апаратах низької напруги довжина дуги невелика. Падіння напруги на стовпі дуги мало в порівнянні з сумою падіння напруги у катода і анода. Такі дуги називаються короткими. Умови гасіння короткою дуги в значній мірі визначаються процесами, що відбуваються у електродів, і умовами їх охолодження.
У апаратах високої напруги падіння напруги на стовпі дуги значно більше околоелектродних, і останніми можна знехтувати. Умови існування таких дуг, званих довгими, визначаються процесами в стовпі дуги.
Фізичні особливості дугового розряду при високій щільності газової середовища
Явище проходження електричного струму через газ, зване газовим розрядом, може спостерігатися практично при будь-яких значеннях струму. На рис. 8.2 зображена вольтамперних характеристика послідовних стадій газового розряду в повітрі при атмосферних умовах.
При несамостійному розряді (зона Про - В) струм підтримується за рахунок зовнішніх іонізаторів (космічні промені, рентгенівські промені та ін); при самостійному розряді (зона В - Е) носії електрики виникають у газорозрядному каналі безпосередньо за рахунок іонізуючих факторів, властивих газорозрядних каналу.
Між точками Про - А залежність і =/(t) слідує закону ступеня трьох других.
У стадії В«НасиченняВ» (А - В) всі заряди, що містяться у проміжку, досягають електродів. Але так як ніякої додаткової іонізації тут не виникає, то значне збільшення напруги не веде до істотного зміни струму.
За точкою В напруга стає достатнім для виникнення ударної іонізації (під дією сил електричного поля), починається самостійна форма розряду.
Ділянка У - З відповідає стадії пробою, або В«таунсендовскойВ» стадії (по імені Таунсенда, який розробив математичну теорію цієї стадії). p> Найбільш характерні ознаки стадії пробою: ударна іонізація, незначні просторові заряди, лавиноподібний процес утворення електронів (і іонів). При великих відстанях між електродами і досить високої щільності газу таунсендовская стадія може перейти в так звану стримерного стадію пробою.
Коли потужність джерела стає досить великий, здатної викликати в ланцюзі струми порядку мА , стадія пробою переходить у стадію тліючого розряду (С - D ). Для тліючого розряду характерна ударна іонізація, але вже в умовах різко нерівномірного поля, коли основне падіння напруги припадає на шар у катода. Основний стовп розряду в даному випадку являє собою як би провідник струму, спад електронів у якому заповнюється за рахунок зіткнення найбільш В«швидкихВ» електронів з атомами газу. Для тліючого розряду також характерно сталість твори тиску газу на довжину околокатодного шару.
При досить великому струмі тліючий розряд переходить в дугового (перехідна стадія D - Е).
В
Рис. 8.2. Вольтамперная характеристика газового розряду
Дуговой розряд у газовому середовищі щодо високої щільності (при атмосферному і більше високому тиску) володіє наступними характерними рисами:
1) ясно окреслена межа між дуговим стовпом і навколишнім середовищем;
2) висока щільність струму в дуговому стовпі (десятки - сотні А/мм 2 );
3) висока температура газу всередині дугового стовпа, що досягає 5000 -10000 В° К і більш високих значень. У цих умовах переважає термічна іонізація газу (див. нижче). За нормальних умовах дугова стадія розряду (і термічна іонізація) в повітрі практично припиняються при температурах близько 3000 В° К;
4) висока щільність струму на катоді і мале падіння напруги у катода.
Одне час вважали, що характерною особливістю дуги є висока температура катода, проте тепер вже абсолютно ясно, що дугового розряд на металевих електродах може існувати практично і при холодному катоді. На рис. 2. 2 наведено зображення дугового стовпа між металевими контактами і показано розподіл напруги вздовж нього. Як можна бачити, падіння напруги на дузі складається з трьох доданків: катодного падіння напруги ; падіння напруги в дуговому стовпі і анодного падіння напруги.
Загальне напруження на дузі
За умови однорідності дугового стовпа останній член - напруга на дуговому стовпі - може бути представлений як добуток напруженості електричного поля Е на довжину каналу дуги.
Катодне падіння зосереджено на дуже невеликій ділянці дуги, що безпосередньо примикає до катода (близько 0,001 мм при нормальному атмосферному тиску). Воно становить величину порядку 10 -20 В, отже, середня напруженість електричного поля у катода досягає величини порядку 10 5 В/см і вище. За таких напруженостях вихід електронів з поверхні катода може здійснюватися в значній мірі за рахунок автоелектронної емісії. Якщо матеріал катода так...
