Электрический разряд определение. Молния. Нормальный тлеющий разряд

Л Е К Ц И Я

по дисциплине "Электроника и пожарная автоматика" для курсантов и студентов

по специальности 030502.65 – «Судебная экспертиза»

по теме № 1. «Полупроводниковые, электронные, ионные приборы»

Тема лекции «Индикаторные и фотоэлектрические приборы».

Индикаторные приборы

Электрический разряд в газах.

Газоразрядными (ионными) называют электровакуумные приборы с электрическим разрядом в газе или парах. Газ в таких приборах находится под пониженным давлением. Электрический разряд в газе (в паре) это совокупность явлений, сопровождающих прохождение через него электрического тока. При таком разряде протекает несколько процессов.

Возбуждение атомов.

Под ударом электрона один из электронов атома газа переходит на более удаленную орбиту (на более высокий энергетический уровень). Такое возбужденное состояние атома длится 10 -7 – 10 -8 секунды, после чего электрон возвращается на нормальную орбиту, отдавая при этом в виде излучения полученную при ударе энергию. Излучение сопровождается свечением газа, если излучаемые лучи относятся к видимой части электромагнитного спектра. Для того, чтобы произошло возбуждение атома, ударяющий электрон должен иметь определенную энергию, так называемую энергию возбуждения.

Ионизация.

Ионизация атомов (или молекул) газа происходит при энергии ударяющего электрона большей, чем энергия возбуждения. В результате ионизации из атома выбивается электрон. Следовательно, в пространстве будут два свободных электрона, а сам атом превратится в положительный ион. Если эти два электрона при движении в ускоряющем поле наберут достаточную энергию, каждый из них может ионизировать новый атом. Свободных электронов будет уже четыре, а ионов – три. Происходит лавинообразное нарастание числа свободных электронов и ионов.

Возможна ступенчатая ионизация. От удара одного электрона атом переходит в возбужденное состояние и, не успев вернуться к нормальному состоянию, ионизируется от удара другого электрона. Увеличение в газе числа заряженных частиц за счет ионизации (свободных электронов и ионов) называют электризацией газа .

Рекомбинация.

Наряду с ионизацией в газе происходит и обратный процесс нейтрализации противоположных по знаку зарядов. Положительные ионы и электроны совершают в газе хаотическое движение, и приближаясь друг к другу могут соединиться, образуя нейтральный атом. Этому способствует взаимное притяжение разноименно заряженных частиц. Восстановление нейтральных атомов называют рекомбинацией . Так как на ионизацию затрачивается энергия, положительный ион и электрон в сумме имеют энергию большую, чем нейтральный атом. Поэтому рекомбинация сопровождается излучением энергии. Обычно при этом наблюдается свечение газа .

При возникновении электрического разряда в газе перевес имеет ионизация, при уменьшении его интенсивности – рекомбинация. При постоянной интенсивности электрического разряда в газе наблюдается установившийся режим, при котором число свободных электронов (и положительных ионов), возникающих за единицу времени вследствие ионизации в среднем равно числу нейтральных атомов, получающихся вследствие рекомбинации. С прекращением разряда ионизация исчезает и, вследствие рекомбинации, восстанавливается нейтральное состояние газа.

Для рекомбинации требуется некоторый отрезок времени, поэтому деионизация совершается за 10 -5 – 10 -3 секунд. Таким образом, по сравнению с электронными приборами, газоразрядные приборы значительно более инерционны.

Виды электрических разрядов в газах.

Различают самостоятельный и несамостоятельный разряды в газе. Самостоятельный разряд поддерживается под действием только электрического напряжения. Несамостоятельный разряд может существовать при условии, что помимо напряжения действуют еще какие-либо дополнительные факторы. Ими могут быть излучение света, радиоактивное излучение, термоэлектронная эмиссия накаленного электрода и т.д.

Несамостоятельным является темный или тихий разряд . Свечение газа обычно незаметно. В газоразрядных приборах он практически не используется.

К самостоятельным относится тлеющий разряд. Для него характерно свечение газа, напоминающее свечение тлеющего угля. Разряд поддерживается за счет электронной эмиссии катода под ударами ионов. К приборам тлеющего разряда относятся стабилитроны (газоразрядные стабилизаторы напряжения), газосветные лампы, тиратроны тлеющего разряда, знаковые индикаторные лампы и декатроны (газоразрядные счетные приборы).

Дуговой разряд может быть как несамостоятельным, так и самостоятельным. Дуговой разряд получается при плотности тока значительно большей, чем в тлеющем разряде и сопровождается интенсивным свечением газа. К приборам несамостоятельного дугового разряда относятся газотроны и тиратроны с накаленным катодом. К приборам самостоятельного дугового разряда относятся ртутные вентили (экситроны) и игнитроны, имеющие жидкий ртутный катод, а также газовые разрядники.

Искровой разряд имеет сходство с дуговым разрядом. Он представляет собой кратковременный импульсный электрический разряд. Используется в разрядниках, служащих для кратковременного замыкания тех или иных цепей.

Высокочастотный разряд может возникать в газе под действием переменного электромагнитного поля даже при отсутствии токопроводящих электродов.

Коронный разряд является самостоятельным и используется в газоразрядных приборах для стабилизации напряжения. Наблюдается в случаях, когда один из электродов имеет очень малый радиус.

В обычных условиях проводимость изоляторов очень мала. Однако в достаточно сильных электрических полях возникает так называемый пробой изолятора, или электрический разряд. В месте пробоя проводимость изолятора резко возрастает, причем она зависит сложным образом от напряженности поля, тока, начальных условий и многих других факторов.

Начнем с электрического разряда в газе. Проводимость газа в слабых полях связана с наличием в нем небольшого числа ионов и электронов, которые возникают вследствие ионизации молекул газа под действием космических лучей, радиоактивности земной коры и, в меньшей степени, ультрафиолетового излучения Солнца. Так, например, у поверхности моря космические лучи создают около двух пар ионов в кубическом сантиметре в секунду. У поверхности суши к этому прибавляется еще около пяти пар ионов за счет радиоактивности земной коры. Средняя концентрация всех ионов у поверхности Земли составляет Среднее время жизни иона до рекомбинации порядка 100 с. За такое большое время все электроны, возникшие в результате ионизации, успевают образовать отрицательные ионы, «примкнув» к молекулам кислорода. При нормальных условиях электрону требуется для этого около 105 столкновений, т. е. всего лишь с. Отсюда видно, что при обычных условиях проводимость газа в слабых полях является ионной. Реальная картина еще сложнее: проводимость определяется в основном ионными кластерами, содержащими десятки атомов газа. Проводимость воздуха у поверхности Земли в то время как проводимость лучших твердых изоляторов (янтарь, плавленый кварц) составляет а для обычного стекла -

В жидкости в отличие от газа концентрация ионов определяется не внешней ионизацией, а диссоциацией молекул благодаря их взаимодействию между собой. Такая жидкость называется электролитом. Диссоциация особенно облегчается, если жидкость представляет собой раствор, поэтому последний обладает, как правило, значительной проводимостью. Так, например, проводимость -ного раствора медного купороса что все же на семь порядков меньше, чем у меди. Это объясняется тем, что носителями заряда в электролите (так же, как и в газе) являются тяжелые ионы, а вязкость жидкости значительно больше, чем вязкость электронного газа в металле.

Вернемся теперь к газу и рассмотрим его поведение в более сильных полях. На рис. II 1.5 изображена схематически вольт-амперная характеристика газового промежутка. Область слабых полей

Рис. 111.5. Вольт-амперная характеристика газового промежутка.

Рис. 111.6. Кривые Пашена для некоторых газов.

соответствует участку а, где справедлив закон Ома. За ним следует так называемое плато (участок где ток практически не зависит от напряженности поля. В этой области электрическое поле вытягивает все рождающиеся (в промежутке) электроны. В еще более сильных полях (участок с) ток резко возрастает, и наступает пробой. Возрастание тока связано с процессами вторичной ионизации, приводящей к лавинному «размножению» электронов. Очень упрощенно этот процесс можно представить себе следующим образом. Электрон, выбитый из атома при ионизации, ускоряется внешним полем до такой энергии (~10 эВ), что он сам может ионизовать другие атомы.

Электронная лавина сама по себе приводит лишь к увеличению тока проводимости в газовом промежутке (участок с, см. рис. III.5). Для возникновения электрического, или, точнее, самоподдерживающегося разряда, необходима еще так называемая обратная связь между электродами газового промежутка. Необходимо, чтобы электронная лавина, движущаяся к аноду, вызывала бы каким-то образом новые лавины с катода. Одним из возможных механизмов такой обратной связи является фотоэффект с катода под действием фотонов, испускаемых возбужденными атомами газа или анода.

Условия зажигания разряда характеризуются так называемой кривой Пашена (рис. III.6), которая связывает между собой три основные величины: напряжение на разрядном промежутке V, длину промежутка и давление газа Прежде всего, оказывается, что зажигание разряда зависит только от произведения где - длина свободного пробега электрона. Она и характеризует скорость развития электронной лавины.

Зависимость напряжения зажигания разряда от имеет характерный минимум. Вид кривой Пашена легко объяснить качественно, рассмотрев случай постоянного давления. При развитие лавины определяется напряженностью поля, поэтому напряжение зажигания растет приблизительно пропорционально длине зазора. При очень малых однако, развитие электронной лавины также затруднено, так как электроны не успевают столкнуться с атомами газа в зазоре. Интересно отметить, что при напряжениях, меньших

минимального , зазор не пробивается ни при каких условиях.

При очень больших давлениях (точнее, больших значениях механизм развития разряда существенно изменяется. Из-за малой длины свободного пробега электронов разряд сначала локализуется в небольшой области промежутка вблизи места первичной ионизации. Распространение разряда происходит в этих условиях в основном за счет фотоионизации соседних участков газа. Такой процесс называется стримером. Примером стримерного разряда может служить молния.

Одним из интересных применений стримерного разряда является так называемая стримерная камера, в которой можно наблюдать следы заряженных частиц. В камере на очень короткое время создается сильное электрическое поле. Заряженная частица, прошедшая через камеру непосредственно перед включением поля, производит ионизацию газа вдоль своей траектории, а образующиеся при этом свободные электроны служат центрами возникновения стримеров. Свечение стримеров и позволяет наблюдать треки заряженных частиц (рис. III.7). Вследствие импульсного характера поля размеры стримеров остаются малыми, что обеспечивает высокую степень локализации траектории (порядка 0,3 мм).

При очень малых давлениях, т. е. в высоком вакууме пробой промежутка определяется почти исключительно процессами на электродах. Разряд развивается за счет автоэлектронной («холодной») эмиссии электронов с микроострий на поверхности катода, когда напряженность поля на них поднимается до величины В/см. Эмиссионный ток, плотность которого достигает на острие огромных значений, нагревает и испаряет острие, а сильное электрическое поле отрывает и увлекает на анод небольшие кусочки катода. Последние вызывают испарение материала анода, и образующиеся при этом ионы бомбардируют, в свою очередь, катод, разогревая его и вызывая термоэлектронную эмиссию.

Рис. 111.7. Фотографии треков электронов и позитронов в стрингерной камере (а) и разряда (б) в жидкости (гексан). Напряженность электрического поля 700 кВ/см, время экспозиции 5нс .

Описанный механизм развития разряда в высоком вакууме позволяет понять важный в практическом отношении эффект «тренировки» вакуумного зазора. Тренировка производится путем многократного пробоя зазора при небольшой мощности разряда и приводит к оплавлению острий на катоде.

Вполне естественно также, что электрическая прочность зазора существенно возрастает при очень малой длительности высокого напряжения или при его высокой частоте. Так, например, при с вакуумный зазор выдерживает поле около в то время как при с это значение падает до и дальше уже не зависит от .

Явление статического электричества наблюдается обычно в диэлектриках. Если в диэлектрике химическая связь ионная, то из-за несовершенства структуры вещества количество положительных и отрицательных ионов в единице объема вещества не одинаково. Это означает, что практически любое диэлектрическое тело с ионной связью изначально обладает электрическим зарядом, вокруг которого существует электростатическое поле.

В реальных условиях этот заряд обычно компенсируется зарядами из окружающей среды, которые осаждаются на поверхности диэлектрика. В результате, электростатическое поле вокруг такого тела отсутствует.

Если в диэлектрике химическая связь ковалентная, то диэлектрик может обладать ненулевым электрическим дипольным моментом и, вследствие этого, создает вокруг себя электростатическое поле. В реальных условиях из окружающей среды на поверхности такого диэлектрика осаждаются компенсирующие заряды, таким образом, что электрическое поле вокруг такого тела становится равным нулю.

Механическое взаимодействие тел может приводить к снятию компенсирующих зарядов с соответствующих поверхностей и появлению в окружающем пространстве электрического поля, которое может наводить помехи на входах электрических устройств. Это электрическое поле в некоторых случаях может привести к пробою диэлектрика (например, воздуха).

Разряды, связанные с этим пробоем, формируют в пространстве электромагнитные импульсы, которые также передают помехи.

Полное внутреннее сопротивление источника от 1 до 30 кОм.

Суммарная индуктивность пути разряда 0,3 – 1,5 мкГн.

Емкость составляет от 100 до 300 пФ.

Максимальное напряжение до 15 кВ.

Максимальный ток импульса разряда до 30 А.

Скорость нарастания тока от 2 до 35 А/нс.

Примерная форма импульса тока при разряде электричества:

Примерная форма импульса тока Спектральная характеристика:

при разряде электричества:

Классификация источников помех

Различают функциональные источники и нефункциональные.

Функциональные источники – это радио- и телепередатчики, которые распространяют электромагнитные волны в окружающую среду в целях передачи информации. К этой группе относятся все устройства, которые излучают электромагнитные волны не для целей коммуникации, но для выполнения своей технической функции, например, генератор высокой частоты для промышленного или медицинского применения, микроволновые устройства радиоуправления.

К нефункциональным источникам относятся автомобильные устройства зажигания, люминесцентные лампы, сварочное оборудование, релейные и защитные катушки, выпрямители тока, контактные и бесконтактные переключатели, проводные линии и компоненты электрических узлов, переговорные устройства, атмосферные разряды, коронные разряды в линиях, коммутационные процессы, разряды статического электричества, быстро меняющиеся токи и напряжения в лабораториях техники высоких напряжений.

Различают также широкополосные и узкополосные источники помех.

Широкополосные – это помехи, обладающие широким частотным спектром, а узкополосные – узким.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрический разряд

Электрический разряд - это сложный процесс образования проводящего канала, когда приложенное электрическое поле достигает критического значения . В результате разряда образуются различные виды плазмы. Любой разряд начинается с образования электронной лавины. Электронная лавина - это процесс увеличения числа первичных электронов за счет ионизации.

Рассмотрим плоскую щель с расстоянием между электродами d, к которым приложено напряжение V. Напряженность электрического поля в промежутке будет. Можно представить, что возле катода образовался один электрон. Этот электрон начинает двигаться к аноду, ионизируя на своем пути газ, т.е. производя вторичные электроны, образуя лавину. Лавина развивается во времени и пространстве, потому что вторичные электроны также начинают двигаться к аноду.

Рисунок 1. - Электронная лавина

Процесс ионизации удобно описать не коэффициентом ионизации, а коэффициентом ионизации Таундсена?, который показывает количество произведенных электронов, на единицу длины

где n e - первоначальная плотность электронов, или

Коэффициент ионизации Таундсена связан с коэффициентом ионизации следующим образом.

где? i - частота ионизации по отношению к одному электрону;

D - скорость дрейфа электрона;

Е - подвижность электрона;

K i ()- коэффициент ионизации.

Принимая во внимание, что лавина начинает двигаться при комнатной температуре и подвижность электрона обратно пропорциональна давлению, удобно записать?, как, которое зависит от величины.

Согласно определению?, каждый первичный электрон генерирует в зазоре положительных ионов. Возможны потери электронов за счет рекомбинации и присоединения к электроотрицательным молекулам, таким как кислород. На данном этапе мы пренебрегаем этими потерями. Все положительные ионы, рожденные в зазоре, движутся к катоду и создают на нем?· вторичных электронов, где?- коэффициент ионно-электронной эмиссии, зависящий от материала катода, состояния поверхности, типа газа. Типичные значения? в электрических разрядах 0, 01- 0,1. В этот же коэффициент? входит вторичная эмиссия электронов за счет фотонов и метастабильных атомов и молекул. Чтобы ток в зазоре был самоподдерживающимся, необходимо, чтобы?·?1, потому что ионы, возникшие в лавине должны сгенерировать хотя бы один электрон на катоде, чтобы возникла следующая лавина. Теперь условие возникновения разряда можно записать так

Рассчитаем критическую величину электрического поля для возникновения разряда. Исходя из выражений (1.3, 1.4) можно записать

где р - давление.

Параметры А и В даны в таблице 1.1.

Объединив (1.4) и (1.5) получаем формулу для расчета электрического поля.

Таблица 1.1 - Параметры А и В

Основание натурального логарифма.

В результате, при наложении критического значения электрического поля между металлическими электродами возникает проводящий канал, через который проходит большой ток, потому что критическое напряжение достаточно высокое, а сопротивление канала низкое. В результате происходит сильный нагрев газа, что является нежелательным во многих плазмохимических процессах.

электрический разряд ионизация стример

Рисунок 2 - Механизм образования стримера

Для исключения этого искрового разряда разработан механизм барьерного разряда.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Условия возникновения электрического разряда в газах. Принцип ионизации газов. Механизм электропроводности газов. Несамостоятельный газовый разряд. Самостоятельный газовый разряд. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применние.

реферат , добавлен 21.05.2008


Изучение физических свойств и явлений, описывающих протекание электрического тока в газах. Содержание процесса ионизации и рекомбинации газов. Тлеющий, искровой, коронный разряды как виды самостоятельного газового разряда. Физическая природа плазмы.

курсовая работа , добавлен 12.02.2014


Механизмы возникновения электрического разряда в газах, условия их электропроводности. Ионная электропроводимость газов. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение. Искровой, коронный и дуговой разряды. "Огни святого Эльма".

презентация , добавлен 07.02.2011


Изучение тлеющего газового разряда как одного из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Создание квантовых источников света в люминесцентных лампах. Формирование тлеющего газового разряда при низком давлении газа, малом токе.

презентация , добавлен 13.04.2015


Методики экспериментального определения коэффициента ионизации газа. Напряжение возникновения разряда. Вольт-амперные характеристики слаботочного газового разряда в аргоне с молибденовым катодом. Распределение потенциала в газоразрядном промежутке.

контрольная работа , добавлен 28.11.2011


Анализ основных форм самостоятельного разряда в газе. Исследование влияния относительной плотности воздуха на электрическую прочность разрядного промежутка. Определение значения расстояния между электродами, радиуса их кривизны для электрического поля.

лабораторная работа , добавлен 07.02.2015


Электрический ток в полупроводниках. Образование электронно-дырочной пары. Законы электролиза Фарадея. Прохождение электрического тока через газ. Электрическая дуга (дуговой разряд). Молния - искровой разряд в атмосфере. Виды самостоятельного разряда.

презентация , добавлен 15.10.2010


Коронный разряд, электрическая корона, разновидность тлеющего разряда; возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности.

лекция , добавлен 21.12.2004


Тлеющий газовый разряд как один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Применение его как источника света в неоновых лампах, газосветных трубках и плазменных экранах. Создание квантовых источника света, газовых лазеров.

презентация , добавлен 13.01.2015


Изучение основных форм самостоятельного разряда в газе, влияние на электрическую прочность и электрическое поле разрядного промежутка основных свойств газа и геометрических характеристик. Использование данных закономерностей в электроэнергетике.

Век, в котором мы живем, можно назвать временем электричества. Работа компьютеров, телевизоров, автомобилей, спутников, приборов искусственного освещения - это лишь малая часть примеров, где оно используется. Одним из интересных и важных для человека процессов является электрический разряд. Рассмотрим подробнее, что он собой представляет.

Краткая история изучения электричества

Когда человек познакомился с электричеством? Ответить на этот вопрос сложно, поскольку поставлен он некорректным образом, ведь наиболее яркое природное явление - молния, известная с незапамятных времен.

Осмысленное изучение электрических процессов началось лишь с конца первой половины XVIII века. Здесь следует отметить серьезный вклад в представления человека об электричестве Чарльза Кулона, исследовавшего силу взаимодействия заряженных частиц, Георга Ома, математически описавшего параметры тока в замкнутой цепи, и Бенджамина Франклина, который провел множество экспериментов, изучая природу вышеназванной молнии. Помимо них, большую роль в развитии сыграли такие ученые, как Луиджи Гальвани (изучение нервных импульсов, изобретение первой «батарейки») и Майкл Фарадей (исследование тока в электролитах).

Достижения всех названных ученых создали прочный фундамент для изучения и понимания сложных электрических процессов, одним из которых является электрический разряд.

Что представляет собой разряд и какие условия необходимы для его существования?

Разряд электрического тока - это физический процесс, который характеризуется наличием потока заряженных частиц между двумя пространственными областями, имеющими разный потенциал в газовой среде. Разберем это определение.

Во-первых, когда говорят о разряде, то всегда имеют в виду газ. Разряды в жидкостях и твердых телах тоже могут возникать (пробой твердого конденсатора), однако процесс изучения этого явления проще рассмотреть в менее плотной среде. Более того, именно разряды в газах часто наблюдаются и имеют большое значение для жизнедеятельности человека.

Во-вторых, как сказано в определении электрического разряда, он возникает только при соблюдении двух важных условий:

• при существования разности потенциалов (напряженности электрического поля);
• наличии носителей заряда (свободных ионов и электронов).

Разность потенциалов обеспечивает направленное движение заряда. Если она превышает некоторое пороговое значение, то несамостоятельный разряд переходит в самоподдерживающийся или самостоятельный.

Что касается свободных носителей заряда, то в любом газе они всегда присутствуют. Их концентрация, естественно, зависит от ряда внешних факторов и свойств самого газа, но сам факт их наличия является бесспорным. Связано это с существованием таких источников ионизации нейтральных атомов и молекул, как ультрафиолетовые лучи от Солнца, космическое излучение и естественная радиация нашей планеты.

Соотношение между разностью потенциалов и концентрацией носителей определяет характер разряда.

Виды электрических разрядов

Приведем список этих видов, а затем подробнее охарактеризуем каждый из них. Итак, все разряды в газовых средах принято разделять на следующие:

• тлеющий;
• искровой;
• дуговой;
• коронный.

Физически они отличаются друг от друга лишь мощностью (плотностью тока) и, как следствие, температурой, а также характером их проявления во времени. Во всех случаях речь идет о переносе положительного заряда (катионы) к катоду (область низкого потенциала) и отрицательного заряда (анионы, электроны) к аноду (зона высокого потенциала).

Тлеющий разряд

Для его существования необходимо создать низкие давления газа (в сотни и тысячи раз меньше атмосферного). Тлеющий разряд наблюдается в катодных трубках, которые заполняются каким-либо газом (например, Ne, Ar, Kr и другие). Приложение напряжения к электродам трубки приводит к активации следующего процесса: имеющиеся в газе катионы начинают ускоренно двигаться, достигнув катода, они ударяют по нему, передавая импульс и выбивая электроны. Последние при наличии достаточной кинетической энергии могут приводить к ионизации нейтральных молекул газа. Описанный процесс будет самоподдерживающимся только в случае достаточной энергии катионов, бомбардирующих катод, и их определенного количества, что зависит от разности потенциалов на электродах и давления газа в трубке.

Тлеющий разряд светится. Излучение электромагнитных волн обусловлено двумя идущими параллельно процессами:

• рекомбинация пар электрон-катион, сопровождаемая выделением энергии;
• переход нейтральных молекул (атомов) газа из возбужденного состояния в основное.

Типичными характеристиками этого вида разряда являются небольшие токи (несколько миллиампер) и небольшие стационарные напряжения (100-400 В), однако пороговое напряжение равно нескольким тысячам вольт, что зависит от давления газа.

Примерами тлеющего разряда являются люминесцентные и неоновые лампы. В природе к этому типу можно отнести северное сияние (движение потоков ионов в магнитном поле Земли).

Искровой разряд

Это типичный вид разряда, который проявляется в Для его существования необходимо не только наличие больших давлений газа (1 атм и больше), но и огромных напряжений. Воздух представляет собой достаточно хороший диэлектрик (изолятор). Его проницаемость лежит в пределах от 4 до 30 кВ/см, что зависит от наличия в нем влажности и твердых частиц. Эти цифры говорят о том, что для получения пробоя (искры) необходимо приложить минимум 4 000 000 вольт на каждый метр воздуха!

В природе такие условия возникают в кучевых облаках, когда в результате процессов трения между воздушными массами, конвекции воздуха и кристаллизации (конденсации) происходит перераспределение зарядов таким образом, что нижние слои туч заряжаются отрицательно, а верхние - положительно. Разность потенциалов постепенно накапливается, когда ее значение начинает превышать изоляционные возможности воздуха (несколько млн вольт на метр), то возникает молния - электрический разряд, который длится в течение долей секунды. Сила тока в нем достигает 10-40 тысяч ампер, а температура плазмы в канале поднимается до 20 000 К.

Минимальную энергию, которая выделяется в процессе молнии, можно вычислить, если принять во внимание следующие данные: процесс развивается в течение t=1*10 -6 с, I = 10 000 А, U = 10 9 В, тогда получим:

E = I*U*t = 10 млн Дж

Полученная цифра эквивалентна энергии, которая освобождается при взрыве 250 кг динамита.

Так же как и искровой, он возникает при наличии достаточного давления в газе. Его характеристики практически полностью аналогичны искровому, но имеются и отличия:

• во-первых, токи достигают десяти тысяч ампер, но напряжение при этом составляет несколько сотен вольт, что связано с высокой проводимостью среды;
• во-вторых, дуговой разряд существует стабильно во времени, в отличие от искрового.

Переход в этот вид разряда осуществляется постепенным повышением напряжения. Поддерживается разряд за счет термоэлектронной эмиссии с катода. Ярким его примером является сварочная дуга.

Коронный разряд

Этот тип электрического разряда в газах часто наблюдали моряки, которые путешествовали в Новый Мир, открытый Колумбом. Они называли синеватое свечение на концах мачт «огнями Святого Эльма».

Возникает коронный разряд вокруг объектов, имеющих очень сильную напряженность электрического поля. Такие условия создаются вблизи острых предметов (мачт кораблей, зданий с остроконечными крышами). Когда тело имеет некоторый статический заряд, то напряженность поля на его концах приводит к ионизации окружающего воздуха. Возникшие ионы начинают свой дрейф к источнику поля. Эти слабые токи, вызывающие аналогичные процессы, что и в случае тлеющего разряда, приводят к появлению свечения.

Опасность разрядов для здоровья человека

Коронный и тлеющий разряды особой опасности не представляют для человека, поскольку они характеризуются низкими токами (миллиамперы). Два других из вышеназванных разрядов являются смертельно опасными в случае прямого контакта с ними.

Если человек наблюдает приближение молнии, то он должен отключить все электроприборы (включая мобильные телефоны), а также расположиться так, чтобы не выделяться среди окружающей местности в плане высоты.