Искровой разряд

Опубликовано 22.05.2010 Ведущий Евгений Глазков

Искровой разряд является одним из нестационарных самостоятельных разрядов в газе. Такой разряд возникает между электродами в электрическом поле, несильно отличающемся от однородного, например, между двумя плоскими электродами или двумя достаточно большими шарами. Электрическая искра имеет вид ярко светящегося тонкого канала, соединяющего оба электрода, который обычно бывает сложным образом изогнут и разветвлен. Искровой разряд возникает в том случае, если электрическое поле в газе достигает некоторого определенного значения ЕК (критическая напряженность поля, или напряженность пробоя), которая зависит от рода газа и его состояния. Например, для воздуха при нормальных условиях напряжение пробоя составляет примерно 3 мегавольта на метр. Значение ЕК увеличивается с увеличением давления. Отношение критической напряженности поля к давлению газа р для данного газа остается приблизительно постоянным в широкой области изменения давлений. Этот закон, оказывается во многих случаях весьма полезным и позволяет определить напряжение пробоя при разных давлениях, если известно его значение при каком-либо одном давлении. Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового или тлеющего разряда. В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения пробоя и процесс повторяется. Объяснение искрового разряда дается на основе стриммерной теории, согласно которой возникновению ярко светящегося канала искры предшествует появление слабо светящихся скоплений ионизированного газа - стримеров. Стримеры возникают не только в результате образования электронных лавин посредством ударной ионизации, но и в результате фотонной ионизации газа. Пронизывая газоразрядный промежуток, стримеры образуют проводящие мостики, по которым в последующие стадии разряда и устремляются мощные потоки электронов. Существенным обстоятельством является то, что помимо, первоначальной электронной лавины, зародившейся непосредственно у катода, происходит образование новых лавин в точках, расположенных далеко впереди от головы первоначальной лавины. Эти новые лавины возникают вследствие появления электронов в объеме газа в результате фотоионизации излучением, исходящим из лавин, возникших ранее. В процессе своего развития отдельные лавины нагоняют друг друга и сливаются вместе, в результате чего возникает хорошо проводящий канал стримера. Наряду со стримерами, распространяющимися от катода к аноду (отрицательные стримеры), существуют также стримеры, движущиеся от анода к катоду (положительные стримеры). Из-за выделения при рассмотренных процессах большого количества энергии газ в искровом промежутке нагревается до очень высокой температуры (примерно десяти тысяч градусов Кельвина), что приводит к его свечении. Быстрый нагрев газа ведет к повышению давления и возникновению ударных волн, объясняющих звуковые эффекты при искровом разряде - характерное потрескивание в слабых разрядах и раскаты грома в случае молнии, являющейся примером мощного искрового разряда между грозовым облаком и Землей или между двумя грозовыми облаками. Искровой разряд используется для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и предохранения электрических линии передачи от перенапряжения (искровые разрядники). При малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызывает разрушение (эрозию) поверхности металла, поэтому он применяется для электроискровой точной обработки металлов (резание, сверление). Его также используют в спектральном анализе для регистрации заряженных частиц (искровые счетчики).