Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Визуально, при достижении напряжения зажигания самопод-держивающейся короны, наблюдается следующая картина. Сначала, пока напряжение равно минимальному значению зажигания, наблюдается так называемая вспышечная прерывистая корона, характеризуемая возникновением на осциллограммах характерных коронных импульсов Тричела. Появление этих импульсов имеет ту же природу, что и в отрицательной короне, с тем отличием, что поле острия экранируется теперь отрицательными ионами. Подтверждение этому факту состоит в том, что в газах, молекулы которых обладают малым сродством к электрону, импульсы Тричела не наблюдаются, а добавление даже небольшой примеси O2 сразу ведет к появлению таких импульсов.
Прерывистая корона представляет собой яркое голубое свечение около острия, причем, если напряжение примерно на 50—150 в выше минимального, появляются предначальные стримеры, которые существуют до появления устойчивой, самоподдерживающейся вспы-шечной короны. При дальнейшем увеличении напряжения стримеры, вызывающие вспышечный импульс, образуют пространственный заряд, экранирующий поле острия, что препятствует возникновению новых стримеров. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к возрастанию частоты повторения вспышечных импульсов (каждый из них подавляется собственным пространственным зарядом). Самоподдерживающаяся корона между последовательными импульсами не исчезает.
233
При еще более высоких полях возможно образование катодного стримера, способного распространиться на большие расстояния и вызвать пробой всего промежутка.
Для того чтобы пользоваться любым из критериев зажигания короны, надо знать явную зависимость а (z), которая может быть получена, если известно распределение поля в промежутке. Приведем поэтому ряд формул для поля в зависимости от геометрии раз-р яд ного п ромежу тк а.
Если рассматривать острие, как половину вытянутого вдоль направления поля эллипсоида вращения, который расположен на эквипотенциальной поверхности электрода, то поле вокруг полу-эллипсоида за счет электрического изображения его в электроде будет таким же, как в отсутствие электрода оно было бы от целого эллипсоида, т. е., как легко получить из (6.51),
E=E0 г/ а/" __, . (8.26)
In [(2/е) У а/г]
Здесь а — длина большой полуоси эллипсоида; г — радиус кривизны его концов.
Для боковых точек эллипсоида эту величину следует умножить на косинус угла между нормалью поверхности эллипсоида и осью z [8] (ось г направлена вдоль поля):
COS (л, г) = ¦ , ....г,а2 - . (8.27)
"I/z2/a4 + (l/ar) (I-Z2Ia2)
При а^> г это выражение можно переписать в виде
COS (п, г) = —. (8.28)
а у а1—Z1
Вдали от вершины эллипсоида Z2 <? а2 и 7
E = W~- ,„1,2,»" Wl ¦ <8'29)
Таким образом, электрическое поле оказывается усиленным не только вблизи вершицы эллипсоида, HO в меньшей степени и по всей его длине.
Пусть теперь к разрядному промежутку шириной d между острием и плоскостью приложена некоторая разность потенциалов V. Наличие эллипсоидального острия вызывает усиление этого поля
по сравнению с однородным E0 = Vld примерно в |
раз. Следовательно, напряженность поля у острия может достигнуть пробивного значения уже тогда, когда средняя напряженность E0 еще гораздо^меньше пробивного значения. Вблизи острия создаются условия для пробоя, т. е. для свечения и ионизации, и острие начинает коронировать.
234
Распределение поля в разрядном промежутке при наличии эл липсоидального острия может быть найдено по формуле [8]
lu Z + / __ У*
E = E0I I-----------z-f-~ г2~Г |, (8.30)
2 In
Т-І)
где f — фокусное расстояние эллипсоида.
Напряженность поля между коаксиальными цилиндрами рассчитывается по формуле [7]
E =-------------, (8.31)
Г In (Rt/Ri) 1
где V — разность потенциалов между цилиндрами; г— расстояние от оси цилиндров; < г < R2] Ri и R2— радиусы внутреннего и внешнего цилиндров соответственно.
Напряженность поля E на расстоянии z от параболического острия вдоль общей оси двух параболических электродов можно вычислять по формуле [7]
E = — --------------— , (8.32)
In WF) z+f, v
где f— фокусное расстояние острия; F— фокусное расстояние параболоида с большим радиусом кривизны.
В промежутке, образованном гиперболическим острием с радиусом кривизны г и плоскостью, напряженность поля на расстоянии z от острия [7]
E =------—----- •—— , (8.33)
г Ig (4а/г) г+г
где а — расстояние между острием и плоскостью; V — потенциал острия.
Расчет напряжения зажигания короны представляет собой весьма сложную задачу, так как нет надежных данных о всех параметрах, входящих в критерии пробоя. Положение здесь осложняется еще тем, что вблизи острия при наличии резкой неоднородности ПОЛЯ электроны могут не достигать своего конечного распределения по энергии, и поэтому функция a (z) может нуждаться в поправке. По оценкам Мортона и др. [7], этот эффект наблюдается, когда характерный размер неоднородности поля достигает 2,5% средней линии свободного пробега электрона.
8.6. Распространение стримера в неоднородном поле
