Ток в газах и контактные явления

    Закон Ома для полной  цепи. 

2. Несамостоятельный газовый разряд.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольт-амперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности ), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса.

Характерные примеры  элементов, обладающих существенно  нелинейной ВАХ: диод, динистор, стабилитрон.

Для трехполюсных элементов (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента.

Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства реальная зависимость напряжения от времени может пробегать по траекториям, весьма далеким от «идеальной» ВАХ. Чаще всего это связано с емкостью или другими инертными свойствами элемента.

3. Самостоятельный газовый разряд.

Закон Пашена устанавливает, что наименьшее напряжение зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами есть величина постоянная (характерная для данного газа) при одинаковых значениях произведения pd, где р — давление газа, d — расстояние между электродами.

Сформулирован немецким физиком Ф. Пашеном (F. Paschen) в 1889. П. з.— частный случай закона подобия газовых разрядов: явления в разряде протекают одинаково, если при увеличении или уменьшении давления газа во столько же раз уменьшить или, соответственно, увеличить размеры разрядного промежутка, сохраняя его форму геометрически подобной исходной. П. з. справедлив с тем большей точностью, чем меньше р и d. 
 
 

4. Тлеющий разряд.

Тлеющий разряд, один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Происходит при низкой температуре катода, отличается сравнительно малой плотностью тока на катоде и большим (порядка сотен вольт) катодным падением U потенциала. Т. р. может возникать при давлениях р газа вплоть до атмосферного, однако подавляющее большинство исследований Т. р. проведено при р от сотых долей до нескольких мм. рт. ст. Электроны из катода Т. р. испускаются главным образом под действием ударов положит, ионов и быстрых атомов (и частично — за счёт фотоэффекта и энергии метастабильных атомов). Для внешнего вида Т. р. в длинной цилиндрической трубке при давлениях порядка десятых долей мм. рт. ст. и выше характерно наличие ряда областей, визуально сильно отличающихся одна от другой (рис. 1). Происхождение этих областей объясняется особенностями элементарных процессов ионизации и возбуждения атомов и молекул. Важнейшей из них, определяющей само существование Т. р. при указанных условиях, является катодное тёмное пространство, в котором в результате ударной ионизации электронами образуются положительные ионы, обеспечивающие эмиссию электронов из катода. Напряжение между электродами Т. р. (напряжение горения) зависит в основном от двух параметров: произведения р на расстояние l между электродами (р× l) и плотности тока на катоде j. Общая классификация различных форм Т. р. была установлена в исследованиях советского учёного Б. Н. Клярфельда и его учеников. Она распространяется на случай сверхмалых значений p l и j, когда в пространстве между электродами отсутствует пространственный заряд и поле практически однородно.

В таком, по терминологии Клярфельда, простейшем Т. р. отсутствуют упомянутые выше отдельные области и газ ионизуется электронами во всём межэлектродном промежутке. При увеличении p l и j возможно существование двух форм Т. р. — нормального и плотного. В первом из них электроны эмиттирует только часть поверхности катода. При этом j и U остаются постоянными, а с ростом тока эмиссия происходит со всё большей площади катода. Плотный Т. р. наблюдается при больших j. Для него характерно резкое возрастание напряжения горения с ростом тока.

Особой формой Т. р. является разряд с полым катодом (катод имеет форму полого цилиндра или двух параллельных пластин). В таком Т. р. электроны, многократно колеблющиеся между стенками катода, интенсивно ионизуют газ. Т. р. с полым катодом отличается от обычного Т. р. значительно большими плотностью тока и яркостью свечения. Свойства и характеристики Т. р. используются в технике. 

5. Самостоятельный разряд.

Коро́нный разря́д − это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка.

Возникает при  сравнительно высоких давлениях (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрическом поле. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Когда напряжённость поля достигает предельного значения для воздуха (около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название).

На линиях электропередачи возникновение коронного разряда нежелательно, так как вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью уменьшения относительной кривизны электродов применяются многопроводные линии (3, 5 или более определённым образом расположенных проводов).

В естественных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах — т. н. огни святого Эльма. 

Кистевой  разряд, форма электрического разряда в газах. Возникает в случаях, когда одним из электродов служит тонкое остриё, формирующее сильно неоднородное электрическое поле. По характеру элементарных процессов К. р. близок искровому разряду и переходит в него при повышении напряжения между электродами. В отличие от искрового разряда, при К. р. пучок искр (кисть), расходящийся от острия, не достигает второго электрода. Эта и ряд других особенностей К. р. позволяют рассматривать его как коронный разряд с резко выраженными прерывистыми явлениями. При понижении напряжения К. р. переходит в обычный коронный разряд.

 
Искрово́й разря́д (искра электрическая) — нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние «пробиваемое» искрой в воздухе зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Дуговой разряд, один из типов стационарного электрического разряда в газах. Впервые наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 В. В. Петровым и независимо в 1808—09 Г. Дэви. Светящийся токовый канал этого разряда был дугообразно изогнут, что и обусловило название Д. р. 

 Формированию  Д. р. предшествует короткий  нестационарный процесс в пространстве  между электродами — разрядном  промежутке. Длительность этого  процесса (время установления Д. р.) обычно ~ 10^-6—10^-4 сек в зависимости от давления и рода газа, длины разрядного промежутка, состояния поверхностей электродов и т.д. Д. р. получают, ионизуя газ в разрядном промежутке (например, с помощью вспомогательного, так называемого поджигающего электрода). В др. случаях для получения Д. р. разогревают один или оба электрода до высокой температуры либо раздвигают сомкнутые на короткое время электроды. Д. р. может также возникнуть в результате пробоя электрического разрядного промежутка при кратковременном резком повышении напряжения между электродами. Если пробой происходит при давлении газа, близком к атмосферному, то нестационарным процессом, предшествующим Д. р., является искровой разряд.

Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — в физике и химии полностью или частично ионизированный газ, который может быть как квазинейтральным, так и неквазинейтральным. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

Слово «ионизированный» означает, что от электронных оболочек значительной части атомов или молекул отделён по крайней мере один электрон. Слово «квазинейтральный» означает, что, несмотря на наличие свободных зарядов (электронов и ионов), суммарный электрический заряд плазмы приблизительно равен нулю. Присутствие свободных электрических зарядов делает плазму проводящей средой, что обуславливает её заметно большее (по сравнению с другими агрегатными состояниями вещества) взаимодействие с магнитным и электрическим полями. Четвёртое состояние вещества было открыто У. Круксом в 1879 году и названо «плазмой» И. Ленгмюром в 1928 году, возможно из-за ассоциации с плазмой крови.  
 
 
 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

Электричество С.Г. Калашников Москва 1977г.

Курс физики, под ред. Н. Д. Папалекси, т. 2, М. —  Л., 1948

Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей.-Томск: Изд-во ТГУ, 1975, 254 с.

Капцов Н. А., Электрические явления в газах  и вакууме, 2 изд., М. — Л., 1950

Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с.