Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Мик объясняет это тем, что лавина переходит в стример в середине промежутка, а стример далее самостоятельно пробивает оставшуюся часть промежутка. Согласию расчетов Мика с экспериментом нельзя придавать особого значения, так как все, что было сказано относительно теории Лёба и Мика в применении к пробою в однородном поле, остается в силе и для неоднородного.
В принципе критерий пробоя (4.81) можно также распространить на пробой в неоднородном поле, если записать его в виде
d
a* T J ехр a (z) dz
-----------°_ ,----= 1. (8.40)
T + т За у п X0 d
Здесь сохранены обозначения разд. 1 этой главы, а аг имеет тот же смысл, что и в (8.39). Расчеты пробивного напряжения по формуле (8.40) показали, что здесь наблюдается хорошее согласие с экспериментом.
При дальнейшем увеличении длины промежутка до четырех диаметров шаров и более, а также в промежутках с резко различающимися электродами (типа острие — плоскость) при увеличении напряжения сначала появляется коронный разряд, и только при дальнейшем увеличении напряжения наступает пробой. Пробивное напряжение для таких промежутков можно рассчитать только на основе теории распространения стримеров в неоднородном поле, однако минимальное напряжение появления стримеров в коронном разряде можно по-прежнему рассчитывать по формуле (8.40).
Следует отметить, что это напряжение будет отлично для высоковольтных острий различной полярности в силу различия физических процессов, протекающих вблизи них при пробое. У положительного острия лавина, образованная фотоэлектроном, развивается из области с малой напряженностью поля в область большой напряженности, и поэтому нарастание лавины идет эффективно. Электроны уходят в анод, а положительные ионы образуют пространственный заряд и как бы удлиняют острие, тем самым способствуя образованию стримера.
В случае отрицательного высоковольтного острия фотоэлектроны образуются вблизи острия и сначала размножаются в сильном поле, а потом в слабом. Поэтому рост лавины здесь менее эффективен. Кроме того, положительные ионы вблизи отрицательного
240
острия экранируют поле и затрудняют образование стримера. Таким образом, поле, необходимое для появления стримера вблизи отрицательного острия, должно быть больше, чем вблизи положительного. Как показывает эксперимент [14], вблизи положительного острия стримеры появляются при напряженности поля ~550 в/см, а вблизи отрицательного ~9000 в/см.
Для расчета пробивных напряжений таких промежутков в настоящее время используют некоторые полуэмпирические соотношения, которые имеют различный вид для разных газов, разных давлений и разной геометрии поля. Так, Педерсен [15, 16] предложил для воздуха при атмосферном давлении полуэмпирическое соотношение вида
z
Ina2+ §a(z) d2 = lna0 + a02, (8.41)
о
где аг — значение а вблизи головки лавины длиной 2, при которой достигается критическое число ионов для начала самостоятельного пробоя.
Правая часть в (8.41) вычисляется из экспериментальных данных по пробою в однородном поле, а левую часть можно оценить, если известно электростатическое распределение неоднородного поля. С помощью (8.41) Педерсену удалось предсказать минимальное значение пробивного напряжения для промежутков сфера — сфера.
Однако для газа SF6 также в промежутке сфера — сфера условие (8.41) пришлось несколько видоизменить:
z
§ (а — г]) dz = const, (8.42)
о
где г] — коэффициент прилипания, а значение константы зависит от давления газа. Имеются еще различные вариации этого критерия. Например, Блэкет и др. [17] предлагают для SF6 критерий
z
In (а — т))+ ^(a — v\)dz = const. (8.43)
о
Ясно, что наличие такого рода критериев говорит о слабости теории и необходимости дальнейших теоретических и экспериментальных исследований. Отметим, что большое количество расчетов пробивных напряжений с помощью таких полуэмпирических соотношений было выполнено Разевигом и др. [18, 19].
8.8. Разряд молнии
Общая картина. Молния — это мощный кратковременный электрический разряд, длина которого может достигать нескольких километров. Разряд молнии обычно возникает между грозовым об-
лаком, несущим большой электрический заряд, и землей, а также
241
между двумя облаками или внутри облака. В книге Юмана «Молния» [20] собрано большое количество экспериментальных данных, обсуждены различные гипотезы относительно механизма разряда молнии и дана подробная библиография, поэтому здесь лишь кратко рассмотрим современное состояние физики молнии.
Наиболее вероятное распределение зарядов в типичном облаке, согласно исследованиям Мэлана [21] в Южной Африке, имеет вид, изображенный на рис. 8.2. Чаще всего на стороне облака, обращен.
Рис. 8.2. Вероятное распределение грозовых зарядов Py N VL р для грозовых облаков в Южной Африке согласно Мэлану [21,23]. Черными кружками обозначено расположение эффективных точечных зарядов. Исследование напряженности электрических полей вблизи грозовых разрядов приводит к значениям P= +40 K1 N= —40 к, р= -HO «с
ной к земле, расположен отрицательный заряд AL сх 40 к, верхняя часть облака при этом заряжена преимущественно положительно N+ ~ 40 к. Иногда в основании облака может оказаться небольшая область положительного заряда. р+. Если электрическое поле, образованное зарядом облака, окажется в некоторой области равным пробивному, то в этой области может начаться разряд типа стримерного, способный за счет собственного поля на головке анодного стримера распространиться на большие расстояния в область слабого поля. Шонланд и др. [22, 23], использовав камеру Бойса, которая позволяет получить временное разрешение развития молнии, выяснили следующую картину развития разряда молнии облако — земля.
