Коронный разряд в газах.
Методическая разработка для учащихся средней школы
Газовые разряды: молния, искрение электропроводки и контактов, электросварка дуга, энергосберегающие лампы, свечение проводов высоковольтных линий электропередач, огни Святого Эльма и многие другие, которые вы не раз видели. Все эти процессы связаны с возникновением в газе заряженных частиц, то есть со способностью газа ионизоваться и проводить электрический ток. Отсюда и название разряд.
В основном ионизация газа происходит за счет межмолекулярных столкновений, светового излучения, столкновений молекул с быстрыми частицами, ионизацией в электрическом поле и т. д. Поэтому физика газовых разрядов очень разнообразна, широко используется в различных установках и приборах, и, следовательно, интенсивно раз
На фотографии изображен типичный коронный разряд, который характеризуется наличием светящейся области вблизи одного из электродов: короны, отсюда и название «коронный разряд».
Эта область характеризуется повышенной степенью ионизации по сравнению с другими областями, поэтому и свечение локализовано. В чем причина такой локализации? Ответ простой: основной механизм ионизации в коронном разряде – ионизация в сильных электрических полях, достаточных, чтобы оторвать электрон у атома, потому что на отрицательно заряженный электрон и положительно заряженное ядро в электрическом поле сила действует в противоположных направлениях. Как же возникают такие сильные поля в реальных условиях?
Остановимся на этом вопросе. Рассмотрим плоский конденсатор с однородными плоскими обкладками. Эквипотенциальные линии в таком конденсаторе представляют собой параллельные линии с одинаковой густотой. Теперь представим, что на одной из обкладок появилась резкая неоднородность с очень маленьким характерным масштабом: острие. Что произойдет с эквипотенциальными поверхностями в этом случае? Эквипотенциальные поверхности будут повторять форму обкладки и сильно изгибаться вблизи острия, причем густота будет максимальной вблизи острия, а это, как вам известно, и приведет к возникновению сильного локального электрического поля порядка 3·106 В/м. Возникает пробой. Вывод: коронный разряд, как правило, возникает на локальных неоднородностях.
Особенность коронного разряда: способность возникать при атмосферном давлении, или иными словами при достаточно большом давлении газа. Забегая вперед, можно сказать, что все зависит от соотношения Е/P.
Применение коронного разряда. Сопротивление газа в области короны из-за высокой степени ионизации достаточно маленькое, а во всем остальном межэлектродном промежутке достаточно большое. Это позволяет создавать достаточно сильные электрические поля в большой области межэлектродного пространства. Представим себе, что в область межэлектродного пространства попали макрочастицы. Они начнут подвергаться бомбардировке окружающих электронов и положительно заряженных ионов, а это приведет к электризации макрочастиц. Заряд, который они в результате приобретут, будет зависеть от природы этих частиц. Вывод: заряженные макрочастицы, находясь в электрическом поле, начнут двигаться к одному из электродов.
Это свойство коронного разряда широко применяется на практике для очистки газов в так называемых «коронаторах» и других установках.
