Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
Диэлектрическая проницаемость газов вследствие их малой плотности (т. е. концентрации N молекул— поляризующихся частиц) мало отличается от единицы. Значения Єг различных газов приведены в табл. 23.2. С ростом давления (прн постоянной температуре) ег газов растет ввиду увеличения концентрации поляризующихся частиц. Значения ег для некоторых газов при различных давлениях приведены в табл. 23.3.
Газы в слабых электрических полях и при не очень высоких температурах обладают весьма малой удельной проводимостью. При этих условиях весьма немногочисленные свободные носители заряда — электроны и ионы — образуются лншь под действием внешних ионизаторов невысокой интенсивности — космических лучей и естественного ионизирующего излучения. Поэтому при указанных условиях газы являются отличными диэлектриками с удельным сопротивлением порядка IO18 Ом-м, практически не имеющим диэлектрических потерь (tgo порядка Ю-8). Повышение электропроводности газов происходит при высоких температурах, начиная с IO3— IO4 К, когда энергия теплового движения частиц газа велика и при столкновении они могут ионизовать друг друга (происходит термическая ионизация). Термоионизация воздуха нарастает, начиная с температуры 8000 К. При 20 000 К воздух ионизуется практически полностью [7]. Процесс термоионизацни играет определяющую роль в хорошо проводящем ток канале электрической дуги, температура которого составляет 4000—15 000 К.
В основе механизма пробоя газов лежит процесс ударной ионизации, обусловленный свободными элект-
ронами, которые, будучи разогнаны в электрическом поле, ионизуют при соударении нейтральные молекулы газа. Развитию пробоя способствует также фотоионизация, обусловленная фотонами, которые испускают возбужденные при соударении с электронами молекулы
озбужденно
Развитие пробоя зависит от сте электрического поля, в котором прош Если в однородном поле напряженное а в слабонеоднородном поле измеияі линии не более чем в 2—3 раза, то ном — на несколько порядков.
В однородном поле пробой нас-мгновенно по достижении определе Unp. Между электродами возникает і достаточной мощности источника і перейти в электрическую дугу. Для г; кон Пашена: при неизменной темпера пряжение газа зависит от произведеї на расстояние d между рис. 23.1 эта зависимость
эрмал
ієни однородн ходит пробой 1
¦я вдоль силовой резконеоднород-
•упает практически иного напряжения іскра, которая при апряжения может !Зов установлен за-гуре пробивное на-іроизведения его давления р і.пектродами: Uap=f(pd). На представлена для воздуха и водорода. Для каждого газа характерно существование минимального значения пробивного напряжения при определенном значении pd (для воздуха 327 В при pd=665 Па-мм). Минимальное пробивное напряжение некоторых других газов, В: аргон 195; водород 280; углекислый газ 420. Если иметь в внду пробой на переменном напряжении, то приведенные данные относятся к амплитудным значениям. Как видно из рис. 23.1, при давлении, близком к нормальному (0,1 МПа), и реальных межэлектродных расстояниях произведение pd таково, что рабочая точка для воздуха находится на правой ветви кривой Пашена. Поэтому с увеличением р или d Unp растет, а при уменьшении их — снижается. Левая ветвь соответствует разреженным газам, так как межэлектродные расстояния порядка 0,001 мм при атмосферном давлении на практике не применяются. Для повышения Unp газовых промежутков используют как повышение давления (обычно до 1,5 МПа), так и глубокое разрежение газа (вакуум). При значительном снижении давления газа (левая ветвь кривой Пашена) Unp растет из-за затруднения образования газового разряда вследствие малой вероятности столкновения заряженных частиц с молекулами. Но рост не беспределен: при давлениях порядка Ю"1—10~2 Па (IO 3—10 4 мм рт. ст.) газовый разряд переходит в вакуумный. Вакуумный же пробой обусловлен процессами на электродах, и поэтому Unр в вакууме зависит от материала и состояния поверхности электродов [13, 14].
Даже в однородном поле при неизменных давлении и температуре электрическая прочность газа не остается неизменной. При малых межэлектродных расстояниях
I— ,кв і < ,
/
у
V N у
\ \
I
W3
IO5 pd, Па-
Рис. 23.1. Зависимость Unp воздуха (1) от произведения давлення р на расстояні родами d [9]
водорода (2) между элект-
• 33-2159
545 из-за затруднения в образовании электронных лавин ?пр существенно возрастает. В табл. 23.4 приведены значения ?Пр воздуха при нормальных условиях при изменении d в пределах от 0,006 до 1 см.
В слабонеоднородном поле, как и в однородном, пробой газового промежутка происходит сразу при возрастании приложенного напряжения до Uuр. Особенностью пробоя газа в резконеоднородном поле является возникновение при сравнительно низком напряжении коронного разряда (короны) в области с повышенной напряженностью электрического поля (вблизи электрода с малым радиусом кривизны), а пробой промежутка происходит при более высоком напряжении, так что пробой газа в резконеоднородном поле характеризуется двумя значениями напряжений: начальным (коронным) Uk и более высоким пробивным Uпр.
