Definizione di scarica elettrica. Fulmine. Scarico a bagliore normale

L E C T I A

nella disciplina "Elettronica e fuoco automatico" per cadetti e studenti

specialità 030502.65 - "Esame forense"

sull'argomento numero 1."Dispositivi a semiconduttore, elettronici, ionici"

L'argomento della conferenza è "Dispositivi di indicazione e fotoelettrici".

Dispositivi indicatori

Scarica elettrica nei gas.

I dispositivi a scarica di gas (ionici) sono chiamati dispositivi di elettrovuoto con una scarica elettrica in un gas o vapore. Il gas in tali dispositivi è a pressione ridotta. Una scarica elettrica in un gas (nel vapore) è un insieme di fenomeni che accompagnano il passaggio di una corrente elettrica attraverso di esso. Con tale scarico, hanno luogo diversi processi.

Eccitazione degli atomi.

Sotto l'impatto di un elettrone, uno degli elettroni dell'atomo di gas si sposta su un'orbita più distante (a un livello di energia più elevato). Un tale stato eccitato dell'atomo dura 10 -7 - 10 -8 secondi, dopodiché l'elettrone ritorna nella sua orbita normale, emettendo l'energia ricevuta durante l'impatto sotto forma di radiazione. La radiazione è accompagnata dal bagliore di un gas se i raggi emessi appartengono alla parte visibile dello spettro elettromagnetico. Affinché un atomo possa essere eccitato, l'elettrone colpito deve avere una certa energia, la cosiddetta energia di eccitazione.

Ionizzazione.

La ionizzazione di atomi (o molecole) di un gas avviene quando l'energia dell'elettrone impattante è maggiore dell'energia di eccitazione. Come risultato della ionizzazione, un elettrone viene espulso da un atomo. Di conseguenza, ci saranno due elettroni liberi nello spazio e l'atomo stesso si trasformerà in uno ione positivo. Se questi due elettroni guadagnano energia sufficiente mentre si muovono nel campo in accelerazione, ciascuno di essi può ionizzare un nuovo atomo. Ci saranno quattro elettroni liberi e tre ioni. C'è un aumento simile a una valanga nel numero di elettroni e ioni liberi.

È possibile la ionizzazione graduale. Dall'impatto di un elettrone, l'atomo entra in uno stato eccitato e, non avendo il tempo di tornare allo stato normale, viene ionizzato dall'impatto di un altro elettrone. Viene chiamato un aumento del numero di particelle cariche in un gas dovuto alla ionizzazione (elettroni e ioni liberi). elettrificazione a gas.

Ri combinazione.

Insieme alla ionizzazione in un gas, avviene anche il processo inverso di neutralizzazione delle cariche di segno opposto. Gli ioni positivi e gli elettroni si muovono in modo caotico nel gas e, quando si avvicinano l'uno all'altro, possono combinarsi per formare un atomo neutro. Ciò è facilitato dalla reciproca attrazione di particelle di carica opposta. Viene chiamata la riduzione degli atomi neutri ri combinazione. Poiché l'energia viene spesa per la ionizzazione, uno ione positivo e un elettrone insieme hanno un'energia maggiore di quella di un atomo neutro. Pertanto, la ricombinazione è accompagnata dall'emissione di energia. Di solito, questo è osservato bagliore di gas.

Quando si verifica una scarica elettrica in un gas, prevale la ionizzazione, con una diminuzione della sua intensità, la ricombinazione. A intensità costante di una scarica elettrica in un gas, si osserva uno stato stazionario in cui il numero di elettroni liberi (e ioni positivi) derivanti per unità di tempo a causa della ionizzazione è in media uguale al numero di atomi neutri risultanti dalla ricombinazione. Con il cessare della scarica la ionizzazione scompare e, per ricombinazione, si ripristina lo stato neutro del gas.

La ricombinazione richiede un certo periodo di tempo, quindi la deionizzazione viene completata in 10 -5 - 10 -3 secondi. Pertanto, rispetto ai dispositivi elettronici, i dispositivi a scarica di gas sono molto più inerziali.

Tipi di scariche elettriche nei gas.

Distinguere tra scariche autosostenute e non autosostenute in un gas. L'autoscarica viene mantenuta sotto l'azione della sola tensione elettrica. Può esistere una scarica non autosostenuta a condizione che, oltre alla tensione, agiscano alcuni fattori aggiuntivi. Possono essere radiazioni luminose, radiazioni radioattive, emissione termoionica di un elettrodo caldo, ecc.

T è dipendente scarico silenzioso o silenzioso. Il bagliore del gas è solitamente impercettibile. Non è praticamente utilizzato nei dispositivi di scarico del gas.

Quelli indipendenti includono t scarico fluente.È caratterizzato da un bagliore di gas, che ricorda il bagliore del carbone fumante. La scarica viene mantenuta a causa dell'emissione di elettroni del catodo sotto l'impatto degli ioni. I dispositivi a scarica luminescente includono diodi zener (stabilizzatori di tensione a scarica di gas), lampade a luce di gas, tiratroni a scarica di luminescenza, lampade di segnalazione e decatron (contatori a scarica di gas).

scarica ad arco può essere sia dipendente che indipendente. La scarica ad arco si ottiene con una densità di corrente molto più elevata rispetto a una scarica a bagliore ed è accompagnata da un intenso bagliore del gas. I dispositivi a scarica ad arco non autosufficiente includono gastron e tiratroni a catodo caldo. I dispositivi per la scarica ad arco indipendente includono valvole al mercurio (eccitroni) e ignitroni con un catodo di mercurio liquido, nonché scaricatori di gas.

scarica di scintilleè simile a una scarica ad arco. È una scarica elettrica pulsata a breve termine. Viene utilizzato negli scaricatori che servono per circuiti a breve termine di determinati circuiti.

scarica ad alta frequenza può verificarsi in un gas sotto l'azione di un campo elettromagnetico alternato, anche in assenza di elettrodi conduttivi.

scarica a coronaè indipendente e viene utilizzato nei dispositivi a scarica di gas per la stabilizzazione della tensione. Si osserva nei casi in cui uno degli elettrodi ha un raggio molto piccolo.

In condizioni normali, la conducibilità degli isolanti è molto bassa. Tuttavia, in campi elettrici sufficientemente forti, si verifica la cosiddetta rottura dell'isolante o scarica elettrica. Nel punto di rottura, la conduttività dell'isolante aumenta bruscamente e dipende in modo complesso dall'intensità del campo, dalla corrente, dalle condizioni iniziali e da molti altri fattori.

Cominciamo con una scarica elettrica in un gas. La conduttività di un gas in campi deboli è associata alla presenza in esso di un piccolo numero di ioni ed elettroni, che si formano a causa della ionizzazione delle molecole di gas sotto l'azione dei raggi cosmici, della radioattività della crosta terrestre e, per in misura minore, la radiazione ultravioletta del sole. Ad esempio, sulla superficie del mare, i raggi cosmici creano circa due coppie di ioni per centimetro cubo al secondo. Sulla superficie terrestre, a questo si aggiungono circa altre cinque coppie di ioni a causa della radioattività della crosta terrestre. La concentrazione media di tutti gli ioni vicino alla superficie terrestre è di circa 100 s. Per così tanto tempo, tutti gli elettroni che si sono formati a seguito della ionizzazione hanno il tempo di formare ioni negativi, "aderendo" alle molecole di ossigeno. In condizioni normali, un elettrone ha bisogno di circa 105 collisioni per questo, cioè solo s. Ciò dimostra che, in condizioni normali, la conducibilità di un gas in campi deboli è ionica. Il quadro reale è ancora più complicato: la conducibilità è determinata principalmente da cluster di ioni contenenti dozzine di atomi di gas. La conducibilità dell'aria vicino alla superficie della Terra mentre la conducibilità dei migliori isolanti solidi (ambra, quarzo fuso) è e per il vetro ordinario -

In un liquido, a differenza di un gas, la concentrazione di ioni è determinata non dalla ionizzazione esterna, ma dalla dissociazione delle molecole dovuta alla loro interazione tra loro. Questo liquido è chiamato elettrolita. La dissociazione è particolarmente facilitata se il liquido è una soluzione, per cui quest'ultima ha generalmente una conducibilità significativa. Quindi, ad esempio, la conducibilità di una soluzione di solfato di rame, che è ancora sette ordini di grandezza inferiore a quella del rame. Ciò è spiegato dal fatto che i portatori di carica nell'elettrolita (così come nel gas) sono ioni pesanti e la viscosità del liquido è molto più alta della viscosità del gas di elettroni nel metallo.

Torniamo ora al gas e consideriamo il suo comportamento in campi più forti. Sulla fig. II 1.5 mostra schematicamente la caratteristica corrente-tensione del gas gap. Regione di campo debole

Riso. 111,5. Volt-ampere caratteristico del gas gap.

Riso. 111.6. Curve di Paschen per alcuni gas.

corrisponde alla sezione a, dove vale la legge di Ohm. Segue il cosiddetto plateau (l'area in cui la corrente è praticamente indipendente dall'intensità del campo. In quest'area, il campo elettrico estrae tutti gli elettroni nati (nel gap). In campi ancora più forti (sezione c) , la corrente aumenta bruscamente e si verifica una rottura associata ai processi di ionizzazione secondaria, che porta a una "moltiplicazione" a valanga di elettroni.Molto semplicemente, questo processo può essere rappresentato come segue.Un elettrone espulso da un atomo durante la ionizzazione è accelerata da un campo esterno a un'energia tale (~ 10 eV) da poter ionizzare essa stessa altri atomi.

La valanga di elettroni di per sé porta solo ad un aumento della corrente di conduzione nel gas gap (sezione c, vedi Fig. III.5). Per il verificarsi di una scarica elettrica o, più precisamente, autosufficiente, è necessaria anche la cosiddetta retroazione tra gli elettrodi del gas gap. È necessario che la valanga di elettroni che si muove verso l'anodo provochi in qualche modo nuove valanghe dal catodo. Uno dei possibili meccanismi di tale retroazione è l'effetto fotoelettrico del catodo sotto l'azione dei fotoni emessi dal gas eccitato o dagli atomi dell'anodo.

Le condizioni di accensione della scarica sono caratterizzate dalla cosiddetta curva di Paschen (Fig. III.6), che mette in relazione tre grandezze principali: la tensione ai capi del gap di scarica V, la lunghezza del gap e la pressione del gas. risulta che l'accensione della scarica dipende solo dal prodotto dove è la lunghezza del cammino libero di un elettrone. Caratterizza il tasso di sviluppo della valanga di elettroni.

La dipendenza della tensione di accensione della scarica su ha un minimo caratteristico. La forma della curva di Paschen può essere facilmente spiegata qualitativamente considerando il caso di pressione costante. Lo sviluppo di una valanga è determinato dall'intensità del campo, quindi la tensione di accensione aumenta approssimativamente in proporzione alla lunghezza del gap. A valori molto piccoli, tuttavia, anche lo sviluppo di una valanga di elettroni è difficile, poiché gli elettroni non hanno il tempo di scontrarsi con gli atomi di gas nello spazio vuoto. È interessante notare che a tensioni inferiori a

minimo, il divario non si rompe in nessuna condizione.

A pressioni molto elevate (più precisamente, valori elevati), il meccanismo di sviluppo della scarica cambia in modo significativo.A causa del breve percorso libero medio dell'elettrone, la scarica viene prima localizzata in una piccola regione del gap vicino al sito di ionizzazione primaria.In queste condizioni , la scarica si propaga principalmente a causa della fotoionizzazione delle regioni di gas vicine.Tale processo è chiamato streamer.Un esempio di scarica di streamer è il fulmine.

Una delle applicazioni interessanti della scarica a streamer è la cosiddetta camera a streamer, in cui si possono osservare tracce di particelle cariche. Un forte campo elettrico viene creato nella camera per un tempo molto breve. Una particella carica che è passata attraverso la camera appena prima dell'accensione del campo produce ionizzazione del gas lungo la sua traiettoria, e gli elettroni liberi formatisi in questo caso fungono da centri per la comparsa delle stelle filanti. Il bagliore delle stelle filanti permette di osservare le tracce delle particelle cariche (Fig. III.7). A causa della natura impulsiva del campo, le dimensioni degli streamer rimangono ridotte, il che garantisce un elevato grado di localizzazione della traiettoria (dell'ordine di 0,3 mm).

A pressioni molto basse, cioè in alto vuoto, la rottura del gap è determinata quasi esclusivamente da processi agli elettrodi. La scarica si sviluppa a causa dell'emissione di elettroni autoelettronici ("freddi") dai micropunti sulla superficie del catodo, quando l'intensità del campo su di essi sale a V/cm. La corrente di emissione, la cui densità raggiunge valori enormi sulla punta, riscalda ed evapora la punta, e un forte campo elettrico si strappa e trascina piccoli pezzi del catodo verso l'anodo. Questi ultimi provocano l'evaporazione del materiale anodico, e gli ioni risultanti bombardano, a loro volta, il catodo, riscaldandolo e provocando emissione termoionica.

Riso. 111,7. Fotografie di tracce di elettroni e positroni in una camera stringer (a) e una scarica (b) in un liquido (esano). Intensità del campo elettrico 700 kV/cm, tempo di esposizione 5ns.

Il meccanismo descritto di sviluppo di una scarica in alto vuoto consente di comprendere l'effetto di "allenamento" del vuoto, che è importante in termini pratici. L'addestramento viene effettuato mediante ripetute rotture del gap a bassa potenza di scarica e porta alla fusione delle punte sul catodo.

È anche del tutto naturale che la resistenza elettrica del traferro aumenti significativamente in corrispondenza di una brevissima durata dell'alta tensione o della sua alta frequenza. Quindi, ad esempio, at con il vuoto resiste al campo intorno, mentre at con questo valore scende a e oltre non dipende da .

Il fenomeno dell'elettricità statica si osserva solitamente nei dielettrici. Se il legame chimico nel dielettrico è ionico, a causa dell'imperfezione della struttura della sostanza, il numero di ioni positivi e negativi per unità di volume della sostanza non è lo stesso. Ciò significa che quasi tutti i corpi dielettrici con un legame ionico hanno inizialmente una carica elettrica, attorno alla quale c'è un campo elettrostatico.

In condizioni reali, questa carica è solitamente compensata da cariche provenienti dall'ambiente, che si depositano sulla superficie del dielettrico. Di conseguenza, non esiste alcun campo elettrostatico attorno a un tale corpo.

Se il legame chimico nel dielettrico è covalente, allora il dielettrico può avere un momento di dipolo elettrico diverso da zero e, di conseguenza, crea un campo elettrostatico attorno a sé. In condizioni reali, le cariche di compensazione vengono depositate dall'ambiente sulla superficie di tale dielettrico, in modo che il campo elettrico attorno a tale corpo diventi zero.

L'interazione meccanica dei corpi può portare alla rimozione delle cariche di compensazione dalle superfici corrispondenti e alla comparsa di un campo elettrico nello spazio circostante, che può interferire con gli ingressi dei dispositivi elettrici. Questo campo elettrico può in alcuni casi portare a una rottura del dielettrico (ad esempio aria).

Le scariche associate a questa rottura formano impulsi elettromagnetici nello spazio, che trasmettono anche interferenze.

La resistenza interna totale della sorgente va da 1 a 30 kOhm.

L'induttanza totale del percorso di scarica è 0,3 - 1,5 μH.

La capacità varia da 100 a 300 pF.

Tensione massima fino a 15 kV.

La massima corrente di impulso di scarica è fino a 30 A.

Velocità di variazione della corrente da 2 a 35 A/ns.

Una forma approssimativa di un impulso di corrente durante una scarica di elettricità:

Forma approssimativa dell'impulso di corrente Caratteristica spettrale:

quando si scarica elettricità:

Classificazione delle fonti di interferenza

Distinguere fonti funzionali e non funzionali.

Le sorgenti funzionali sono trasmettitori radiotelevisivi che propagano onde elettromagnetiche nell'ambiente per trasmettere informazioni. Rientrano in questo gruppo tutti i dispositivi che emettono onde elettromagnetiche non a scopo di comunicazione, ma per lo svolgimento della loro funzione tecnica, ad esempio un generatore ad alta frequenza per uso industriale o medicale, dispositivi di radiocomando a microonde.

Le fonti non funzionali includono dispositivi di accensione per autoveicoli, lampade fluorescenti, apparecchiature di saldatura, relè e bobine di protezione, raddrizzatori, interruttori di contatto e di prossimità, cavi e componenti elettrici, citofoni, scariche atmosferiche, scariche a corona nelle linee, processi di commutazione, scariche di elettricità statica , correnti e tensioni in rapida evoluzione nei laboratori ad alta tensione.

Esistono anche fonti di interferenza a banda larga ea banda stretta.

La banda larga è un'interferenza con un ampio spettro di frequenze e la banda stretta è stretta.

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scarica elettrica

Una scarica elettrica è un complesso processo di formazione di un canale conduttivo quando il campo elettrico applicato raggiunge un valore critico. Come risultato della scarica, si formano vari tipi di plasma. Qualsiasi scarica inizia con la formazione di una valanga di elettroni. Una valanga di elettroni è un processo di aumento del numero di elettroni primari dovuto alla ionizzazione.

Considera una fessura piatta con una distanza tra gli elettrodi d, a cui viene applicata la tensione V. L'intensità del campo elettrico nello spazio sarà. Si può immaginare che un elettrone si sia formato vicino al catodo. Questo elettrone inizia a muoversi verso l'anodo, ionizzando il gas sulla sua strada, cioè producendo elettroni secondari, formando una valanga. La valanga si sviluppa nel tempo e nello spazio perché anche gli elettroni secondari iniziano a muoversi verso l'anodo.

Figura 1. - Valanga di elettroni

Il processo di ionizzazione è opportunamente descritto non dal coefficiente di ionizzazione, ma dal coefficiente di ionizzazione di Townsen?, che mostra il numero di elettroni prodotti per unità di lunghezza

dove n e è la densità elettronica iniziale, o

Il coefficiente di ionizzazione di Townsen è correlato al coefficiente di ionizzazione come segue.

Dove? i - frequenza di ionizzazione rispetto a un elettrone;

D è la velocità di deriva dell'elettrone;

E - mobilità elettronica;

K i () - coefficiente di ionizzazione.

Tenendo conto che la valanga inizia a muoversi a temperatura ambiente e la mobilità degli elettroni è inversamente proporzionale alla pressione, è conveniente scrivere α as, che dipende dal valore.

Secondo la definizione?, ogni elettrone primario genera ioni positivi nel gap. Gli elettroni possono essere persi attraverso la ricombinazione e l'attaccamento a molecole elettronegative come l'ossigeno. In questa fase, trascuriamo queste perdite. Tutti gli ioni positivi nati nell'intercapedine si muovono verso il catodo e creano su di esso elettroni secondari, dov'è il coefficiente di emissione ione-elettrone, che dipende dal materiale del catodo, dalle condizioni della superficie, dal tipo di gas. Valori tipici? nelle scariche elettriche 0,01-0,1. Nello stesso rapporto? include l'emissione secondaria di elettroni dovuta a fotoni e atomi e molecole metastabili. Affinché la corrente di gap sia autosufficiente, è necessario che Ora la condizione di scarica può essere scritta come

Calcoliamo il valore critico del campo elettrico perché avvenga la scarica. Sulla base delle espressioni (1.3, 1.4), possiamo scrivere

dove p è la pressione.

I parametri A e B sono riportati nella Tabella 1.1.

Combinando (1.4) e (1.5) si ottiene una formula per il calcolo del campo elettrico.

Tabella 1.1 - Parametri A e B

La base del logaritmo naturale.

Di conseguenza, quando viene applicato un valore critico del campo elettrico tra gli elettrodi metallici, appare un canale conduttivo, attraverso il quale passa una grande corrente, perché la tensione critica è sufficientemente alta e la resistenza del canale è bassa. Di conseguenza, si verifica un forte riscaldamento del gas, che è indesiderabile in molti processi plasmachimici.

streamer di ionizzazione a scarica elettrica

Figura 2 - Meccanismo di formazione dello streamer

Per eliminare questa scarica di scintille, è stato sviluppato un meccanismo di scarica a barriera.

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L'era in cui viviamo può essere definita l'era dell'elettricità. Il funzionamento di computer, televisori, automobili, satelliti, dispositivi di illuminazione artificiale: questa è solo una piccola parte degli esempi in cui viene utilizzato. Uno dei processi interessanti e importanti per una persona è una scarica elettrica. Diamo un'occhiata più da vicino a cosa si tratta.

Una breve storia dello studio dell'elettricità

Quando l'uomo ha conosciuto l'elettricità? È difficile rispondere a questa domanda, perché è stata posta in modo errato, perché il fenomeno naturale più eclatante è il fulmine, noto da tempo immemorabile.

Uno studio significativo dei processi elettrici iniziò solo alla fine della prima metà del XVIII secolo. Qui va notato un serio contributo alle idee dell'uomo sull'elettricità di Charles Coulomb, che studiò la forza di interazione delle particelle cariche, George Ohm, che descrisse matematicamente i parametri della corrente in un circuito chiuso, e Benjamin Franklin, che condusse molti esperimenti studiando la natura del suddetto fulmine. Oltre a loro, scienziati come Luigi Galvani (lo studio degli impulsi nervosi, l'invenzione della prima "batteria") e Michael Faraday (lo studio della corrente negli elettroliti) hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo.

I risultati di tutti questi scienziati hanno creato una solida base per lo studio e la comprensione di complessi processi elettrici, uno dei quali è una scarica elettrica.

Cos'è uno scarico e quali condizioni sono necessarie per la sua esistenza?

La scarica di corrente elettrica è un processo fisico, caratterizzato dalla presenza di un flusso di particelle cariche tra due regioni spaziali a diverso potenziale in un mezzo gassoso. Analizziamo questa definizione.

Innanzitutto, quando le persone parlano di scarico, intendono sempre gas. Possono verificarsi anche scariche in liquidi e solidi (rottura di un condensatore solido), ma il processo di studio di questo fenomeno è più facile da considerare in un mezzo meno denso. Inoltre, sono gli scarichi nei gas che vengono spesso osservati e sono di grande importanza per la vita umana.

In secondo luogo, come affermato nella definizione di scarica elettrica, si verifica solo quando sono soddisfatte due condizioni importanti:

• quando c'è una differenza di potenziale (intensità del campo elettrico);
• la presenza di portatori di carica (ioni ed elettroni liberi).

La differenza di potenziale garantisce il movimento diretto della carica. Se supera un certo valore di soglia, la scarica non autosufficiente diventa autosufficiente o autosufficiente.

Per quanto riguarda i vettori gratuiti, sono sempre presenti in qualsiasi gas. La loro concentrazione, ovviamente, dipende da una serie di fattori esterni e dalle proprietà del gas stesso, ma il fatto stesso della loro presenza è indiscutibile. Ciò è dovuto all'esistenza di tali fonti di ionizzazione di atomi e molecole neutri come i raggi ultravioletti del Sole, la radiazione cosmica e la radiazione naturale del nostro pianeta.

La relazione tra la differenza di potenziale e la concentrazione del vettore determina la natura della scarica.

Tipi di scariche elettriche

Ecco un elenco di questi tipi, quindi caratterizzeremo ciascuno di essi in modo più dettagliato. Pertanto, tutti gli scarichi nei mezzi gassosi sono generalmente suddivisi in quanto segue:

• fumante;
• scintilla;
• arco;
• corona.

Fisicamente, differiscono l'uno dall'altro solo per la potenza (densità di corrente) e, di conseguenza, per la temperatura, nonché per la natura della loro manifestazione nel tempo. In tutti i casi si tratta del trasferimento di una carica positiva (cationi) al catodo (regione a basso potenziale) e di una carica negativa (anioni, elettroni) all'anodo (zona ad alto potenziale).

scarica luminescente

Per la sua esistenza è necessario creare basse pressioni di gas (centinaia e migliaia di volte inferiori alla pressione atmosferica). Si osserva una scarica luminescente nei tubi catodici riempiti con un qualche tipo di gas (ad esempio Ne, Ar, Kr e altri). L'applicazione di tensione agli elettrodi del tubo porta all'attivazione del seguente processo: i cationi presenti nel gas iniziano a muoversi rapidamente, raggiungono il catodo, lo colpiscono, trasferendo quantità di moto e abbattendo gli elettroni. Quest'ultimo, in presenza di energia cinetica sufficiente, può portare alla ionizzazione di molecole di gas neutro. Il processo descritto sarà autosufficiente solo nel caso di energia sufficiente dei cationi che bombardano il catodo e di una certa quantità di essi, che dipende dalla differenza di potenziale agli elettrodi e dalla pressione del gas nel tubo.

La scarica a bagliore si illumina. L'emissione di onde elettromagnetiche è dovuta a due processi paralleli:

• ricombinazione di coppie elettrone-catione, accompagnata da rilascio di energia;
• la transizione di molecole neutre (atomi) di un gas da uno stato eccitato allo stato fondamentale.

Caratteristiche tipiche di questo tipo di scarica sono piccole correnti (pochi milliampere) e piccole tensioni stazionarie (100-400 V), ma la tensione di soglia è di diverse migliaia di volt, che dipende dalla pressione del gas.

Esempi di scariche luminose sono le lampade fluorescenti e al neon. In natura, l'aurora boreale (il movimento dei flussi di ioni nel campo magnetico terrestre) può essere attribuita a questo tipo.

scarica di scintille

Questo è un tipo tipico di scarica, che si manifesta in Per la sua esistenza, sono necessarie non solo la presenza di elevate pressioni di gas (1 atm o più), ma anche enormi tensioni. L'aria è un buon dielettrico (isolante). La sua permeabilità varia da 4 a 30 kV/cm, a seconda della presenza di umidità e particelle solide al suo interno. Queste cifre indicano che per ottenere un guasto (scintilla) è necessario applicare un minimo di 4.000.000 di volt a ogni metro d'aria!

In natura, tali condizioni si verificano nei cumuli, quando, a seguito dell'attrito tra le masse d'aria, la convezione dell'aria e la cristallizzazione (condensazione), le cariche vengono ridistribuite in modo tale che gli strati inferiori delle nuvole si carichino negativamente e quelli superiori strati sono caricati positivamente. La differenza di potenziale si accumula gradualmente, quando il suo valore inizia a superare le capacità isolanti dell'aria (diversi milioni di volt per metro), si verifica un fulmine, una scarica elettrica che dura una frazione di secondo. La forza attuale in esso raggiunge 10-40 mila ampere e la temperatura del plasma nel canale sale a 20.000 K.

L'energia minima che viene rilasciata durante il processo del fulmine può essere calcolata tenendo conto dei seguenti dati: il processo si sviluppa durante t=1*10 -6 s, I = 10.000 A, U = 10 9 V, quindi si ottiene:

E = I*U*t = 10 milioni di J

La cifra risultante è equivalente all'energia rilasciata nell'esplosione di 250 kg di dinamite.

Oltre alla scintilla, si verifica quando c'è una pressione sufficiente nel gas. Le sue caratteristiche sono quasi del tutto simili alla scintilla, ma ci sono delle differenze:

• in primo luogo, le correnti raggiungono i diecimila ampere, ma la tensione in questo caso è di diverse centinaia di volt, che è associata all'elevata conduttività del mezzo;
• in secondo luogo, la scarica dell'arco esiste stabilmente nel tempo, in contrasto con la scarica della scintilla.

Il passaggio a questo tipo di scarica avviene mediante un graduale aumento della tensione. La scarica viene mantenuta grazie all'emissione termoionica dal catodo. Un primo esempio di ciò è l'arco di saldatura.

scarica a corona

Questo tipo di scarica elettrica nei gas veniva spesso osservato dai marinai che viaggiavano nel Nuovo Mondo scoperto da Colombo. Hanno chiamato il bagliore bluastro alle estremità degli alberi "i fuochi di Sant'Elmo".

Una scarica corona si verifica attorno a oggetti che hanno un campo elettrico molto forte. Tali condizioni si creano vicino a oggetti appuntiti (alberi di navi, edifici con tetti a due spioventi). Quando un corpo ha una carica statica, l'intensità del campo alle sue estremità porta alla ionizzazione dell'aria circostante. Gli ioni risultanti iniziano la loro deriva verso la sorgente del campo. Queste correnti deboli, che provocano processi simili a quelli di una scarica a bagliore, portano alla comparsa di un bagliore.

Pericolo di scarichi per la salute umana

Le scariche corona e bagliore non rappresentano un pericolo particolare per l'uomo, poiché sono caratterizzate da basse correnti (milliampere). Le altre due delle suddette scariche sono mortali in caso di contatto diretto con esse.

Se una persona osserva l'avvicinarsi di un fulmine, allora deve spegnere tutti gli apparecchi elettrici (compresi i telefoni cellulari) e anche posizionarsi in modo tale da non risaltare in altezza dall'area circostante.