इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज परिभाषा. बिजली चमकना। सामान्य चमक निर्वहन

एल ई सी टी आई ओ एन

कैडेटों और छात्रों के लिए "इलेक्ट्रॉनिक्स और फायर ऑटोमैटिक्स" अनुशासन में

विशेषता 030502.65 - "फोरेंसिक परीक्षा"

विषय संख्या 1 पर."अर्धचालक, इलेक्ट्रॉनिक, आयन उपकरण"

व्याख्यान का विषय "संकेतक और फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण" है।

उपकरणों का संकेत

गैसों में विद्युत् निर्वहन.

गैस-डिस्चार्ज (आयनिक) उपकरणों को गैस या वाष्प में विद्युत निर्वहन वाले इलेक्ट्रोवैक्यूम उपकरण कहा जाता है। ऐसे उपकरणों में गैस कम दबाव में होती है। किसी गैस (भाप में) में विद्युत् निर्वहन घटनाओं का एक समूह है जो इसके माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने के साथ होता है। ऐसे निर्वहन के दौरान, कई प्रक्रियाएँ होती हैं।

परमाणुओं का उत्तेजना.

एक इलेक्ट्रॉन के प्रभाव में, गैस परमाणु का एक इलेक्ट्रॉन अधिक दूर की कक्षा (उच्च ऊर्जा स्तर तक) में चला जाता है। परमाणु की यह उत्तेजित अवस्था 10 -7 - 10 -8 सेकंड तक रहती है, जिसके बाद इलेक्ट्रॉन अपनी सामान्य कक्षा में लौट आता है, और प्रभाव पर प्राप्त ऊर्जा को विकिरण के रूप में छोड़ देता है। यदि उत्सर्जित किरणें विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग से संबंधित हों तो विकिरण गैस की चमक के साथ होता है। किसी परमाणु को उत्तेजित करने के लिए, प्रहार करने वाले इलेक्ट्रॉन में एक निश्चित ऊर्जा होनी चाहिए, तथाकथित उत्तेजना ऊर्जा।

आयनीकरण।

किसी गैस के परमाणुओं (या अणुओं) का आयनीकरण तब होता है जब प्रभावकारी इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा उत्तेजना ऊर्जा से अधिक होती है। आयनीकरण के परिणामस्वरूप, एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाता है। नतीजतन, अंतरिक्ष में दो मुक्त इलेक्ट्रॉन होंगे, और परमाणु स्वयं एक सकारात्मक आयन में बदल जाएगा। यदि ये दो इलेक्ट्रॉन, त्वरित क्षेत्र में घूमते हुए, पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त कर लेते हैं, तो उनमें से प्रत्येक एक नए परमाणु को आयनित कर सकता है। वहाँ पहले से ही चार मुक्त इलेक्ट्रॉन और तीन आयन होंगे। मुक्त इलेक्ट्रॉनों और आयनों की संख्या में हिमस्खलन जैसी वृद्धि होती है।

चरणबद्ध आयनीकरण संभव है. एक इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से, परमाणु उत्तेजित अवस्था में चला जाता है और, सामान्य अवस्था में लौटने का समय न मिलने पर, दूसरे इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से आयनित हो जाता है। आयनीकरण (मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन) के कारण गैस में आवेशित कणों की संख्या में वृद्धि कहलाती है गैस का विद्युतीकरण.

पुनर्संयोजन.

गैस में आयनीकरण के साथ-साथ विपरीत चिन्ह के आवेशों के उदासीनीकरण की विपरीत प्रक्रिया भी होती है। सकारात्मक आयन और इलेक्ट्रॉन गैस में अव्यवस्थित रूप से चलते हैं, और एक-दूसरे के करीब आने पर वे मिलकर एक तटस्थ परमाणु बना सकते हैं। यह विपरीत आवेशित कणों के पारस्परिक आकर्षण से सुगम होता है। तटस्थ परमाणुओं का ह्रास कहलाता है पुनर्संयोजन. चूंकि ऊर्जा आयनीकरण पर खर्च होती है, एक सकारात्मक आयन और एक इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा एक तटस्थ परमाणु से अधिक होती है। इसलिए, पुनर्संयोजन ऊर्जा उत्सर्जन के साथ होता है। ऐसा आमतौर पर देखा जाता है गैस की चमक.

जब किसी गैस में विद्युत् निर्वहन होता है, तो आयनीकरण प्रबल होता है; जब इसकी तीव्रता कम हो जाती है, तो पुनर्संयोजन प्रबल होता है। किसी गैस में विद्युत निर्वहन की निरंतर तीव्रता पर, एक स्थिर अवस्था देखी जाती है जिसमें आयनीकरण के कारण प्रति इकाई समय में उत्पन्न होने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉनों (और सकारात्मक आयनों) की संख्या औसतन पुनर्संयोजन के परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणुओं की संख्या के बराबर होती है। जब निर्वहन बंद हो जाता है, तो आयनीकरण गायब हो जाता है और, पुनर्संयोजन के कारण, गैस की तटस्थ स्थिति बहाल हो जाती है।

पुनर्संयोजन के लिए एक निश्चित अवधि की आवश्यकता होती है, इसलिए विआयनीकरण 10 -5 - 10 -3 सेकंड में होता है। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की तुलना में, गैस-डिस्चार्ज उपकरण बहुत अधिक जड़त्वीय होते हैं।

गैसों में विद्युत् निर्वहन के प्रकार.

गैस में आत्मनिर्भर और गैर-आत्मनिर्भर निर्वहन होते हैं। स्व-निर्वहन केवल विद्युत वोल्टेज के प्रभाव में बनाए रखा जाता है। एक गैर-आत्मनिर्भर निर्वहन मौजूद हो सकता है, बशर्ते कि वोल्टेज के अलावा, काम पर कुछ अतिरिक्त कारक हों। वे प्रकाश विकिरण, रेडियोधर्मी विकिरण, गर्म इलेक्ट्रोड से थर्मिओनिक उत्सर्जन आदि हो सकते हैं।

आश्रित टी है गहरा या शांत स्राव. गैस की चमक आमतौर पर अदृश्य होती है। गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में इसका व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

स्वतंत्र में टी शामिल है बहता हुआ निर्वहन.इसकी विशेषता गैस की चमक है जो सुलगते कोयले की चमक की याद दिलाती है। आयन प्रभावों के तहत कैथोड से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन द्वारा निर्वहन को बनाए रखा जाता है। ग्लो डिस्चार्ज उपकरणों में जेनर डायोड (गैस-डिस्चार्ज वोल्टेज स्टेबलाइजर्स), गैस-लाइट लैंप, ग्लो डिस्चार्ज थायरट्रॉन, साइन इंडिकेटर लैंप और डेकाट्रॉन (गैस-डिस्चार्ज काउंटिंग डिवाइस) शामिल हैं।

आर्क डिस्चार्जया तो आश्रित या स्वतंत्र हो सकता है। आर्क डिस्चार्ज ग्लो डिस्चार्ज की तुलना में काफी अधिक वर्तमान घनत्व पर होता है और गैस की तीव्र चमक के साथ होता है। गैर-आत्मनिर्भर आर्क डिस्चार्ज उपकरणों में गर्म कैथोड के साथ गैस्ट्रोन और थायरट्रॉन शामिल हैं। स्वतंत्र आर्क डिस्चार्ज उपकरणों में पारा वाल्व (एक्सिट्रॉन) और तरल पारा कैथोड के साथ इग्निट्रॉन, साथ ही गैस डिस्चार्जर शामिल हैं।

चिंगारी निकलनाएक आर्क डिस्चार्ज जैसा दिखता है। यह एक अल्पकालिक स्पंदित विद्युत निर्वहन है। इसका उपयोग उन गिरफ्तारियों में किया जाता है जो कुछ सर्किटों को अल्पकालिक बंद करने के लिए काम करते हैं।

उच्च आवृत्ति निर्वहनप्रवाहकीय इलेक्ट्रोड की अनुपस्थिति में भी एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में गैस में हो सकता है।

कोरोना डिस्चार्जस्वतंत्र है और वोल्टेज को स्थिर करने के लिए गैस-डिस्चार्ज उपकरणों में उपयोग किया जाता है। यह उन मामलों में देखा जाता है जहां इलेक्ट्रोड में से एक का त्रिज्या बहुत छोटा होता है।

सामान्य परिस्थितियों में, इन्सुलेटर की चालकता बहुत कम होती है। हालाँकि, पर्याप्त रूप से मजबूत विद्युत क्षेत्रों में, एक तथाकथित इन्सुलेटर टूटना, या इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज होता है। टूटने के बिंदु पर, इन्सुलेटर की चालकता तेजी से बढ़ जाती है, और यह क्षेत्र की ताकत, वर्तमान, प्रारंभिक स्थितियों और कई अन्य कारकों पर जटिल तरीके से निर्भर करती है।

आइए गैस में विद्युत् निर्वहन से शुरुआत करें। कमजोर क्षेत्रों में गैस की चालकता इसमें कम संख्या में आयनों और इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति से जुड़ी होती है, जो ब्रह्मांडीय किरणों के प्रभाव में गैस अणुओं के आयनीकरण, पृथ्वी की पपड़ी की रेडियोधर्मिता और कुछ हद तक उत्पन्न होती है। सीमा, सूर्य से पराबैंगनी विकिरण। उदाहरण के लिए, समुद्र की सतह पर, कॉस्मिक किरणें प्रति घन सेंटीमीटर प्रति सेकंड लगभग दो जोड़े आयन बनाती हैं। भूमि की सतह पर, पृथ्वी की पपड़ी की रेडियोधर्मिता के कारण इसमें लगभग पांच जोड़े आयन और जुड़ जाते हैं। पृथ्वी की सतह पर सभी आयनों की औसत सांद्रता पुनर्संयोजन से पहले एक आयन का औसत जीवनकाल लगभग 100 सेकंड है। इतने लंबे समय में, आयनीकरण से उत्पन्न सभी इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन अणुओं से "चिपककर" नकारात्मक आयन बनाने में कामयाब होते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, एक इलेक्ट्रॉन को इसके लिए लगभग 105 टकरावों की आवश्यकता होती है, अर्थात, केवल s। इससे पता चलता है कि सामान्य परिस्थितियों में कमजोर क्षेत्रों में गैस की चालकता आयनिक होती है। वास्तविक तस्वीर और भी जटिल है: चालकता मुख्य रूप से दर्जनों गैस परमाणुओं वाले आयनिक समूहों द्वारा निर्धारित की जाती है। पृथ्वी की सतह पर हवा की चालकता, जबकि सर्वोत्तम ठोस इन्सुलेटर (एम्बर, फ्यूज्ड क्वार्ट्ज) की चालकता है और साधारण ग्लास के लिए -

एक तरल में, गैस के विपरीत, आयनों की सांद्रता बाहरी आयनीकरण से नहीं, बल्कि एक दूसरे के साथ उनकी बातचीत के कारण अणुओं के पृथक्करण से निर्धारित होती है। इस द्रव को इलेक्ट्रोलाइट कहा जाता है। यदि तरल एक समाधान है तो पृथक्करण विशेष रूप से सुविधाजनक होता है, इसलिए बाद वाले में आमतौर पर महत्वपूर्ण चालकता होती है। उदाहरण के लिए, कॉपर सल्फेट के घोल की चालकता अभी भी तांबे की तुलना में परिमाण के सात ऑर्डर कम है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि इलेक्ट्रोलाइट (साथ ही गैस में) में चार्ज वाहक भारी आयन होते हैं, और तरल की चिपचिपाहट धातु में इलेक्ट्रॉन गैस की चिपचिपाहट से कहीं अधिक होती है।

आइए अब हम गैस पर लौटते हैं और मजबूत क्षेत्रों में इसके व्यवहार पर विचार करते हैं। चित्र में. II 1.5 गैस अंतराल की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता को योजनाबद्ध रूप से दिखाता है। निम्न क्षेत्र क्षेत्र

चावल। 111.5. गैस गैप की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताएँ।

चावल। 111.6. कुछ गैसों के लिए पास्चेन वक्र।

अनुभाग ए से मेल खाता है, जहां ओम का नियम मान्य है। इसके बाद तथाकथित पठार आता है (एक खंड जहां धारा व्यावहारिक रूप से क्षेत्र की ताकत से स्वतंत्र होती है। इस क्षेत्र में, विद्युत क्षेत्र पैदा हुए सभी इलेक्ट्रॉनों को (अंतराल में) खींच लेता है। और भी मजबूत क्षेत्रों में (खंड सी) , धारा तेजी से बढ़ती है, और विखंडन होता है। धारा में वृद्धि द्वितीयक आयनीकरण की प्रक्रियाओं से जुड़ी होती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों का हिमस्खलन "गुणन" होता है। इस प्रक्रिया को निम्नानुसार बहुत सरल बनाया जा सकता है: आयनीकरण के दौरान एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन बाहर निकल जाता है एक बाहरी क्षेत्र द्वारा इतनी ऊर्जा (~10 eV) तक त्वरित किया जाता है कि यह स्वयं अन्य परमाणुओं को आयनित कर सकता है।

इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन से ही गैस गैप में चालन धारा में वृद्धि होती है (अनुभाग सी, चित्र III.5 देखें)। विद्युत, या, अधिक सटीक रूप से, एक आत्मनिर्भर निर्वहन की घटना के लिए, गैस अंतराल के इलेक्ट्रोड के बीच तथाकथित प्रतिक्रिया भी आवश्यक है। यह आवश्यक है कि एनोड की ओर बढ़ने वाला इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन किसी तरह कैथोड से नए हिमस्खलन का कारण बने। ऐसी प्रतिक्रिया के लिए एक संभावित तंत्र गैस या एनोड के उत्तेजित परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों के प्रभाव के तहत कैथोड से फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है।

डिस्चार्ज इग्निशन की स्थितियों को तथाकथित पास्चेन वक्र (चित्र III.6) द्वारा दर्शाया जाता है, जो तीन मुख्य मात्राओं को जोड़ता है: डिस्चार्ज गैप V में वोल्टेज, गैप लंबाई और गैस का दबाव। सबसे पहले, यह पता चलता है कि डिस्चार्ज इग्निशन केवल उस उत्पाद पर निर्भर करता है जहां लंबाई इलेक्ट्रॉन मुक्त पथ है। यह इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के विकास की गति को दर्शाता है।

डिस्चार्ज इग्निशन वोल्टेज की निर्भरता में एक विशेषता न्यूनतम होती है। निरंतर दबाव के मामले पर विचार करके पासचेन वक्र के आकार को आसानी से गुणात्मक रूप से समझाया जा सकता है। जब हिमस्खलन विकसित होता है, तो यह क्षेत्र की ताकत से निर्धारित होता है, इसलिए इग्निशन वोल्टेज अंतराल की लंबाई के अनुपात में लगभग बढ़ जाता है। हालाँकि, बहुत कम मूल्यों पर, इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन का विकास भी मुश्किल होता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों के पास अंतराल में गैस परमाणुओं से टकराने का समय नहीं होता है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि इससे कम वोल्टेज पर

न्यूनतम, किसी भी परिस्थिति में अंतर नहीं टूटता।

बहुत उच्च दबाव (अधिक सटीक रूप से, बड़े मूल्यों) पर, डिस्चार्ज विकास का तंत्र महत्वपूर्ण रूप से बदलता है। इलेक्ट्रॉनों के छोटे माध्य मुक्त पथ के कारण, डिस्चार्ज को पहले प्राथमिक आयनीकरण स्थल के पास अंतराल के एक छोटे क्षेत्र में स्थानीयकृत किया जाता है। डिस्चार्ज इन परिस्थितियों में प्रसार मुख्य रूप से गैस के पड़ोसी वर्गों के फोटोआयनीकरण के कारण होता है। इस प्रक्रिया को स्ट्रीमर कहा जाता है। स्ट्रीमर डिस्चार्ज का एक उदाहरण बिजली है।

स्ट्रीमर डिस्चार्ज के दिलचस्प अनुप्रयोगों में से एक तथाकथित स्ट्रीमर कक्ष है, जिसमें आवेशित कणों के निशान देखे जा सकते हैं। बहुत कम समय के लिए कक्ष में एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है। एक आवेशित कण, क्षेत्र को चालू करने से ठीक पहले कक्ष से गुजरते हुए, अपने प्रक्षेपवक्र के साथ गैस को आयनित करता है, और इस मामले में बनने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन स्ट्रीमर की उपस्थिति के लिए केंद्र के रूप में काम करते हैं। स्ट्रीमर की चमक किसी को आवेशित कणों के ट्रैक का निरीक्षण करने की अनुमति देती है (चित्र III.7)। क्षेत्र की स्पंदित प्रकृति के कारण, स्ट्रीमर के आयाम छोटे रहते हैं, जो उच्च स्तर के प्रक्षेपवक्र स्थानीयकरण (लगभग 0.3 मिमी) सुनिश्चित करता है।

बहुत कम दबाव पर, यानी उच्च निर्वात में, अंतराल का टूटना लगभग विशेष रूप से इलेक्ट्रोड पर प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। डिस्चार्ज कैथोड सतह पर माइक्रोटिप्स से इलेक्ट्रॉनों के क्षेत्र इलेक्ट्रॉनिक ("ठंडा") उत्सर्जन के कारण विकसित होता है जब उन पर क्षेत्र की ताकत वी/सेमी तक बढ़ जाती है। उत्सर्जन धारा, जिसका घनत्व टिप पर भारी मूल्यों तक पहुंचता है, टिप को गर्म और वाष्पित कर देता है, और एक मजबूत विद्युत क्षेत्र टूट जाता है और कैथोड के छोटे टुकड़ों को एनोड तक ले जाता है। उत्तरार्द्ध एनोड सामग्री के वाष्पीकरण का कारण बनता है, और परिणामस्वरूप आयन कैथोड पर बमबारी करते हैं, इसे गर्म करते हैं और थर्मोनिक उत्सर्जन का कारण बनते हैं।

चावल। 111.7. एक स्ट्रिंगर कक्ष (ए) में इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के ट्रैक और एक तरल (हेक्सेन) में एक डिस्चार्ज (बी) की तस्वीरें। विद्युत क्षेत्र की ताकत 700 केवी/सेमी, एक्सपोज़र समय 5 एनएस।

उच्च वैक्यूम में डिस्चार्ज विकास का वर्णित तंत्र वैक्यूम गैप के "प्रशिक्षण" के व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण प्रभाव को समझना संभव बनाता है। प्रशिक्षण कम डिस्चार्ज शक्ति पर अंतराल के बार-बार टूटने से होता है और कैथोड पर युक्तियों के पिघलने की ओर जाता है।

यह भी बिल्कुल स्वाभाविक है कि उच्च वोल्टेज की बहुत कम अवधि या इसकी उच्च आवृत्ति पर अंतराल की विद्युत शक्ति काफी बढ़ जाती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, c पर वैक्यूम गैप लगभग के क्षेत्र को झेलता है, जबकि c पर यह मान गिर जाता है और फिर इस पर निर्भर नहीं रहता है।

स्थैतिक बिजली की घटना आमतौर पर डाइलेक्ट्रिक्स में देखी जाती है। यदि ढांकता हुआ में रासायनिक बंधन आयनिक है, तो पदार्थ की संरचना की अपूर्णता के कारण, पदार्थ की प्रति इकाई मात्रा में सकारात्मक और नकारात्मक आयनों की संख्या समान नहीं होती है। इसका मतलब यह है कि आयनिक बंधन वाले लगभग किसी भी ढांकता हुआ शरीर में शुरू में एक विद्युत आवेश होता है, जिसके चारों ओर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र होता है।

वास्तविक परिस्थितियों में, इस चार्ज की भरपाई आमतौर पर पर्यावरण से आने वाले चार्ज से होती है, जो ढांकता हुआ की सतह पर जमा होते हैं। परिणामस्वरूप, ऐसे पिंड के चारों ओर कोई इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र नहीं होता है।

यदि ढांकता हुआ में रासायनिक बंधन सहसंयोजक है, तो ढांकता हुआ में एक गैर-शून्य विद्युत द्विध्रुव क्षण हो सकता है और, परिणामस्वरूप, अपने चारों ओर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनाता है। वास्तविक परिस्थितियों में, ऐसे ढांकता हुआ की सतह पर पर्यावरण से क्षतिपूर्ति शुल्क जमा किया जाता है, जिससे ऐसे शरीर के चारों ओर विद्युत क्षेत्र शून्य हो जाता है।

निकायों की यांत्रिक अंतःक्रिया से संबंधित सतहों से क्षतिपूर्ति शुल्क को हटाया जा सकता है और आसपास के स्थान में एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति हो सकती है, जो विद्युत उपकरणों के इनपुट में हस्तक्षेप कर सकती है। कुछ मामलों में यह विद्युत क्षेत्र ढांकता हुआ (उदाहरण के लिए, वायु) के टूटने का कारण बन सकता है।

इस टूटने से जुड़े डिस्चार्ज अंतरिक्ष में विद्युत चुम्बकीय दालों का निर्माण करते हैं, जो हस्तक्षेप भी प्रसारित करते हैं।

स्रोत का कुल आंतरिक प्रतिरोध 1 से 30 kOhm तक है।

डिस्चार्ज पथ का कुल प्रेरण 0.3 - 1.5 μH है।

धारिता 100 से 300 pF तक होती है।

अधिकतम वोल्टेज 15 केवी तक।

अधिकतम डिस्चार्ज पल्स करंट 30 ए तक है।

वर्तमान वृद्धि दर 2 से 35 ए/एनएस तक।

बिजली के निर्वहन के दौरान वर्तमान पल्स का अनुमानित आकार:

वर्तमान पल्स का अनुमानित आकार वर्णक्रमीय विशेषता:

जब बिजली का डिस्चार्ज हो:

हस्तक्षेप स्रोतों का वर्गीकरण

कार्यात्मक और गैर-कार्यात्मक स्रोत हैं।

कार्यात्मक स्रोत रेडियो और टेलीविजन ट्रांसमीटर हैं जो सूचना प्रसारित करने के उद्देश्य से पर्यावरण में विद्युत चुम्बकीय तरंगें वितरित करते हैं। इस समूह में वे सभी उपकरण शामिल हैं जो संचार उद्देश्यों के लिए नहीं, बल्कि अपने तकनीकी कार्य करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करते हैं, उदाहरण के लिए, औद्योगिक या चिकित्सा उपयोग के लिए उच्च आवृत्ति जनरेटर, माइक्रोवेव रेडियो नियंत्रण उपकरण।

गैर-कार्यात्मक स्रोतों में ऑटोमोटिव इग्निशन डिवाइस, फ्लोरोसेंट लैंप, वेल्डिंग उपकरण, रिले और सुरक्षात्मक कॉइल, रेक्टिफायर, संपर्क और निकटता स्विच, तार लाइनें और विद्युत घटक, इंटरकॉम, वायुमंडलीय डिस्चार्ज, लाइनों में कोरोना डिस्चार्ज, स्विचिंग प्रक्रियाएं, स्थैतिक डिस्चार्ज बिजली शामिल हैं। उच्च वोल्टेज प्रौद्योगिकी प्रयोगशालाओं में तेजी से बदलती धाराएं और वोल्टेज।

हस्तक्षेप के ब्रॉडबैंड और नैरोबैंड स्रोत भी हैं।

वाइडबैंड एक हस्तक्षेप है जिसमें एक विस्तृत आवृत्ति स्पेक्ट्रम होता है, और नैरोबैंड एक संकीर्ण होता है।

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बिजली का निर्वहन

विद्युत निर्वहन एक प्रवाहकीय चैनल के निर्माण की एक जटिल प्रक्रिया है जब लागू विद्युत क्षेत्र एक महत्वपूर्ण मूल्य तक पहुंच जाता है। डिस्चार्ज के परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार के प्लाज्मा बनते हैं। कोई भी डिस्चार्ज इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन के निर्माण से शुरू होता है। इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन आयनीकरण के कारण प्राथमिक इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि की प्रक्रिया है।

आइए इलेक्ट्रोड डी के बीच की दूरी के साथ एक फ्लैट स्लिट पर विचार करें, जिस पर वोल्टेज वी लगाया जाता है। अंतराल में विद्युत क्षेत्र की ताकत होगी। आप कल्पना कर सकते हैं कि कैथोड के पास एक इलेक्ट्रॉन का निर्माण हुआ। यह इलेक्ट्रॉन एनोड की ओर बढ़ना शुरू कर देता है, अपने रास्ते में गैस को आयनित करता है, अर्थात। द्वितीयक इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन, एक हिमस्खलन का निर्माण। हिमस्खलन समय और स्थान में विकसित होता है क्योंकि द्वितीयक इलेक्ट्रॉन भी एनोड की ओर बढ़ने लगते हैं।

चित्र 1. - इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन

आयनीकरण प्रक्रिया का वर्णन आयनीकरण गुणांक द्वारा नहीं, बल्कि टाउनसेन आयनीकरण गुणांक द्वारा करना सुविधाजनक है, जो प्रति इकाई लंबाई में उत्पादित इलेक्ट्रॉनों की संख्या को दर्शाता है।

जहां n e प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन घनत्व है, या

टाउनसेन आयनीकरण गुणांक निम्नानुसार आयनीकरण गुणांक से संबंधित है।

कहाँ? मैं एक इलेक्ट्रॉन के सापेक्ष आयनीकरण आवृत्ति है;

डी - इलेक्ट्रॉन बहाव की गति;

ई - इलेक्ट्रॉन गतिशीलता;

के आई () - आयनीकरण गुणांक।

इस बात को ध्यान में रखते हुए कि हिमस्खलन कमरे के तापमान पर चलना शुरू कर देता है और इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता दबाव के व्युत्क्रमानुपाती होती है, यह लिखना सुविधाजनक है, जैसे, जो परिमाण पर निर्भर करता है।

परिभाषा के अनुसार?, प्रत्येक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन अंतराल में सकारात्मक आयन उत्पन्न करता है। पुनर्संयोजन और ऑक्सीजन जैसे विद्युत ऋणात्मक अणुओं के जुड़ने से इलेक्ट्रॉन नष्ट हो सकते हैं। इस स्तर पर हम इन नुकसानों को नजरअंदाज कर देते हैं। अंतराल में उत्पन्न सभी सकारात्मक आयन कैथोड में चले जाते हैं और उस पर द्वितीयक इलेक्ट्रॉन बनाते हैं, जहां कैथोड सामग्री, सतह की स्थिति और गैस के प्रकार के आधार पर आयन-इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन गुणांक होता है। सामान्य मूल्य? विद्युत निर्वहन में 0.01-0.1। उसी अनुपात में? इसमें फोटॉनों और मेटास्टेबल परमाणुओं और अणुओं के कारण इलेक्ट्रॉनों का द्वितीयक उत्सर्जन शामिल है। अंतराल में धारा के आत्मनिर्भर होने के लिए, यह आवश्यक है कि ?·?1, क्योंकि हिमस्खलन में उत्पन्न आयनों को अगले हिमस्खलन के घटित होने के लिए कैथोड पर कम से कम एक इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करना होगा। अब डिस्चार्ज होने की स्थिति को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

आइए हम डिस्चार्ज की घटना के लिए विद्युत क्षेत्र के महत्वपूर्ण मान की गणना करें। भाव (1.3, 1.4) के आधार पर हम लिख सकते हैं

जहाँ p दबाव है।

पैरामीटर ए और बी तालिका 1.1 में दिए गए हैं।

(1.4) और (1.5) को मिलाकर हमें विद्युत क्षेत्र की गणना के लिए एक सूत्र प्राप्त होता है।

तालिका 1.1 - पैरामीटर ए और बी

प्राकृतिक लघुगणक का आधार.

परिणामस्वरूप, जब धातु इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत क्षेत्र का एक महत्वपूर्ण मूल्य लागू किया जाता है, तो एक संवाहक चैनल प्रकट होता है जिसके माध्यम से एक बड़ा प्रवाह गुजरता है, क्योंकि महत्वपूर्ण वोल्टेज काफी अधिक है और चैनल प्रतिरोध कम है। परिणामस्वरूप, गैस का तीव्र ताप होता है, जो कई प्लाज्मा-रासायनिक प्रक्रियाओं में अवांछनीय है।

इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज आयनीकरण स्ट्रीमर

चित्र 2 - स्ट्रीमर गठन का तंत्र

इस स्पार्क डिस्चार्ज को खत्म करने के लिए एक बैरियर डिस्चार्ज मैकेनिज्म विकसित किया गया है।

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प्रस्तुतिकरण, 01/13/2015 जोड़ा गया


गैस में आत्मनिर्भर डिस्चार्ज के मुख्य रूपों का अध्ययन, गैस के मुख्य गुणों का प्रभाव और डिस्चार्ज गैप की विद्युत शक्ति और विद्युत क्षेत्र पर ज्यामितीय विशेषताओं का अध्ययन। विद्युत ऊर्जा उद्योग में इन पैटर्न का उपयोग।

जिस सदी में हम रहते हैं उसे बिजली का समय कहा जा सकता है। कंप्यूटर, टेलीविजन, कार, उपग्रह, कृत्रिम प्रकाश उपकरणों का संचालन उन उदाहरणों का एक छोटा सा हिस्सा है जहां इसका उपयोग किया जाता है। मनुष्यों के लिए दिलचस्प और महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक विद्युत निर्वहन है। आइए बारीकी से देखें कि यह क्या है।

बिजली के अध्ययन का एक संक्षिप्त इतिहास

मनुष्य बिजली से कब परिचित हुआ? इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है, क्योंकि यह गलत तरीके से प्रस्तुत किया गया है, क्योंकि सबसे आश्चर्यजनक प्राकृतिक घटना बिजली है, जिसे प्राचीन काल से जाना जाता है।

विद्युत प्रक्रियाओं का सार्थक अध्ययन 18वीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध के अंत में ही शुरू हुआ। यहां बिजली के बारे में मानवीय विचारों में चार्ल्स कूलम्ब के गंभीर योगदान को ध्यान देने योग्य है, जिन्होंने आवेशित कणों की परस्पर क्रिया के बल का अध्ययन किया, जॉर्ज ओम, जिन्होंने गणितीय रूप से एक बंद सर्किट में करंट के मापदंडों का वर्णन किया, और बेंजामिन फ्रैंकलिन, जिन्होंने कई प्रयोग किए। उपर्युक्त बिजली की प्रकृति का अध्ययन। उनके अलावा, लुइगी गैलवानी (तंत्रिका आवेगों का अध्ययन, पहली "बैटरी" का आविष्कार) और माइकल फैराडे (इलेक्ट्रोलाइट्स में करंट का अध्ययन) जैसे वैज्ञानिकों ने विकास में प्रमुख भूमिका निभाई।

इन सभी वैज्ञानिकों की उपलब्धियों ने जटिल विद्युत प्रक्रियाओं के अध्ययन और समझ के लिए एक ठोस आधार तैयार किया है, जिनमें से एक विद्युत निर्वहन है।

डिस्चार्ज क्या है और इसके अस्तित्व के लिए कौन सी शर्तें आवश्यक हैं?

विद्युत धारा निर्वहन एक भौतिक प्रक्रिया है जो गैसीय वातावरण में अलग-अलग क्षमता वाले दो स्थानिक क्षेत्रों के बीच आवेशित कणों के प्रवाह की उपस्थिति की विशेषता है। आइए इस परिभाषा को देखें.

सबसे पहले, जब वे डिस्चार्ज के बारे में बात करते हैं, तो उनका मतलब हमेशा गैस से होता है। तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों में भी निर्वहन हो सकता है (ठोस संधारित्र का टूटना), लेकिन कम घने वातावरण में इस घटना का अध्ययन करने की प्रक्रिया पर विचार करना आसान है। इसके अलावा, यह गैसों में होने वाला स्त्राव है जो अक्सर देखा जाता है और मानव जीवन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

दूसरे, जैसा कि विद्युत निर्वहन की परिभाषा में कहा गया है, यह तभी होता है जब दो महत्वपूर्ण शर्तें पूरी होती हैं:

• जब कोई संभावित अंतर हो (विद्युत क्षेत्र की ताकत);
• आवेश वाहकों (मुक्त आयन और इलेक्ट्रॉन) की उपस्थिति।

संभावित अंतर आवेश की दिशात्मक गति सुनिश्चित करता है। यदि यह एक निश्चित सीमा मान से अधिक हो जाता है, तो गैर-आत्मनिर्भर निर्वहन आत्मनिर्भर या स्वतंत्र हो जाता है।

जहाँ तक निःशुल्क प्रभार वाहकों की बात है, वे हमेशा किसी भी गैस में मौजूद रहते हैं। उनकी सांद्रता, स्वाभाविक रूप से, कई बाहरी कारकों और गैस के गुणों पर निर्भर करती है, लेकिन उनकी उपस्थिति का तथ्य निर्विवाद है। यह तटस्थ परमाणुओं और अणुओं के आयनीकरण के ऐसे स्रोतों के अस्तित्व के कारण है, जैसे सूर्य से पराबैंगनी किरणें, ब्रह्मांडीय विकिरण और हमारे ग्रह का प्राकृतिक विकिरण।

संभावित अंतर और वाहक एकाग्रता के बीच का संबंध निर्वहन की प्रकृति को निर्धारित करता है।

विद्युत् डिस्चार्ज के प्रकार

हम इन प्रकारों की एक सूची प्रदान करते हैं, और फिर उनमें से प्रत्येक का अधिक विस्तार से वर्णन करते हैं। इसलिए, गैसीय मीडिया में सभी निर्वहन आमतौर पर निम्नलिखित में विभाजित होते हैं:

• सुलगना;
• चिंगारी;
• चाप;
• ताज।

शारीरिक रूप से, वे केवल शक्ति (वर्तमान घनत्व) और, परिणामस्वरूप, तापमान, साथ ही समय के साथ उनकी अभिव्यक्ति की प्रकृति में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। सभी मामलों में, हम एक सकारात्मक चार्ज (धनायन) को कैथोड (कम संभावित क्षेत्र) और एक नकारात्मक चार्ज (आयनों, इलेक्ट्रॉनों) को एनोड (उच्च संभावित क्षेत्र) में स्थानांतरित करने के बारे में बात कर रहे हैं।

चमक निर्वहन

इसके अस्तित्व के लिए कम गैस दबाव (वायुमंडलीय दबाव से सैकड़ों और हजारों गुना कम) बनाना आवश्यक है। कैथोड ट्यूबों में एक चमक निर्वहन देखा जाता है जो कुछ गैस से भरे होते हैं (उदाहरण के लिए, Ne, Ar, Kr और अन्य)। ट्यूब के इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लगाने से निम्नलिखित प्रक्रिया सक्रिय हो जाती है: गैस में मौजूद धनायन तेजी से चलना शुरू कर देते हैं, कैथोड तक पहुंचते हैं, वे उस पर प्रहार करते हैं, एक आवेग संचारित करते हैं और इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं। उत्तरार्द्ध, पर्याप्त गतिज ऊर्जा की उपस्थिति में, तटस्थ गैस अणुओं के आयनीकरण को जन्म दे सकता है। वर्णित प्रक्रिया केवल तभी आत्मनिर्भर होगी जब कैथोड पर बमबारी करने वाले धनायनों की पर्याप्त ऊर्जा और उनकी एक निश्चित मात्रा हो, जो इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर और ट्यूब में गैस के दबाव पर निर्भर करती है।

ग्लो डिस्चार्ज चमकता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन दो समानांतर प्रक्रियाओं के कारण होता है:

• ऊर्जा की रिहाई के साथ, इलेक्ट्रॉन-धनायन जोड़े का पुनर्संयोजन;
• तटस्थ गैस अणुओं (परमाणुओं) का उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में संक्रमण।

इस प्रकार के डिस्चार्ज की विशिष्ट विशेषताएं कम धाराएं (कई मिलीएम्प्स) और कम स्थिर-अवस्था वोल्टेज (100-400 वी) हैं, लेकिन थ्रेशोल्ड वोल्टेज कई हजार वोल्ट है, जो गैस के दबाव पर निर्भर करता है।

ग्लो डिस्चार्ज के उदाहरण फ्लोरोसेंट और नियॉन लैंप हैं। प्रकृति में, इस प्रकार में उत्तरी रोशनी (पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में आयन प्रवाह की गति) शामिल है।

चिंगारी निकलना

यह एक विशिष्ट प्रकार का डिस्चार्ज है, जो स्वयं में प्रकट होता है। इसके अस्तित्व के लिए न केवल उच्च गैस दबाव (1 एटीएम या अधिक) की उपस्थिति आवश्यक है, बल्कि भारी वोल्टेज भी आवश्यक है। वायु एक काफी अच्छा ढांकता हुआ (इन्सुलेटर) है। इसकी पारगम्यता 4 से 30 kV/cm तक होती है, जो नमी और ठोस कणों की उपस्थिति पर निर्भर करती है। ये आंकड़े दर्शाते हैं कि ब्रेकडाउन (चिंगारी) प्राप्त करने के लिए प्रति मीटर हवा में कम से कम 4,000,000 वोल्ट लगाना आवश्यक है!

प्रकृति में, क्यूम्यलस बादलों में ऐसी स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं, जब वायु द्रव्यमान, वायु संवहन और क्रिस्टलीकरण (संघनन) के बीच घर्षण की प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, आवेशों को इस तरह से पुनर्वितरित किया जाता है कि बादलों की निचली परतें नकारात्मक रूप से आवेशित हो जाती हैं, और ऊपरी परतें सकारात्मक रूप से चार्ज होती हैं। संभावित अंतर धीरे-धीरे जमा होता है, और जब इसका मूल्य हवा की इन्सुलेशन क्षमताओं (कई मिलियन वोल्ट प्रति मीटर) से अधिक होने लगता है, तो बिजली गिरती है - एक विद्युत निर्वहन जो एक सेकंड के एक अंश तक रहता है। इसमें वर्तमान ताकत 10-40 हजार एम्पीयर तक पहुंच जाती है, और चैनल में प्लाज्मा तापमान 20,000 K तक बढ़ जाता है।

बिजली की प्रक्रिया में निकलने वाली न्यूनतम ऊर्जा की गणना की जा सकती है यदि हम निम्नलिखित डेटा को ध्यान में रखते हैं: प्रक्रिया t=1*10 -6 s, I = 10,000 A, U = 10 9 V के दौरान विकसित होती है, फिर हमें मिलता है:

ई = आई*यू*टी = 10 मिलियन जे

परिणामी आंकड़ा 250 किलोग्राम डायनामाइट के विस्फोट के दौरान निकलने वाली ऊर्जा के बराबर है।

चिंगारी की तरह, यह तब उत्पन्न होती है जब गैस में पर्याप्त दबाव होता है। इसकी विशेषताएं लगभग पूरी तरह से स्पार्क के समान हैं, लेकिन इसमें अंतर भी हैं:

• सबसे पहले, धाराएँ दस हज़ार एम्पीयर तक पहुँचती हैं, लेकिन वोल्टेज कई सौ वोल्ट होता है, जो माध्यम की उच्च चालकता के कारण होता है;
• दूसरे, स्पार्क डिस्चार्ज के विपरीत, आर्क डिस्चार्ज समय के साथ स्थिर रहता है।

इस प्रकार के डिस्चार्ज में संक्रमण वोल्टेज में क्रमिक वृद्धि द्वारा किया जाता है। कैथोड से थर्मिओनिक उत्सर्जन के कारण डिस्चार्ज बना रहता है। इसका एक ज्वलंत उदाहरण वेल्डिंग आर्क है।

कोरोना डिस्चार्ज

कोलंबस द्वारा खोजी गई नई दुनिया की यात्रा करने वाले नाविकों द्वारा गैसों में इस प्रकार का विद्युत निर्वहन अक्सर देखा गया था। उन्होंने मस्तूलों के सिरों पर नीली चमक को "सेंट एल्मो की रोशनी" कहा।

कोरोना डिस्चार्ज उन वस्तुओं के आसपास होता है जिनमें बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र की ताकत होती है। ऐसी स्थितियाँ नुकीली वस्तुओं (जहाज के मस्तूल, नुकीली छत वाली इमारतें) के पास निर्मित होती हैं। जब किसी पिंड पर कुछ स्थैतिक आवेश होता है, तो उसके सिरों पर क्षेत्र की ताकत आसपास की हवा के आयनीकरण की ओर ले जाती है। परिणामी आयन क्षेत्र स्रोत की ओर अपना बहाव शुरू कर देते हैं। ये कमजोर धाराएं, चमक निर्वहन के मामले में समान प्रक्रियाओं का कारण बनती हैं, जिससे चमक की उपस्थिति होती है।

मानव स्वास्थ्य के लिए डिस्चार्ज का खतरा

कोरोना और ग्लो डिस्चार्ज मनुष्यों के लिए कोई विशेष खतरा पैदा नहीं करते हैं, क्योंकि उन्हें कम धाराओं (मिलिएम्प्स) की विशेषता होती है। ऊपर उल्लिखित अन्य दो डिस्चार्ज उनके सीधे संपर्क में आने पर घातक हैं।

यदि कोई व्यक्ति बिजली के आगमन को देखता है, तो उसे सभी बिजली के उपकरणों (मोबाइल फोन सहित) को बंद कर देना चाहिए, और खुद को ऐसी स्थिति में रखना चाहिए ताकि ऊंचाई के मामले में आसपास के क्षेत्र से अलग न दिखें।