Види коронних розрядів. Застосування газового розряду

Коронний розряд – це процес іонізації повітря вздовж дроту під впливом сильних електромагнітних полів.

Теорія іонізації повітря

Іонізацію повітря помітили давно, але не зуміли правильно тлумачити. З появою в середині XVIII ст. перших електростатичних генераторів розряд став звичайним явищем. Навіть встигли спробувати на собі жорстоку дію. Справжні досліди з електрикою розпочалися після винаходу Вольтою гальванічного джерела енергії.

Першу у світі дугу отримав у 1802 році російський учений з пам'ятником, що запам'ятовується, Петров. Він передбачив можливість використання цього для цілей освітлення. Сильну досаду викликає факт, що весь вчений світ звернув увагу на явище. І виявлялося ясно, куди насправді тече електричний струм. Адже негативний вугільний електрод загострювався під впливом дуги, але в аноді утворювалася невелика ямка. Вчений світ побачив у цьому правоту Бенджаміна Франкліна: заряди нарощують негативний вугільний стрижень, будучи позитивні. І лише на початку XX століття, коли досліди з катодними променями дали перші результати, стало зрозуміло, що 100 років тому була зроблена велика помилка.

При горінні дуги п'ять шостих світлових потоків дає анод. Його температура у стандартних фізичних дослідах становить 4000 градусів за Цельсієм. Це на 1000 більше, ніж у катода, що дає 10% світлового потоку. Інше береться від дуги безпосередньо, за рахунок мерехтіння іонізованого газу. При таких високих температурах починають плавитися навіть кераміка та вольфрам. Зварювання винайшли набагато пізніше, з 80-х (XIX століття) електрод вугільний, пізніше Н.Г. Слов'янов запропонувати використати металевий.

Досвід Павлова повторив Деві, інші дугою поки що не займалися. З його подачі почалося дослідження розряду серед газу. Виявлено перші лінійчасті спектри. Фарадей та Вітстон у 30-х роках вивчали розряд у розріджених газах. Бачачи старанність англійців, іноземний інженер, який прийняв російське підданство, Якобі спробував застосувати вугільний стрижень для освітлення вулиць Санкт-Петербурга (1846). Але анод швидко вигоряв, збільшуючи іскровий проміжок, і лампа гасла. Ситуацію вирішив Яблочков, це вже сталося через 30 років, коли століття вугільних розрядників добігало кінця. Вони знаходили застосування у вузьких областях довгий час, наприклад, при висвітленні піднебіння під час Другої світової війни та відображення ворожих нальотів.

Котушка Румкорфа (орієнтовно 1846) остаточно переконала людей, що висока напруга здатна створити іскру, а Нікола Тесла показав, що за допомогою екрану Фарадея навіть простий смертний зуміє спрямовувати блискавки в потрібному напрямку. Мови полум'я в нічному небі над вежею Ворденкліф називають найнеймовірнішим коронним розрядом в історії людства, якщо не вважати влаштованого пізніше великим винахідником на дахах Нью-Йорка.

Схема виникнення коронного розряду

Точного визначення коронного розряду у літературі не зустрічається. З простої причини небажання авторів розбиратися з темою і безліччю інформації, що дублюється, що втрачає сенс зі змісту. Визначення коронного розряду, дане на початку, також не можна назвати фізично точним. Коректне трактування більшістю читачів не сприйметься через наявність специфічних особливостей. У фізиці прийнято проходження струму через повітря ділити на три ділянки, видні на графіку:

1. Перший підпорядковується і прямий. Тут протікання струму можливе рахунок зовнішньої іонізації: полум'ям, ультрафіолетом, радіоактивним чи високочастотним випромінюванням. Перші два фактори вже були відомі Вольті (до відкриття «тварини електрики» Гальвані), що пропонував знімати статичний заряд з гуми електрофорусу променями Сонця або свічкою.
2. Друга ділянка знаходиться в області насичення. Вчені кажуть, що струм залишається порівняно постійним, заряди під час руху між електродами активно рекомбінують. І при зростаючій різниці потенціалів нічого не змінюється. Поки що напруга не досягне третьої ділянки.
3. За високої різниці потенціалів починається лавиноподібний процес ударної іонізації. Електрони знаходять таку високу швидкість, що вибивають електрони з молекул газу. На цій ділянці струм швидко зростає з підвищенням різниці потенціалів, можливе виникнення електричної дуги.

Розряд, що спостерігається візуально, називається іскровим і виникає після початку другого зростання кривої. Спочатку є тихий розряд, оку не помітний. Його часто називають несамостійним, потрібний зовнішній іонізуючий фактор, щоб підтримати рух носіїв. Зниження напруги спричиняє негайну рекомбінацію всіх носіїв.

Іскровий розряд відзначається при напругах, де можлива лавиноподібна іонізація. Іскри проскакують із частотою від 400 Гц і вище, що супроводжується помітним шумом. Напруга після кожного розряду знижується, чим обумовлено наявність вільного інтервалу. Візуально іскри зливаються в одну. Підвидами зазначеного типу іонізації вважаються родинні розряди:

• Кістовий розряд схожий на долоню казкового скелета. Утворюється між вістрям та зарядженою поверхнею. Помітно на нейтралізаторах, ізоляторах ЛЕП. Іонізація починається з боку вістря, тут напруженість поля збільшена, заряди стікають у простір, чим породжується лавиноподібний процес.
• Коронний розряд спалахує між кількома ділянками одного дроту. Викликаний ударною іонізацією повітря. Своєрідні зламані зубці подібні до блискавок. Їхню химерну траєкторію вчені пояснюють тим, що процес іонізації поширюється шляхом найменшого опору, через ізотропність газу неможливо передбачити точний шлях. Корона часом плавна і буває позитивною чи негативною.

Коронний розряд веде до втрати енергії на лінії ЛЕП і відбувається безперервно, що помітно на слух як низькочастотний гул і тріск. У дощову погоду опір дроту падає, можлива поява мов іонізованого повітря у вигляді маленьких блискавок, що йдуть уздовж дроту або куль. Коронний розряд використовується у фільтрах очищення повітря (іонізатори, люстри Чижевського), вловлюючи частинки диму, пилу, змушуючи їх осідати.

Електрична дуга

Сказане вище не дозволяє точно зрозуміти електричну дугу. При певному значенні напруги починається ударна іонізація повітря. Якщо різниця потенціалів знижується, струм не змінюється або зростає (див. і ). Це так звана ділянка із негативним диференціальним опором. Процес, що йде між електродами, називається дугою. Розряд розпалюється високою напругою та зближенням стрижнів, а потім йде самостійно.

Відомо, що зварювальник стукає електродом по деталі, щоб почати ударну іонізацію. Потім електрод віддаляється, а дуга залишається, не гасне. Напруга теж низька. У цьому полягає особливість дуги. Це пояснює чому відкриті лінії ЛЕП не несуть вольтаж вище 2 МВ. А далі починається коронний розряд, виникає дуга, щоб згасити, доводиться докласти чимало зусиль.

Тесла будував вежу Ворденкліф, щоб досягти передачі енергії за допомогою коронного розряду. Створеній дузі наказувалося летіти на приймач, а звідти випромінюватись далі, навколо всієї Земної кулі. За задумом Тесли потрібно побудувати передавачі, що ловили мови блискавок. Безпека забезпечувалася високою частотою напруги (радіодіапазон).

Підсумовуючи, слід зазначити, що електрична дуга інакше називається самостійним розрядом, процес може підтримуватися.

Механізми іонізації

Коронний розряд утворюється на геометричних зламах внаслідок підвищеної напруженості поля у цій галузі. На зазначеному принципі працюють нейтралізатори та стікачі. Явлення, які спостерігаються при газовому розряді, кількісно описуються двома коефіцієнтами Таунсенду:

• Альфа: коефіцієнт об'ємної іонізації. Чисельно це кількість іонізацій, вироблених електроном дистанції 1 див.
• Гамма: описує процес іонізації на межі катод-газу. Тут електрони залишають поверхню і починають ходу вздовж силових ліній поля. Рівний відношенню покидають катод електронів до падаючих сюди іонів за одиницю часу.

Обидва коефіцієнти зростають разом із різницею потенціалів. Після несамостійного розряду відзначається лавиноподібна іонізація з утворенням між електродами хмари позитивного заряду. Цей момент співвідноситься з появою корони. Подальше підвищення напруги призводить до порушення стаціонарності позитивної хмари, і струм починає коливатися у районі конкретного значення.

Викладене називається теорією Роговського і пояснює, де виникає корона, як утворюється щирість. Все визначається польотом електронів та просторовим розподілом заряду. Головна ознака - не відбувається короткого замикання ланцюга при коронному розряді, як відбувається при іскрінні (короткочасно) або дузі (постійно).

Коефіцієнт альфа визначає віддаленість світіння електрода. Гамма швидше характеризує геометричну форму поверхні та різницю потенціалів, що призвела до появи розряду.

Особливості коронного розряду

Коронний розряд зазвичай виникає у місці з найменшим радіусом кривизни. Якщо це лінія, то максимальна ймовірність освіти проявляється на механічному дефекті. Область найчастішого виникнення заряду називається коронуючою, або коронувальним електродом. Провідник – під позитивним чи негативним потенціалом. Відповідно, розрізняють корони аналогічного роду (див. вище).

Позитивний та негативний розряд відрізняються зовнішнім виглядом. У першому випадку світіння рівномірне, у другому є епіцентри на поверхні дроту. Механізм процесу між електродами:

1. На початку з'являється несамостійний розряд. Це відбувається за рахунок випадкової дії: краплі дощу, порив вітру та ін.
2. Якщо різниця потенціалів продовжить зростати, утворюється слабке світіння в районі дроту, що супроводжується ледь чутним потріскуванням. Викликаюча напруга називається критичним, або початковим.
3. При подальшому зростанні різниці потенціалів (напруга іскрового пробою) струм зростає за квадратичним законом, світіння стає сильнішим. Починають проскакувати іскри з зростаючою частотою.
4. Тотальне збільшення різниці потенціалів викликає дуговий розряд, що виявляється як коротке замикання ланцюга. Його горіння важко зупинити.

Важливо! Критична та іскрова напруга відрізняються для позитивної та негативної корони.

Отже, коронний розряд у лабораторній установці є попередником іскрового, а іскровою – дугового. На практиці при номінальній напрузі мережі електрики не дуже переймаються захистом. Можливо підвищити вольтаж на 10% без особливої ​​шкоди, якщо у зазначеній місцевості не буває частої негоди, переважно піщаних бур.

Якщо відстань між електродами замала, коронний розряд не утворюється: після несамостійного негайно йде іскровою. Провід у ЛЕП намагаються рознести на дистанцію, застосовують керамічні ізолятори. Коронний розряд часто замінюється кистевим, якщо є яскраво виражене вістря. Обидва лише формальне позначення ідентичного явища.

Іскровий розряд виникає у тих випадках, коли напруженість електричного поля досягає пробивного для даного газу значення Значення залежить від тиску газу; для повітря при атмосферному тиску воно становить близько . Зі збільшенням тиску зростає. Відповідно до експериментального закону Пашена відношення пробивної напруженості поля до тиску приблизно постійно:

Іскровий розряд супроводжується утворенням звивистого, розгалуженого каналу, що яскраво світиться, по якому проходить короткочасний імпульс струму великої сили. Прикладом може служити блискавка; довжина її буває до 10 км, діаметр каналу - до 40 см, сила струму може досягати 100 000 і більше ампер, тривалість імпульсу становить близько 100 000 .

Кожна блискавка складається з декількох (до 50) імпульсів, що йдуть по тому самому каналу; їхня загальна тривалість (разом із проміжками між імпульсами) може досягати кількох секунд. Температура газу в іскровому каналі буває до 10000 К. Швидке сильне нагрівання газу призводить до різкого підвищення тиску і виникнення ударних і звукових хвиль. Тому іскровий розряд супроводжується звуковими явищами - від слабкого тріску при іскрі малої потужності до гуркоту грому, що супроводжують блискавку.

Виникнення іскри передує освіту в газі сильно іонізованого каналу, який отримав назву стрімера. Цей канал виходить шляхом перекриття окремих електронних лавин, що виникають по дорозі іскри. Родоначальником кожної лавини є електрон, що утворюється шляхом фотоіонізації. Схема розвитку стримеру показана на рис. 87.1. Нехай напруженість поля така, що електрон, що вилетів за рахунок будь-якого процесу з катода, набуває на довжині вільного пробігу енергію, достатню для іонізації.

Тому відбувається розмноження електронів - виникає лавина (при цьому позитивні іони не відіграють істотної ролі внаслідок набагато меншої рухливості; вони лише обумовлюють просторовий заряд, що викликає перерозподіл потенціалу). Короткохвильове випромінювання, що випускається атомом, у якого при іонізації був вирваний один з внутрішніх електронів (це випромінювання показано на схемі хвилястими лініями), викликає фотоіонізацію молекул, причому електрони, що утворилися, породжують все нові лавини. Після перекривання лавин утворюється добре провідний канал - стример, яким спрямовується від катода до анода потужний потік електронів - відбувається пробій.

Якщо електроди мають форму, при якій поле в міжелектродному просторі приблизно однорідно (наприклад, являє собою кулі досить великого діаметра), то пробій виникає при певному напрузі значення якого залежить від відстані між кулями . На цьому заснований іскровий вольтметр, за допомогою якого вимірюють високу напругу. При вимірах визначається найбільша відстань у якому виникає іскра. Помноживши потім отримують значення вимірюваної напруги.

Якщо один з електродів (або обидва) має дуже велику кривизну (наприклад, електродом служить тонкий дріт або вістря), то при невеликій напрузі виникає так званий коронний розряд. При збільшенні напруги цей розряд перетворюється на іскровий або дуговий.

При коронному розряді іонізація і збудження молекул відбуваються над всьому межэлектродном просторі, лише поблизу електрода з малим радіусом кривизни, де напруженість нуля досягає значень, рівних чи перевищують . У цій частині розряду газ світиться. Світіння має вигляд корони, що оточує електрод, чим і викликана назва цього виду розряду. Коронний розряд з вістря має вигляд кисті, що світиться, у зв'язку з чим його іноді називають кистьовим розрядом. Залежно від знака коронуючого електрода говорять про позитивну або негативну корону. Між коронуючим шаром і некоронуючим електродом розташована зовнішня область корони. Режим пробою існує лише в межах коронуючого шару. Тому можна сказати, що коронний розряд є неповним пробою газового проміжку.

У разі негативної корони явища на катоді подібні до явищ на катоді тліючого розряду. Прискорені полем позитивні іони вибивають з катода електрони, які викликають іонізацію та збудження молекул у коронуючому шарі. У зовнішній області корони поле недостатньо для того, щоб повідомити електрони енергію, необхідну для іонізації або збудження молекул.

Тому електрони, що проникли в цю область, дрейфують під дією нуля до анода. Частина електронів захоплюється молекулами, унаслідок чого утворюються негативні іони. Таким чином, струм у зовнішній області обумовлюється лише негативними носіями – електронами та негативними іонами. У цій галузі розряд має несамостійний характер.

У позитивній короні електронні лавини зароджуються біля зовнішньої межі корони і прямують до коронуючого електроду - аноду. Виникнення електронів, що породжують лавини, зумовлено фотоіонізацією, викликаною випромінюванням коронувального шару. Носіями струму у зовнішній області корони служать позитивні іони, які дрейфують під впливом поля до катоду.

Якщо обидва електроди мають велику кривизну (два коронуючі електроди), поблизу кожного з них протікають процеси, притаманні коронуючого електрода даного знака. Обидва коронуючі шари розділяються зовнішньою областю, в якій рухаються зустрічні потоки позитивних і негативних носіїв струму. Така корона називається двополярною.

Згадуваний у § 82 під час розгляду лічильників самостійний газовий розряд є коронний розряд.

Товщина коронувального шару та сила розрядного струму зростають із збільшенням напруги. При невеликій напрузі розміри корони малі та її свічення непомітно. Така мікроскопічна корона виникає поблизу вістря, з якого стікає електричний вітер (див. § 24).

Корона, що з'являється під дією атмосферної електрики на верхівках корабельних щоглів, дерев тощо, отримала за старих часів назву вогнів святого Ельма.

У високовольтних пристроях, зокрема лініях високовольтних передач, коронний розряд призводить до шкідливих витоків струму. Тому доводиться вживати заходів для його запобігання. З цією метою, наприклад, дроти високовольтних ліній беруть досить великого діаметра, тим більшого, чим вище напруга лінії.

Корисне застосування у техніці коронний розряд знайшов у електрофільтрах. Газ, що очищається, рухається в трубі, по осі якої розташований негативний коронувальний електрод. Негативні іони, що є у великій кількості у зовнішній області корони, осідають на забруднюючих газ частинках або крапельках і захоплюються разом з ними до зовнішнього електроду, що не коронює. Досягнувши цього електрода, частки нейтралізуються та осідають на ньому. Згодом при ударах по трубі осад, утворений уловленими частинками, обсипається у збірник.

Електричний розряд- процес перебігу електричного струму пов'язаний із значним збільшенням електропровідності середовища щодо його нормального стану.
Збільшення електропровідності забезпечується наявністю додаткових вільних носіїв заряду. Електричні розряди бувають несамостійні, що протікають рахунок зовнішнього джерела вільних носіїв заряду, і самостійні, продовжують горіти і після відключення зовнішнього джерела вільних носіїв заряду.
Розрізняють такі види електричних розрядів: іскровий, коронний, дуговий (електрична дуга) і тліючий.

Приєднаємо кульові електроди до батареї конденсаторів та почнемо заряджати конденсатори за допомогою електричної машини. У міру заряджання конденсаторів збільшуватиметься різниця потенціалів між електродами, а отже, збільшуватиметься напруженість поля в газі. Поки напруженість поля невелика, у газі не можна помітити жодних змін. Однак при достатній напруженості поля (близько 30000 в/см) між електродами з'являється електрична іскра, що має вигляд яскраво звивистого звивистого каналу, що з'єднує обидва електроди. Газ поблизу іскри нагрівається до високої температури і раптово розширюється, через що виникають звукові хвилі, і ми чуємо характерний тріск. Конденсатори в цій установці додані для того, щоб зробити іскру потужнішою і, отже, ефектнішою.
Описана форма газового розряду має назву іскрового розряду, або іскрового пробою газу. При настанні іскрового розряду газ раптово, стрибком, втрачає свої ізолюючі властивості і стає гарним провідником. Напруженість поля, коли він настає іскровою пробою газу, має різне значення в різних газів і від їх стану (тиску, температури). При заданому напрузі між електродами напруженість поля тим менше, що далі електроди друг від друга. Тому, чим більша відстань між електродами, тим більша напруга між ними необхідна настання іскрового пробою газу. Ця напруга називається напругою пробою.
Виникнення пробою пояснюється так. У газі завжди є кілька іонів і електронів, що виникають від випадкових причин. Зазвичай, однак, їх кількість настільки мала, що газ практично не проводить електрики. При порівняно невеликих значеннях напруженості поля, з якими ми зустрічаємося щодо несамостійної провідності газів, зіткнення іонів, що рухаються в електричному полі, з нейтральними молекулами газу відбуваються так само, як зіткнення пружних куль. При кожному зіткненні частинка, що рухається, передає частину своєї кінетичної енергії, що покоїться, і обидві частинки після удару розлітаються, але ніяких внутрішніх змін у них не відбувається. Однак за достатньої напруженості поля кінетична енергія, накопичена іоном у проміжку між двома зіткненнями, може стати достатньою, щоб іонізувати нейтральну молекулу при зіткненні. В результаті утворюється новий негативний електрон та позитивно заряджений залишок – іон. Такий процес іонізації називають ударною іонізацією, а роботу, яку потрібно витратити, щоб зробити відривання електрона від атома, - роботою іонізації. Величина роботи іонізації залежить від будови атома і тому різна для різних газів.
Електрони, що утворилися під впливом ударної іонізації, і іони збільшують число зарядів у газі, причому в свою чергу вони починають рухатися під дією електричного поля і можуть зробити ударну іонізацію нових атомів. Таким чином, цей процес «підсилює сам себе», і іонізація в газі швидко сягає дуже великої величини. Всі явища цілком аналогічні сніговій лавині в горах, для зародження якої буває досить мізерної грудки снігу. Тому й описаний процес було названо іонною лавиною. Утворення іонної лавини є процес іскрового пробою, бо мінімальна напруга, у якому виникає іонна лавина, є напруга пробою. Ми бачимо, що при іскровому пробої причина іонізації газу полягає в руйнуванні атомів і молекул при зіткненнях з іонами.
Одним із природних представників іскрового розряду є блискавка – гарна та небезпечна.

Виникнення іонної лавини який завжди призводить до іскрі, а може викликати і розряд іншого типу – коронний розряд.
Натягнемо на двох високих ізолюючих підставках металевий дріт AB діаметром кілька десятих міліметра і з'єднаємо його з негативним полюсом генератора, що дає напругу кілька тисяч вольт, наприклад, хорошій електричній машині. Другий полюс генератора відведемо до Землі. Ми отримаємо своєрідний конденсатор, обкладками якого є наш дріт та стіни кімнати, які, звичайно, повідомляються із Землею. Поле в цьому конденсаторі дуже неоднорідне, і напруженість його дуже велика поблизу тонкого дроту. Підвищуючи напругу поступово і спостерігаючи за дротом у темряві, можна помітити, що при відомій напрузі біля дроту з'являється слабке світіння («корона»), що охоплює з усіх боків дріт; воно супроводжується шиплячим звуком і легким потріскуванням. Якщо між дротом і джерелом включений чутливий гальванометр, то з появою світіння гальванометр показує помітний струм, що йде від генератора по дротах до дроту і від нього повітря кімнати до стін, з'єднаним з іншим полюсом генератора. Струм у повітрі між дротом AB та стінами переноситься іонами, що утворилися в повітрі завдяки ударній іонізації. Таким чином, світіння повітря та поява струму вказують на сильну іонізацію повітря за дією електричного поля.
Коронний розрядможе виникнути не тільки у дроту, а й у вістря і взагалі у всіх електродів, біля яких утворюється дуже неоднорідне поле.

Використання коронного розряду.
1) Електричне очищення газів (електрофільтри). Посудина, наповнена димом, раптово стає абсолютно прозорою, якщо внести в неї гострі металеві електроди, з'єднані з електричною машиною. Усередині скляної трубки містяться два електроди: металевий циліндр і тонкий металевий дріт, що висить по його осі. Електроди приєднані до електричної машини. Якщо продувати через трубку струмінь диму (або пилу) і привести в дію машину, то, як тільки напруга стане достатньою для утворення корони, струмінь повітря, що виходить, стане абсолютно чистим і прозорим, і всі тверді і рідкі частинки, що містяться в газі, будуть осаджуватися на електроди. Пояснення досвіду ось у чому. Щойно біля дроту запалюється корона, повітря всередині трубки сильно іонізується. Газові іони, стикаючись із частинками пилу, «прилипають» до останніх і заряджають їх. Оскільки всередині трубки діє сильне електричне поле, заряджені частинки рухаються під дією поля до електродів, де й осідають. Описане явище знаходить собі нині технічне застосування очищення промислових газів у великих обсягах від твердих і рідких домішок.
2) Лічильники елементарних частинок. Коронний розряд лежить в основі дії надзвичайно важливих фізичних приладів: так званих лічильників елементарних частинок (електронів, а також інших елементарних частинок, що утворюються при радіоактивних перетвореннях), лічильник Гейгера – Мюллера. Він складається з невеликого металевого циліндра A, забезпеченого віконцем, і тонкого металевого дроту натягнутої осі циліндра і ізольованої від нього. Лічильник включають в ланцюг, що містить джерело напруги кілька тисяч вольт. Напруга вибирають таким, щоб воно було лише трохи менше «критичного», тобто необхідного для запалення коронного розряду всередині лічильника. При попаданні в лічильник електрона, що швидко рухається, останній іонізує молекули газу всередині лічильника, від чого напруга, необхідна для запалення корони, дещо знижується. У лічильнику виникає розряд, а ланцюга з'являється слабкий короткочасний струм.
Тік, що виникає в лічильнику, настільки слабкий, що звичайним гальванометром його виявити важко. Однак його можна зробити цілком помітним, якщо в ланцюг ввести дуже великий опір R і паралельно йому приєднати чутливий електрометр E. При виникненні ланцюга струму I на кінцях опору створюється напруга U, рівну за законом Ома U=IxR. Якщо вибрати величину опору R дуже великий (багато мільйонів ом), проте значно меншою, ніж опір самого електрометра, то навіть дуже слабкий струм викликає помітну напругу. Тому при кожному попаданні швидкого електрона всередину лічильника листочок електрометра даватиме покидьок.
Подібні лічильники дозволяють реєструвати не тільки швидкі електрони, а й взагалі будь-які заряджені частинки, що швидко рухаються, здатні виробляти іонізацію газу шляхом зіткнень. Сучасні лічильники легко виявляють попадання в них навіть однієї частинки і дозволяють, тому з повною достовірністю і дуже наочністю переконатися, що в природі дійсно існують елементарні частинки.

У 1802 р. В. В. Петров встановив, що якщо приєднати до полюсів великої електролітичної батареї два шматочки деревного вугілля і, привівши вугілля в дотик, злегка їх розділити, то між кінцями вугілля утворюється яскраве полум'я, а самі кінці вугілля розжарюються до білого. Випускаючи сліпуче світло ( електрична дуга). Це явище через сім років незалежно спостерігав англійський хімік Деві, який запропонував на честь Вольта назвати цю дугу «вольтовою».
Зазвичай освітлювальна мережа живиться струмом змінного спрямування. Дуга, однак, горить стійкіше, якщо через неї пропускають струм постійного напрямку, так що один з її електродів є позитивним (анод), а інший негативним (катод). Між електродами знаходиться стовп розпеченого газу, який добре проводить електрику. У звичайних дугах цей стовп випромінює значно менше світла, ніж розпечене вугілля. Позитивне вугілля, маючи більш високу температуру, згоряє швидше за негативне. Внаслідок сильної сублімації вугілля на ньому утворюється поглиблення – позитивний кратер, що є найгарячішою частиною електродів. Температура кратера повітря при атмосферному тиску сягає 4000 °C. Дуга може горіти і між металевими електродами (залізо, мідь тощо). При цьому електроди плавляться і швидко випаровуються, на що витрачається багато тепла. Тому температура кратера металевого електрода зазвичай нижча за вугільний (2000-2500 °C).
Примушуючи горіти дугу між вугільними електродами в стиснутому газі (близько 20 атм), вдалося довести температуру позитивного кратера до 5900 ° C, тобто температури поверхні Сонця. За цієї умови спостерігалося плавлення вугілля.
Ще більш високою температурою має стовп газів і пар, через який йде електричний розряд. Енергійне бомбардування цих газів і пар електронами та іонами, що підганяються електричним полем дуги, доводить температуру газів у стовпі до 6000-7000°. Тому в стовпі дуги майже всі відомі речовини плавляться і звертаються в пару, і уможливлюються багато хімічних реакцій, які не йдуть при нижчих температурах. Неважко, наприклад, розплавити в полум'ї дуги тугоплавкі фарфорові палички. Для підтримки дугового розряду потрібна невелика напруга: дуга добре горить при напрузі її електродах 40-45 в. Струм у дузі досить значний. Так, наприклад, навіть у невеликій дузі йде струм близько 5 А, а у великих дугах, що вживаються в промисловості, струм досягає сотень ампер. Це показує, що опір дуги невеликий; отже, і газовий стовп, що світиться, добре проводить електричний струм.
Така сильна іонізація газу можлива лише завдяки тому, що катод дуги випромінює дуже багато електронів, які своїми ударами іонізують газ у розрядному просторі. Сильна електронна емісія з катода забезпечується тим, що катод дуги сам розжарений дуже високої температури (від 2200° до 3500°C залежно від матеріалу). Коли для запалення дуги ми спочатку наводимо вугілля в дотик, то в місці контакту, що має дуже великий опір, виділяється майже все джоулеве тепло проходить через вугілля струму. Тому кінці вугілля сильно розігріваються, і цього достатньо для того, щоб при їх розсуванні між ними спалахнула дуга. Надалі катод дуги підтримується в розжареному стані самим струмом, що проходять через дугу. Головну роль у цьому грає бомбардування катода позитивними іонами, що падають на нього.

Використання дугового розряду.
Внаслідок високої температури електроди дуги випромінюють сліпуче світло, і тому електрична дуга є одним із найкращих джерел світла. Вона споживає всього близько 0,3 Ватта на кожну свічку і є значно економічнішою. Чим кращі лампи розжарювання. Електрична дуга вперше була використана для освітлення П. Н. Яблочковим у 1875 р. та отримала назву «російського світла», або «північного світла».
Електрична дуга також застосовується для зварювання металевих деталей (дугове електрозварювання). В даний час електричну дугу дуже широко застосовують у промислових електропечах. У світовій промисловості близько 90% інструментальної сталі та майже всі спеціальні сталі виплавляються в електричних печах.
Великий інтерес представляє ртутна дуга, що горить у кварцовій трубці, так звана кварцова лампа. У цій лампі дуговий розряд відбувається не в повітрі, а в атмосфері ртутної пари, для чого лампу вводять невелику кількість ртуті, а повітря викачують. Світло ртутної дуги надзвичайно багате невидимими ультрафіолетовими променями, що мають сильну хімічну та фізіологічну дію. Ртутні лампи широко застосовують при лікуванні різноманітних хвороб («штучне гірське сонце»), а також при наукових дослідженнях як джерело ультрафіолетових променів.

Крім іскри, корони та дуги, існує ще одна форма самостійного розряду в газах – так званий тліючий розряд. Для отримання цього типу розряду зручно використовувати скляну трубку довжиною близько півметра, що містить два металеві електроди. Приєднаємо електроди до джерела постійного струму з напругою в кілька тисяч вольт (годиться електрична машина) і поступово відкачуватимемо з трубки повітря. При атмосферному тиску газ усередині трубки залишається темним, так як прикладена напруга кілька тисяч вольт недостатньо для того, щоб пробити довгий газовий проміжок. Однак коли тиск газу достатньо знизиться, в трубці спалахує розряд, що світиться. Він має вигляд тонкого шнура (у повітрі – малинового кольору, в інших газах – інших кольорів), що з'єднує обидва електроди. У цьому стані газовий стовп добре проводить електрику.
При подальшій відкачений шнур, що світиться, розмивається і розширюється, і світіння заповнює майже всю трубку. Розрізняють такі дві частини розряду: 1) частина, що не світиться, прилеглу до катода, що отримала назву темного катодного простору; 2) стовп газу, що світиться, що заповнює всю решту трубки, аж до самого анода. Ця частина розряду зветься позитивного стовпа.
При тліючий розряд газ добре проводить електрику, а значить, в газі весь час підтримується сильна іонізація. При цьому, на відміну від дугового розряду, катод весь час залишається холодним. Чому ж у цьому випадку відбувається утворення іонів?
Падіння потенціалу чи напруги кожному сантиметрі довжини газового стовпа у тліючому розряді дуже по-різному у різних частинах розряду. Виходить, що майже все падіння потенціалу посідає темний простір. Різниця потенціалів, що існує між катодом та найближчим до нього кордоном простору, називають катодним падінням потенціалу. Воно вимірюється сотнями, а деяких випадках і тисячами вольт. Весь розряд виявляється за рахунок цього катодного падіння. Значення катодного падіння полягає в тому, що позитивні іони, пробігаючи цю велику різницю потенціалів, набувають великої швидкості. Так як катодне падіння зосереджено в тонкому шарі газу, то тут майже не відбувається зіткнень іонів з газовими атомами, і тому, проходячи через область катодного падіння, іони набувають дуже великої кінетичної енергії. Внаслідок цього при зіткненні з катодом вони вибивають з нього кілька електронів, які починають рухатися до анода. Проходячи через темний простір, електрони у свою чергу прискорюються катодним падінням потенціалу і при зіткненні з газовими атомами більш віддаленої частини розряду роблять іонізацію ударом. Позитивні іони, що виникають при цьому, знову прискорюються катодним падінням і вибивають з катода нові електрони і т. д. Таким чином все повторюється до тих пір, поки на електродах є напруга.
Отже, причинами іонізації газу тліючому розряді є ударна іонізація і вибивання електронів з катода позитивними іонами.

Застосування тліючого розряду.
Такий розряд використовують переважно для освітлення. Застосовується у люмінесцентних лампах.

Залежно від тиску газу, напруги, прикладеного до електродів, форми та характеру розташування електродів розрізняють такі типи самостійного розряду: тліючий, коронний, дуговий та іскровий.

Тліючий розрядспостерігається при знижених тисках газу (близько 0,1 мм рт. ст.). Якщо до електродів, впаяним у скляну трубку, прикласти постійну напругу в кілька сотень вольт і потім поступово відкачувати повітря з трубки, то спостерігається наступне явище: при зменшенні тиску газу в деякий момент у трубці виникає розряд, що має вигляд шнура, що світиться, що з'єднує анод і катод трубки (рис. 1). При подальшому зменшенні тиску цей шнур розширюється і заповнює весь переріз трубки, а світіння поблизу катода слабшає. Біля катода утворюється перший темний простір 1 , до якого прилягає іонний шар, що світиться 2 (тліюче свічення), який має різку межу з боку катода і поступово зникає з боку анода. За тліючим світінням спостерігається знову темний проміжок 3 , званий фарадєєвим або другим темним простором За ним лежить область, що світиться 4 , що тягнеться до анода, або позитивний стовп.

Особливого значення в тліючому розряді мають лише дві його частини - катодний темний простір і тління світіння, в яких відбуваються основні процеси, що підтримують розряд. Електрони, що іонізують газ, виникають в результаті фотоемісії з катода та зіткнень позитивних іонів з катодом трубки.

В даний час тліючий розряд широко використовується як джерело світла в різних газових трубках. У джерелах денного світла розряд зазвичай відбувається в парах ртуті. Газові трубки застосовуються також для рекламних та декоративних цілей.

Тліючий розряд використовують для катодного розпилення металів, так як речовина катода в розряді, що тліє, поступово переходить в газоподібний стан і осідає у вигляді металевого пилу на стінках трубки. Поміщаючи в тліючий розряд різні предмети, покривають їх рівномірними та міцними шарами металу. Цим способом користуються виготовлення металевих дзеркал високої якості.

Іскровий розряд, що часто спостерігається в природі, - блискавка. Блискавка – це розряд між двома зарядженими хмарами або між хмарою та землею. Носіями зарядів у хмарах є заряджені крапельки води чи сніжинки.

У лабораторних умовах іскровий розряд можна отримати, якщо поступово збільшувати напругу між двома електродами, що знаходяться в атмосферному повітрі та мають таку форму, що електричне поле між ними мало відрізняється від однорідного. При певному напрузі виникає електрична іскра. При цьому іскровий розряд з величезною швидкістю пронизує розрядний проміжок, гасне і знову з'являється. Вигнутий канал іскри, що яскраво світиться, з'єднує обидва електроди і має складне розгалуження (рис. 2). Світіння в іскрі - результат інтенсивних процесів іонізації. Звукові ефекти, що супроводжують іскру, породжуються підвищенням тиску (до сотень атмосфер) через нагрівання газу (до 10 5 °С) у місцях проходження розряду. Іскра виникає в тому випадку, якщо напруженість електричного поля в газі досягає певної певної величини, яка залежить від роду газу та його стану.

Якщо, залишаючи напругу постійною, зменшити відстань між електродами, то напруженість поля в газовому проміжку збільшуватиметься. За деякого її значення відбудеться іскровий розряд. Чим вище буде прикладена напруга, тим більша буде відстань між електродами, при якій відбудеться іскровий розряд. Принцип дії іскрового вольтметра - приладу для вимірювання дуже високої напруги - заснований саме на цьому явищі.

Дуговий розрядможна спостерігати за таких умов: якщо після запалення іскрового розряду поступово зменшувати опір ланцюга, то сила струму в іскрі збільшуватиметься. Коли опір ланцюга стане досить малим, виникне нова форма газового розряду, що називається дуговим. При цьому сила струму різко збільшується, досягаючи десятків та сотень ампер, а напруга на розрядному проміжку зменшується до кількох десятків вольт. Це показує, що у розряді виникають нові процеси, що повідомляють газу дуже велику електропровідність.

В даний час електричну дугу, що горить при атмосферному тиску, найчастіше отримують між спеціальними вугільними електродами. Найбільш гарячим місцем дуги є поглиблення, що утворюється на позитивному електроді і називається кратером дуги. Його температура за атмосферного тиску близько 4000 °С.

Електрична дуга є потужним джерелом світла і широко застосовується у проекційних, прожекторних та інших освітлювальних установках. Внаслідок високої температури дуга широко застосовується для зварювання та різання металів. Високу температуру дуги використовують також при влаштуванні дугових електричних печей, що відіграють важливу роль у сучасній електрометалургії.

Коронний розрядспостерігається при порівняно високих тисках газу (наприклад, при атмосферному тиску) різко неоднорідному електричному полі. Для отримання значної неоднорідності поля електроди повинні мати поверхні, що різко розрізняються, тобто. один електрод – дуже велику поверхню, а інший – дуже малу. Так, наприклад, коронний розряд можна легко отримати, маючи тонкий дріт усередині металевого циліндра, радіус якого значно більший за радіус дроту.

Напруженість поля поблизу дроту має найбільше значення. Коли напруженість поля досягає значення Ε ≈ 3 МВ/м, між дротом і циліндром запалюється розряд, і ланцюга з'являється струм. При цьому біля дроту спостерігається світіння, що має вигляд оболонки або корони, що оточує дріт, звідки і походить назва розряду.

Коронний розряд виникає як при негативному потенціалі на дроті (негативна корона), так і при позитивному (позитивна корона), а також при змінному напрузі між дротом та циліндром.

Коронний розряд використовується у техніці для влаштування електрофільтрів, призначених для очищення промислових газів від твердих та рідких домішок.

У природі коронний розряд виникає іноді під дією атмосферного електричного поля на гілках дерев, верхівках щогли (так звані вогні святого Ельма). Коронний розряд може виникнути на тонких дротах, що знаходяться під напругою. Виникненням коронного розряду на вістрях провідників пояснюється дія громовідведення, що захищає будівлі та лінії передач від ударів блискавки.

Література

Аксенович Л. А. Фізика у середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Навч. посібник для установ, які забезпечують отримання заг. середовищ, освіти/Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; За ред. К. С. Фаріно. – Мн.: Адукація i виховання, 2004. – C. 289-291.

Виникнення стримерів обсягом між електродами який завжди призводить до іскрі, а може викликати і розряд іншого типу коронний розряд. На малюнку показано схему приладу, за допомогою якого можна відтворити коронний розряд. У цьому приладі тонкий дріт міститься по осі порожнього металевого циліндра.

При напрузі між дротом та циліндром у просторі між ними виникає неоднорідне електричне поле з максимальною напруженістю біля дроту. Коли напруженість поля поблизу дроту наближається до пробивного значенням напруженості повітря (близько U п =30 000 В/м) між дротом і циліндром запалюється коронний розряд і ланцюга піде струм, тобто. навколо дроту з'являється світіння – корона. Зовнішній вигляд корони при негативному потенціалі дроту (негативна корона) дещо відрізняється від позитивної корони.

При негативному потенціалі дроту електронні лавини починаються біля дроту, поширюються до анода і певній відстані стримери обриваються внаслідок зменшення напруженості поля. У разі позитивної корони електронні лавини зароджуються на зовнішній межі (поверхні) корони та рухаються у напрямку до дроту. На відміну від іскрового розряду в коронному розряді має місце неповний пробій газового проміжку, тому що в ньому електронні лавини не проникають крізь увесь шар газу E = .

Усередині корон є і позитивні і негативні іони. За межами корони будуть іони лише одного знака: негативні за негативної корони; позитивні іони за позитивної корони.

Коронний розряд може виникнути не тільки у дроту, а й у вістря і взагалі у всіх електродів, біля яких утворюється дуже неоднорідне поле. Коронний розряд супроводжується шиплячим звуком і легким потріскуванням. Коронний розряд з'являється на високовольтних лініях електропередачі та викликає витоку електронних зарядів, тобто. електроенергії.

Використання коронного розряду.

1. Електричне очищення газів (електрофільтри). Відомий такий досвід - посудина, наповнена димом, моментально стає абсолютно прозорою, якщо внести в неї гострі металеві електроди, що знаходяться під високою напругою.

Цей ефект використовується для очищення газів. Тверді і рідкі частинки в газі, що містяться, в коронному розряді взаємодіють з іонами і стають зарядженими частинками (іони «прилипають» до частинок пилу) і далі прямують до електродів і осаджуються. Крім того, такі електрофільтри дозволяють витягти з газів багато тонн цінних продуктів у виробництві сірчаної кислоти та кольорових металів у лінійному виробництві.

2. Лічильники електронних частинок.

Напруга U вибирають таким, щоб вона була дещо меншою за «критичний», тобто. необхідного запалювання коронного розряду всередині лічильника. При попаданні в лічильник електрона, що швидко рухається, він іонізує молекули газу всередині обсягу, від чого напруга запалення корони знижується. У лічильнику виникає розряд, а ланцюга з'являється слабкий короткочасний імпульс струму. Для реєстрації сигналу використовується чутливий електрометр Е, щоразу при попаданні частки (навіть одного електрона) обсяг лічильника листочки електрометра дають покидьок.

§7. Класифікація електричних розрядів.

Електричні розряди у газах протікають по-різному, тобто. у розряді реалізується ті чи інші фундаментальні (елементарні) процеси, які є для даного виду розряду та визначають його форму; його характерні риси.

Як ми вже знаємо, є обмежена кількість елементарних процесів, які можуть реалізуватися в обсязі газового розряду, ще раз перерахуємо ці процеси:

1) Зіткнення частинок газу результат: обмін енергіями, імпульсом, збудження атомів, іонізація.

2) Приєднання електронів результату: виникає негативний іон, зменшується концентрація електронів.

3) Рекомбінація результату: народжується випромінювання (фотон).

4) Отримання та випромінювання випромінювання в обсязі розряду.

5) Дифузія заряджених частинок.

6) Електродні ефекти: термоелектронна емісія; зовнішній фотоефект, емісія при електронному ударі; емісія при ударі позитивних іонів: емісія при ударі нейтральних атомів; автоелектронна емісія.

Одночасно всі ці елементарні фундаментальні процеси в розрядах не реалізуються. Залежно та умовами реалізуються деякі процеси, і це набір елементарних процесів визначає основні властивості розряду, тобто. Цей вид розряду відрізняється від іншого набором елементарних процесів. Сам цей набір або вид розряду визначається такими параметрами системи: - величиною струму напругою між електродами; тиском газу, геометрією розрядної камери, матеріалом електродів та станом їх поверхні, температурою електродів та ін.

Вид розряду в основному визначається напругою на електродах, величиною струму розряду та тиском у розрядній камері. При цьому напруга та струм є незалежним параметрами системи.

Таким чином, залежність напруги від струму стає найважливішою інтегральною характеристикою електричного розряду U = f(I) ще називається вольт-амперною характеристикою розряду. Вона формується залежно від внутрішніх процесів, отже, нею можна визначити вид розряду.

Отже, розглянемо, як один вид розряду переходимо до іншого виду за допомогою вольт-амперної характеристики.

Ділянка ОВ – несамостійний темний розряд, освіта носіїв струму відбувається лише за рахунок зовнішнього іонізатора, на ділянці ОА реалізується рекомбінація, на АВ – всі заряди досягають електродів, рекомбінацію зарядів можна знехтувати.

За точкою починається іонізація нейтральних частинок електронним ударом, виникають лавини електронів та іонів. Однак, якщо прибрати зовнішній іонізатор, розряд припиняється. Це несамостійний таунсендівський розряд – це ділянка ВС.

На ділянку CD помітну роль грають вторинні електрони, що вибиваються з катода позитивними іонами, світловими квантами, збудженими молекулами. Необхідність у підтримці іонізації за рахунок енергії зовнішніх джерел відпадає – розряд стає самостійним, його ще називають самостійним таунсендівським розрядом (це ділянка РЄ).

На ділянці EF таунсендовський розряд переходить у нормальний тліючий розряд, якому відповідає ділянка FH. На ділянку ПК зі зростанням підвищується напруга. Розряд, відповідний ділянці ПК називається аномальним тліючим розрядом.

Далі зі зростанням струму збільшується температура катода, посилюється роль термоелектронної емісії, контрагується розряд і утворюється дуговий розряд. Дуговий розряд підтримується з допомогою термоелектронної емісії з катода.

Стаціонарний тліючий розряд за низького тиску.

Зі зростанням струму самостійний таунсівський розряд (ділянка СЕF) може розвиватися по-різному і мати кілька форм. Якщо при тиску близько 1 мм. рт. ст. розряд відбувається між електродами, підключеними до джерела постійного струму, реалізується нормальний розряд.

Ділянка FH вольт-амперної характеристики відповідає розряду, що тліє. Відмінною ознакою тліючого розряду є своєрідне розподілення потенціалу вздовж довжини міжелектродного проміжку. Розподіл потенціалу призводить до того, що тліючий розряд має характерний неоднорідний вигляд, отже, і неоднорідну структуру, розряд здається хіба що розділеним на частини. Тліючий розряд складається з прикатодної області і позитивного стовпа.

Розглянемо різні частини розряду. Від катода до анода.

Катодна область розряду.

Електрони, необхідні підтримки розряду, переважно емітується при бомбардуванні катода позитивними іонами. Вторинні електрони виходять з катода маючи малі швидкості, внаслідок цього вони (поблизу поверхні утворюють негативний просторовий заряд) ще не мають достатні енергії для збудження молекул газу, тому молекули не випромінюють, і безпосередньо біля поверхні катода утворюється темне просторово, заповнене повільними електронами. Цей дуже тонкий шар газу, що не світиться, називається - темний простір Астона. Струм у цій галузі в основному створюється позитивними іонами.

Далі електрони прискорюються полем, кінетична енергія електронів стає достатньою для збудження молекул газу і це спричиняє виникнення тонкого шару газу, що світить, званого першим катодним світінням. У цій галузі електрони при зіткненнях часткового або повністю втрачають швидкість. Тому за першим катодним світінням утворюється наступний темний катодний простір. У цій галузі відбувається слабка рекомбінація електронів з позитивними іонами, тому відбувається дуже слабке випромінювання. У темному катодному просторі електрони сильно розганяються до швидкостей, у яких вони інтенсивно іонізують молекул газу, отже, і розмножуються.

Наприкінці другого темного катодного простору число електронів вже настільки велике, що струм майже повністю переноситься електронами, і вони помітно зменшують позитивний просторовий заряд, утворюють навіть область негативного просторового заряду. У цій галузі припиняється подальше прискорення електронів, а енергія, накопичена в області другого катодного темного простору, витрачається в основному на інтенсивне збудження та іонізації молекул. Це відбувається в області другого катодного світіння (негативне катодне свічення). В результаті енергія електронів зменшується, поступово інтенсивність збудження та іонізації також зменшується, отже, падає число електронів (і за рахунок рекомбінації та дифузії), настільки, що негативний просторовий заряд звертається в нуль. Відповідно змінюється напруженість електричного поля і в точці зникнення негативного заряду Е набуває постійного значення (близько 1 В/см) і не змінюється до прианодної області заряду. У цьому місці починається позитивний стовп тліючого розряду.

Простір, який займає темний простір Астона першим катодним світінням і другим темним простором, називається областю катодного падіння потенціалу. Як видно з малюнка, падіння потенціалу між електродами майже повністю реалізується на незначній ділянці катода. Довжина цієї ділянки змінюється обернено пропорційного тиску газу. При Р = 1 мм рт. dc становить близько 10 мм, а U=100-250.

У нормальному тліючий розряд щільністю струму при збільшення або зменшення струму розряду залишається постійною. Але залежить від тиску Р і змінюється згідно із законом P 2 . Наприклад, при P = 1 мм рт. щільність у середньому j= 0,1 мА/см 2 = 1 10 4 А/см 2 . Але jзалежить ще від природи газу та від матеріалу катода. З I=jSслід, що з малому струмі частина площі бере участь у розряді.

У умовах залишається постійним і катодне падіння потенціалу U k . Для діапазону тиску від 1-10 мм рт.ст. значення U k не залежить від тиску і однозначно визначається природою газу та матеріалу катода. Приклади

Зі зростанням струму розряду настає момент, коли вся площа катода бере участь у розряді, з цього моменту з подальшим зростанням струму починається збільшення катодного падіння потенціалу. Напруженість поля Е зростає доти, доки забезпечується необхідна іонізація підтримки зростання струму. У умовах нормальний тліючий розряд перетворюється на аномальний тліючий розряд.

де, k - Константа, що залежить від виду газу та матеріалу катода.

Позитивний стовп.

Позитивний стовп складається з плазми, а плазма є нейтральним електропровідним середовищем. Тому позитивний стовп тліючого виконує роль звичайного провідника, що з'єднує прикатодну з прианодной частиною розряду. На відміну від інших частин тліючого розряду, які мають конкретні розміри, і структуру, що залежать від виду газу, його тиску та щільності розрядного струму, довжина позитивного стовпа визначається розмірами розрядної камери, а по структурі стовп є іонізованим газом ( n e ≈ n i), тобто. він може мати будь-яку довжину. Напруженість поля порядку 1 В/см із зростанням тиску має тенденцію зростати. Напруженість змінюється також при зміні радіусу камери (трубки) - стиснення розряду збільшує поле: Е завжди набуває значення, якраз достатнє для підтримки в стовпі того ступеня іонізації, який потрібний для стаціонарного горіння розряду. Енергія в стовпі є достатньою для іонізації. І процес іонізації компенсує спад електронів та іонів за рахунок рекомбінації та дифузії з подальшою нейтралізація на електродах та на стінках камери світіння позитивного стовпа пов'язане всіма цими процесами. На відміну з інших частин, позитивному стовпі тліючого розряду хаотичний рух заряджених частинок переважає над спрямованим.

Анодна область.

Анод притягує електрони з позитивного стовпа і біля місця прив'язки утворюється негативний просторовий заряд і зростання напруженості поля, у результаті відбувається перенесення струму розряду до поверхні анода. Область анодного падіння є пасивною частиною розряду. Анод не емітує зарядів. Тліючий розряд може існувати без анодної області, так само без позитивного стовпа. Позитивний стовп розряду не залежить від приелектродних процесів. Відмінністю катодних елементів є переважно спрямований рух електронів та іонів.

Застосування тліючого розряду.

Тліючий розряд у розряджених газах знаходить різноманітне застосування в газонаповнених випрямлячах, перетворювачах, індикаторах, стабілізаторах напруги, газосвітніх лампах денного світла. Наприклад, в неонових лампах (для цілей сигналізації) тліючий розряд використовується в неоні, електроди покривають шаром барію і вони мають катодне падіння потенціалу порядку 70 і запалюються при включенні в освітлювальну мережу.

У лампах денного світла тліючий розряд відбувається в парах ртуті. Випромінювання ртутної пари поглинається шаром люмінофора, яким покрита внутрішня поверхня газосвітної трубки.

Тліючий розряд використовується також для катодного розпилення металів. Поверхня катода при тліючому розряді внаслідок бомбардування позитивними іонами газу сильно нагрівається окремих малих ділянках і тому поступово перетворюється на пароподібний стан. Поміщаючи предмети поблизу катода розряду, можна покрити рівномірним шаром металу.

В останні роки тліючий розряд знаходить застосування в плазмохімії та лазерній техніці. Вони тліючий розряд використовується в аномальному режимі при підвищеному тиску.

1. p = 6,7 кПа ≈ 50 мм. рт. ст.

v= 15,7 м/с

2. p = 8 кПа ≈ 60 мм. рт. ст.

v= 21м/c

Типові вольт – амперні характеристики тліючого розряду в поперечному потоці повітря.

1мм. рт. ст. = 133 Па. 1кПа = 1000/133 = 8мм.рт.ст.