Что такое электрический разряд

Электрический разряд: понятие, виды, энергия и единицы измерения

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.

Вам будет интересно: Значение слова «вразумить»: это что значит?

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 физики электричества сыграли такие ученые, как Луиджи Гальвани (изучение нервных импульсов, изобретение первой «батарейки») и Майкл Фарадей (исследование тока в электролитах).

Вам будет интересно: Вузы Кургана: топ лучших, бюджетные места, специальности

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.

Вам будет интересно: Долгосрочные активы – это что такое? Определение, особенности учета

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

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:

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:

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 атмосферного электрического разряда, который проявляется в виде молнии. 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!

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 = 109 В, тогда получим:

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

Дуговой разряд

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

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.

Источник

Электрический разряд

Электрический разряд — процесс протекания электрического тока связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно его нормального состояния.

Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных свободных носителей заряда. Электрические разряды можно разделить на:

Переход от несамостоятельного разряда к самостоятельному называется электрическим пробоем.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Электрический разряд» в других словарях:

электрический разряд — в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

электрический разряд — (напр. в электрофильтре) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN electrical discharge … Справочник технического переводчика

электрический разряд — elektros išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electrical discharge vok. elektrische Entladung, f rus. электрический разряд, m pranc. décharge électrique, f … Automatikos terminų žodynas

электрический разряд — elektros išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektros srovės tekėjimas jonizuotose dujose. atitikmenys: angl. electric discharge rus. электрический разряд … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

электрический разряд — elektros išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric discharge vok. elektrische Entladung, f rus. электрический разряд, m pranc. décharge électrique, f … Fizikos terminų žodynas

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ — (газовый разряд) прохождение электрического тока через газ под действием электрического поля. Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создает в них носители заряда свободные электроны и ионы и обусловливает их… … Большой Энциклопедический словарь

электрический разряд в газе — электрический разряд в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ — (3) … Большая политехническая энциклопедия

электрический разряд в газе — газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе или парах при прохождении через них электрического тока. [ГОСТ 13820 77] Тематики электровакуумные приборы Синонимы газовый разряд … Справочник технического переводчика

электрический разряд высокой энергии — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN high energy electrical discharge … Справочник технического переводчика

Источник

Разряд электрический*

Разность потенциалов, в вольтах

Электрическая искра имеет цветовой оттенок в зависимости от природы тел, между которыми она образуется. Так, она окрашена в зеленый цвет, когда появляется между медными или серебряными телами; она имеет красноватый оттенок, когда получается между железными телами. Спектры искр состоят из светлых линий, причем часть этих линий соответствует спектрам тех металлов, из которых приготовлены тела, разряжающиеся через эти искры; другая часть линий принадлежит спектрам газов, в которых образуются искры. Чем сильнее искра, тем ярче получаются металлические спектральные линии. Р. при помощи кисти получается обыкновенно в том случае, когда изолированное проводящее тело, находящееся в газе, сильно наэлектризовано и вблизи его нет другого тела на таком расстоянии, чтобы могла образоваться искра. Кисть появляется на более выдающихся частях поверхности тела. На конце острия особенно легко получается кисть. В воздухе кисть имеет фиолетовый оттенок и состоит из большего числа разветвлений в виде весьма тонких веточек. Все эти веточки как бы исходят из одного корешка, более яркого по свету и расположенного на положительно наэлектризованном теле (фиг. 2). Другое тело, находящееся поблизости к первому и наэлектризованное отрицательно, покрывается на стороне, обращенной к кисти, светящимся слоем. Когда Р. происходит между двумя остриями, то на положительном острие получается кисть, а на отрицательном является лишь светящаяся точка. Возникновение кисти сопровождается всегда особым свистящим и шипящим звуком. Весьма интересны фигуры, получающиеся на фотографических пластинках, подвергнутых действию Р. через острие и затем проявленных. Эти фигуры весьма неодинаковы для положительного и отрицательного элекричества Помещенные здесь рисунки (фиг. 3, 4) представляют копии фигур, полученных на фотографических пластинках покойным лаборантом физ. лаборатории Спб. унив. Н. Н. Хамонтовым. Тихий Р., или Р. при помощи сияния, получается в том случае, когда наэлектризованное тело находится в газе, имеющем малую упругость. Особенно хорошо наблюдается это явление в Гейсслеровых трубках (см. Гейсслеровы трубки). В Гейсслеровых трубках сияние получается как бы всходящим из конца положительного электрода (анода). Это сияние заполняет собой внутренность трубки (оно называется положителным светом) и отделяется темным пространством от другого света, начинающегося у отрицательного электрода (катода), который является при этом весь окруженным светящимся ореолом. Положительный свет представляет обыкновенно ряд параллельно расположенных, слегка выпуклых светящихся слоев, отделенных друг от друга темными промежутками (явление стратификации, фиг. 5). С изменением упругости газа в Гейсслеровой трубке изменяется и самое свечение ее. Чем меньше эта упругость, тем слабее развивается положительный свет в ней и тем резче получается отрицательное свечение. Цвет свечения в Гейсслеровой трубке зависит от природы газа, наполняющего ее. В трубке, заполненной воздухом, положительный свет имеет красноватый оттенок, отрицательный свет — голубоватый; трубка с водородом, светится красноватым, с азотом медно-красным, с кислородом розовым с угольной кислотой и окисью углерода — светло-сероватым светом. Спектр свечения в Гейсслеровой трубке обнаруживает лишь линии, принадлежащие газу в этой трубке. В этом спектре не наблюдаются линии, соответствующие спектру металла электродов. Наблюдения показывают, что при свечении Гейсслеровой трубки температура газа в ней может быть весьма небольшая, она может быть меньше 100°. Магнит оказывает значительное влияние на форму свечения газа в Гейсслеровой трубке. Действие магнита в этом случае подобно действию его на гибкие проводники с токами. Стратификация положительного света начинается при некоторой упругости, она усиливается вместе с разрежением, т. е. число слоев возрастает, когда упругость газа уменьшается, но так продолжается до определенной упругости. При некоторой упругости число слоев начинает уменьшаться, самые слои становятся толще, и наконец они совсем исчезают. Когда упругость в трубке доводится до весьма малой величины, когда она измеряется миллионными долями атмосферы, характер световых явлений в трубке совершенно изменяется. В этом случае положительный свет почти вполне исчезает и в трубке является лишь один отрицательный свет в виде слабо светящегося пучка лучей, как бы исходящих по направлению нормалей к поверхности катода. Трубки с таким разрежением носят название трубок Крукса. Лучи, испускаемые катодом, так называемые катодные лучи, встречая стеклянную поверхность трубки, возбуждают довольно яркую фосфоресценцию в стекле, имеющую зеленый оттенок. Эти лучи возбуждают фосфоресценцию и во многих других телах, если только они падают на эти тела. Так, особенно ярко фосфоресцируют алмазы, рубины и др. минералы. Катодные лучи при встрече с твердыми телами, находящимися внутри трубки, производят значительное нагревание этих тел и могут вызвать даже сильное накаливание их. Катодные лучи испытывают действие магнита — они отклоняются последним. Они производят давление на тело, на которое падают, и могут вызвать движение этого тела. Так, при помощи катодных лучей можно заставить вращаться маленькое мельничное колесико, помещенное внутри Круксовой трубки. Из исследования природы катодных лучей оказалось, что эти лучи представляют собой быстро движущиеся по направлению от катода материальные частички, заряженные отрицательным электричеством. Там, где катодные лучи встречают твердое тело, возбуждаются особые лучи, открытые Рентгеном (см. Рентгеновские лучи).

Полезное

Смотреть что такое «Разряд электрический*» в других словарях:

Разряд электрический — Потеря электричества каким либо наэлектризованным телом, т. е. Р. этого тела, может происходить различными способами, вследствие чего и явления, сопровождающие Р., могут получаться по характеру весьма неодинаковые. Все разнообразные формы Р.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Разряд электрический в газах — [electric gas discharge] прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. Газы становятся электропроводными только при их ионизации. Если электрический разряд в… … Энциклопедический словарь по металлургии

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ — (3) … Большая политехническая энциклопедия

электрический разряд в газах — (газовый разряд), прохождение электрического тока через газ под действием электрического поля. Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создаёт в них носители заряда свободные электроны и ионы и обусловливает их… … Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — 1) свойственный электричеству. 2) быстрый, подобно электрической искре. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ а) Свойственный электричеству. b) Быстрый, как электрическая искра. Объяснение… … Словарь иностранных слов русского языка

Электрический разряд — Электрический разряд процесс протекания электрического тока связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно его нормального состояния. Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных… … Википедия

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ — (газовый разряд) прохождение электрического тока через газ под действием электрического поля. Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создает в них носители заряда свободные электроны и ионы и обусловливает их… … Большой Энциклопедический словарь

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, электрическая, электрическое. 1. прил. к электричество. Электрический ток. Электрическая энергия. Электрический заряд. Электрический разряд. || Возбуждающий, производящий электричество. Электрическая машина. Электрическая станция.… … Толковый словарь Ушакова

электрический разряд в газе — электрический разряд в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

электрический разряд — в газе; электрический разряд; разряд; отрасл. газовый разряд Совокупность явлений, происходящих в газе в связи с прохождением через него электрического тока … Политехнический терминологический толковый словарь

Источник

Что такое электрический разряд

В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:

1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами (рис. 8.5). Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой 2.

Между катодом и пленкой находится астоново темное пространство 1. Справа от светящейся пленки помещается слабо светящийся слой, называемый катодным темным пространством 3. Этот слой переходит в светящуюся область, которую называют тлеющим свечением 4, с тлеющим пространством граничит тёмный промежуток – фарадеево тёмное пространство 5. Все перечисленные слои образуют катодную часть тлеющего разряда. Вся остальная часть трубки заполнена святящимся газом. Эту часть называют положительным столбом 6.

При понижении давления катодная часть разряда и фарадеево тёмное пространство увеличивается, а положительный столб укорачивается.

Измерения показали, что почти все падения потенциала приходятся на первые три участка разряда (астоново темное пространство, катодная святящаяся плёнка и катодное тёмное пятно). Эту часть напряжения, приложенного к трубке, называют катодным падением потенциала.

В области тлеющего свечения потенциал не изменяется – здесь напряженность поля равна нулю. Наконец, в фарадеевом тёмном пространстве и положительном столбе потенциал медленно растёт.

Такое распределение потенциала вызвано образованием в катодном темном пространстве положительного пространственного заряда, обусловленного повышенной концентрацией положительных ионов.

Положительные ионы, ускоренные катодным падением потенциала, бомбардируют катод и выбивают из него электроны. В астоновом темном пространстве эти электроны, пролетевшие без столкновений в область катодного тёмного пространства, имеют большую энергию, вследствие чего они чаще ионизируют молекулы, чем возбуждают. Т.е. интенсивность свечения газа уменьшается, но зато образуется много электронов и положительных ионов. Образовавшиеся ионы в начале имеют очень малую скорость и потому в катодном тёмном пространстве создаётся положительный пространственный заряд, что и приводит к перераспределению потенциала вдоль трубки и к возникновению катодного падения потенциала.

Электроны, возникшие в катодном тёмном пространстве, проникают в область тлеющего свечения, которая характеризуется высокой концентрацией электронов и положительных ионов коленарным пространственным зарядом, близким к нулю (плазма). Поэтому напряженность поля здесь очень мала. В области тлеющего свечения идёт интенсивный процесс рекомбинации, сопровождающийся излучением выделяющейся при этом энергии. Таким образом, тлеющее свечение есть, в основном, свечение рекомбинации.

Из области тлеющего свечения в фарадеево тёмное пространство электроны и ионы проникают за счёт диффузии. Вероятность рекомбинации здесь сильно падает, т.к. концентрация заряженных частиц невелика. Поэтому в фарадеевом тёмном пространстве имеется поле. Увлекаемые этим полем электроны накапливают энергию и часто в конце концов возникают условия, необходимые для существования плазмы. Положительный столб представляет собой газоразрядную плазму. Он выполняет роль проводника, соединяющего анод с катодными частями разряда. Свечение положительного столба вызвано, в основном, переходами возбужденных молекул в основное состояние.

2. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга (рис. 8.6). Эти полоски называют искровыми каналами.

После того, как разрядный промежуток «пробит» искровым каналом, сопротивление его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.

В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молнии. На рисунке 8.7 изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3 с силой тока 10 4 – 10 5 А, длиной 20 км (рис. 8.7).

3. Дуговой разряд. Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом (рис. 8.8).

При этом ток резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Согласно В.Ф. Литкевичу (1872 – 1951), дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. На практике – это сварка, мощные дуговые печи.

4. Коронный разряд (рис. 8.9).возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).

Наличие второго электрода необязательна, но его роль могут играть ближайшие, окружающие заземленные металлические предметы. Когда электрическое поле вблизи электрода с большой кривизной достигает примерно 3∙10 6 В/м, вокруг него возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.

Источник