
||||||||||||
на |
поверхности |
катода |
электроны |
мера, |
|
заполненный |
|
плазмой |
|||||||
сразу попадают |
в |
сильное |
поле и |
(рис. 4-7,6). Заряды плазмы стри |
|||||||||||
образуют |
лавины, |
двигающиеся |
мера |
находятся |
в электрическом |
||||||||||
к плоскости. Когда электроны лавин |
поле, поэтому они будут распреде |
||||||||||||||
выходят из области сильного поля, |
ляться неравномерно и на головке |
||||||||||||||
они |
перестают |
осуществлять иони |
стримера |
будет |
располагаться |
не |
|||||||||
зацию й с постепенно уменьшаю |
который |
избыточный |
положитель |
||||||||||||
щейся |
скоростью |
летят |
к |
аноду. |
ный заряд. Этот заряд частично |
||||||||||
Часть из них долетает до анода и |
компенсирует поле в канале самого |
||||||||||||||
там нейтрализуется, а другая часть |
стримера и создает повышенную на |
||||||||||||||
захватывается |
атомами |
кислорода |
пряженность на его головке, как |
||||||||||||
с |
образование^ |
отрицательных |
показано кривой 2 на рис. 4-7,г. На |
||||||||||||
ионов, после чего скорость переме |
личие области сильного поля перед |
||||||||||||||
щения |
отрицательных |
|
зарядов |
головкой |
обеспечивает |
образование |
|||||||||
к аноду резко уменьшается. Поло |
новых |
лавин, |
электроны |
которых |
|||||||||||
жительные |
ионы лавин |
постепенно |
втягиваются |
в |
канал |
стримера, |
|||||||||