Что такое коронарные разряды

8

Коронные разряды или огни святого Эльма

. Большой отряд воинов Древнего Рима находился в ночном походе. Надвигалась гроза. И вдруг над отрядом показались сотни голубоватых огоньков. Это засветились острия копий воинов. Казалось, железные копья солдат горят не сгорая!

Природы удивительного явления в те времена никто не знал, и солдаты решили, что такое сияние на копьях предвещает им победу. Тогда это явление называли огнями Кастора и Поллукса — по имени мифологических героев-близнецов. А позднее переименовали в огни Эльма — по названию церкви святого Эльма в Италии, где они появлялись.

Особенно часто такие огни наблюдали на мачтах кораблей. Римский философ и писатель Луций Сенека говорил, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Среди многочисленных рассказов об этом интересно свидетельство капитана одного английского парусника.

Случилось это в 1695 году, в Средиземном море, у Балеарских островов, во время грозы. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут моряки увидели в разных местах корабля больше тридцати огней Эльма. На флюгере большой мачты огонь достиг более полуметра в высоту. Капитан послал матроса с приказом снять его. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему приказали снять его вместе с флюгером и принести вниз. Но как только матрос снял флюгер, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.

Еще более впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нокреи, ноки грузовых стрел — все светилось. Казалось, что на шканцах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нокрей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом:

«Словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава. »

Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.

Американский метеоролог Хэмфри, наблюдавший огни Эльма на своем ранчо, свидетельствует: это явление природы, «превращая каждого быка в чудище с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъестественного». Это говорит человек, который по самому своему положению не способен, казалось бы, удивляться подобным вещам, а должен принимать их без лишних эмоций, опираясь только на здравый смысл.

Можно смело утверждать, что и ныне, несмотря на господство, — далеко, правда, не повсеместное, — естественнонаучного мировоззрения, найдутся люди, которые, окажись они в положении Хэмфри, увидели бы в огненных бычьих рогах нечто неподвластное разуму. О средневековье и говорить нечего: тогда в тех же рогах усмотрели бы, скорее всего, происки сатаны.

Коронный разряд, электрическая корона, разновидность тлеющего разряда, который возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). При Коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя.

Примыкающая к короне несветящаяся («тёмная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (святого Эльма огни), вокруг проводов линий электропередач и т. д Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчётливо он проявляется при давлениях не ниже атмосферного.

Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества.

При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток — ион.

Свободный электрон при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон и свободный положительный ион. Электроны при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляет их на электроны и свободные положительные ионы и т.д.

Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома — работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов.

Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому этот процесс был назван ионной лавиной.

Натянем на двух высоких изолирующих подставках металлическую проволоку ab, имеющую диаметр несколько десятых миллиметра, и соединим ее с отрицательным полюсом генератора, дающего напряжение несколько тысяч вольт. Второй полюс генератора отведем к Земле. Получится своеобразный конденсатор, обкладками которого являются проволока и стены комнаты, которые, конечно, сообщаются с Землей.

Поле в этом конденсаторе весьма неоднородно, и напряженность его вблизи тонкой проволоки очень велика. Повышая постепенно напряжение и наблюдая за проволокой в темноте, можно заметить, что при известном напряжении возле проволоки появляется слабое свечение (корона), охватывающее со всех сторон проволоку; оно сопровождается шипящим звуком и легким потрескиванием.

Если между проволокой и источником включен чувствительный гальванометр, то с появлением свечения гальванометр показывает заметный ток, идущий от генератора по проводам к проволоке и от нее по воздуху комнаты к стенам, между проволокой и стенами переносится ионами, образованными в комнате благодаря ударной ионизации.

Таким образом, свечение воздуха и появление тока указывает на сильную ионизацию воздуха под действием электрического поля. Коронный разряд может возникнуть не только вблизи проволоки, но и у острия и вообще вблизи любых электродов, возле которых образуется очень сильное неоднородное поле.

Применение коронного разряда

Электрическая очистка газов (электрофильтры). Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твердые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только и проволоки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы прилипают к частицам пыли и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.

Счетчики элементарных частиц

Счетчик элементарных частиц Гейгера — Мюллера состоит из небольшого металлического цилиндра, снабженного окошком, закрытым фольгой, и тонкой металлической проволоки, натянутой по оси цилиндра и изолированной от него. Счетчик включают в цепь, содержащую источник тока, напряжение которого равно нескольким тысячам вольт. Напряжение выбирают необходимым для появления коронного разряда внутри счетчика.

При попадании в счетчик быстро движущегося электрона последний ионизирует молекулы газа внутри счетчика, отчего напряжение, необходимое для зажигания короны, несколько понижается. В счетчике возникает разряд, а в цепи появляется слабый кратковременный ток. Чтобы обнаружить его, в цепь вводят очень большое сопротивление (несколько мегаом) и подключают параллельно с ним чувствительный электрометр. При каждом попадании быстрого электрона внутрь счетчика листка электрометра будут откланяться.

Подобные счетчики позволяют регистрировать не только быстрые электроны, но и вообще любые заряженные, быстро движущиеся частицы, способные производить ионизацию путем соударений. Современные счетчики легко обнаруживают попадание в них даже одной частицы и позволяют поэтому с полной достоверностью и очень большой наглядностью убедиться, что в природе действительно существуют элементарные заряженные частицы.

Громоотвод

Подсчитано, что в атмосфере всего земного шара происходит одновременно около 1800 гроз, которые дают в среднем около 100 молний в секунду. И хотя вероятность поражения молнией какого-либо отдельного человека ничтожно мала, тем не менее молнии причиняют немало вреда. Достаточно указать, что в настоящее время около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи вызывается молниями. Поэтому, защита от молнии представляет собой важную задачу.

Ломоносов и Франклин не только объяснили электрическую природу молнии, но и указали, как можно построить громоотвод, защищающий от удара молнии. Громоотвод представляет собой длинную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки соединяют с металлическим листом, а лист закапывают в Землю на уровне почвенных вод.

Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли появляется большое электрическое поле. Напряженность его очень велика около острых проводников, и поэтому на конце громоотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния все же возникает (а такие случаи очень редки), она ударяет в громоотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя вреда зданию.

В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Лекция №10 Коронный разряд

Непременным условие возникновения коронного разряда является резкая неоднородность электрического поля (у электрода поле должно быть сильнее чем в межэлектродном промежутке). Так обычно бывает, когда характерный размер электрода гораздо меньше межэлектродного расстояния.

Имеющиеся для простых геометрий точные решения уравнений электростатики незаменимы при построении теории короны и интерпретации экспериментов

Характерное давление существования коронного разряда

Коронный разряд принадлежит к числу самостоятельных, и условие его возникновения отражает физический механизм воспроизводства электронов в той области усиленного поля, где происходит ионизация. Механиз размножения электронов существенно зависит от полярности коронирующего электрода.

Вкоронирующем слое поле велико, электроны ионизуют и возбуждают атомы

При ионизации нет, есть только дрейф

Отрицательная корона

Если электрод является катодом(такую корону называют отрицательной), происходит размножение лавин. Вторичным процесом служит эмиссия с катода, а возможно, и фотоионизация в объеме газа. Зажигание отрицательной короны, в принципе, не отличается от таунсендовского пробоя и зажигания темного таунсендовского разряда

На катоде:γ- процессы

В слое– ионизация электронами

Во внешней области: электроны и отрицательные ионы (в воздухе) образуют отрицательный объемный заряд, ограничивающий ток короны даже без добавочноо сопротивления.

Корона – незавершенный пробой – пробой только в области коронирующего слоя

Положительная корона

Если острие, проволока являются анодом (положительная корона), удаленный большой катод, около которого поле слабое, не принимает участия в размножении. Воспроизведение электронов обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе в зоне острия. В отличие от ровного свечения отрицательной короны в положительной наблюдаются светящиеся нити, разбегаюиеся от острия. Пологают, что это — стримеры. В качестве критерия возникновения положительной короны можно принять условие возникновения стримера.

На катоде:нет ничего – очень далеко

В слое– ионизация электронами и возбуждение.

Источник электронов – фотоионизация на границе слоя

Во внешней области: положительный объемный заряд

Замечание: Увеличение напряжения в обоих случаях приводит к полному пробою

Критерии возникновения короны накладывают условие глвным образом на величину масимального поля около коронирующего электрода, которая должна превышать некоторый нижний предел Е_к

Пороговое напряжение для зажигания короны связано с тебуемым значением поля электростатическм законом распределения поля в промежутке. Для критического поля зажигания короны между коаксиальными цилиндрами Пик (1929 г) установил эмпирическую зависимость:

— отношение плотности воздуха к нормальной плотности

— радиус коронирующего электрода

— напряженность электрического поля на поверхности коронирующего электрода

Вольт-амперная характеристика короны

Толщина коронирующего слоя и падение напряжения в нем малы по сравнению с внешней областью

Подвижность частиц – b( и для электронов и для ионов)

Погонная плотность тока:

— ток на внешний электрод (*)

Можно считать, что

изJ=const

Для цилиндра при отсутсвии пространственного заряда

Считаем

=>

— напряженность электрического поля на внутренней границе (внешней является разряд

интегрируем от доR,и

Т.к.

(**)

можно считать равной на этом значении поля перкращается пробой

(пространственный заряд мал, поэтому используются формулы электростатики)

Подставляем E_Rв формулу для погонной плотности тока (*)

Подставляем E₀и ρ в выражение дляU(**) и решаем относительноJ:

Если мало , то

Замечание: это очень приближенная теория, т.к. в короне всегда сильные флуктуации

Так как пространсвенный заряд в коронном разряде не очень велик, то для вычиления тока в ней часто используют формулы электростатики.

Контрольные вопросы к лекции №10:

Назовите необходимое условие для зажигания короны?

Какие виды коронного разряда бывают?

Какой механизм размножения частиц при отрицательном коронируюещм электроде?

Какой механизм размножения частиц при положительном коронируюещм электроде?

Коронный разряд

КОРОННЫЙ РАЗРЯД — высоковольтный самостоят. электрический разряд в газе при давлении p?1 атм, возникающий в резко неоднородном электрич. поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (острия, провода). В этих зонах происходят ионизация и возбуждение нейтр … Физическая энциклопедия

КОРОННЫЙ РАЗРЯД — электрический разряд в газе, возникающий обычно при давлении не ниже атмосферного, если электрическое поле между электродами (в виде острий, тонких проводов) неоднородно. Ионизация и свечение газа в коронном разряде происходят только в… … Большой Энциклопедический словарь

коронный разряд — коронный разряд; корона Разряд, при котором сильно неоднородное электрическое поле дополнительно заметно искажено объемными зарядами ионов вблизи электродов, где происходит ионизация и возбуждение (свечение) газа или жидкости … Политехнический терминологический толковый словарь

коронный разряд — Более или менее постоянный светящийся электрический разряд в атмосфере, исходящий от возвышающихся над землей предметов или от летящих воздушных судов, иногда сопровождается треском. Syn.: огни святого Эльма … Словарь по географии

коронный разряд — корона — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы корона EN coronacorona discharge … Справочник технического переводчика

Коронный разряд — У этого термина существуют и другие значения, см. Разряд … Википедия

коронный разряд — электрический разряд в газе, возникающий обычно при давлении не ниже атмосферного, если электрическое поле между электродами (в виде острых, тонких проводов) неоднородно. Ионизация и свечение газа в коронном разряде происходят только в… … Энциклопедический словарь

коронный разряд — корона, электрический разряд в газе, возникающий обычно при давлении не ниже атмосферного, если электрическое поле вблизи одного или обоих электродов резко неоднородно. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности… … Энциклопедия техники

коронный разряд — vainikinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. corona discharge vok. Koronaentladung, f rus. коронный разряд, m pranc. décharge en couronne, f … Fizikos terminų žodynas

Что такое коронный разряд?

Коронный разряд образуется на заостренных предметах, находящихся под высоким напряжением. Он проявляется в виде бледно-голубого или ультрафиолетового свечения, напоминающего корону.

Что такое коронный разряд?

Коронный разряд — это самостоятельный газовый разряд, который возникает в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (например, тонкие провода или острия).

Главное условие для образования разряда — повышенная напряженность электрического поля возле острия. В тот момент, когда напряженность поля достигает предельного значения (для воздуха — около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны, за что разряд и получил свое название.

Коронный разряд может возникать в природных условиях, например на верхушках деревьев, мачтах или вершинах скал при большой напряженности электрического поля в атмосфере. Разряды в форме светящихся пучков или кисточек образуются в моменты, когда напряженность электрического поля в атмосфере у острия достигает величины порядка 500 В/м и выше. Чаще всего это бывает во время грозы или при ее приближении. Такое явление получило название «огни святого Эльма» (Эльм (Эразм) Антиохийский — христианский святой (умер около 303 года), которого католики считают покровителем моряков. Согласно поверью, для моряка увидеть огни святого Эльма сулило надежду на успех, а во время опасности — на спасение).

Где и для чего используется коронный разряд?

Коронный разряд используется на производстве, в медицине, электрографии, электроокраске, сельском хозяйстве, текстильной промышленности, ядерной физике (счетчики медленных нейтронов) и других областях. Так, контролируемый коронный разряд применяют в электростатических фильтрах для очистки промышленных газов от жидких и твердых частиц. С помощью такого устройства можно очистить, например, воздух в литейных цехах цветных металлов и на других вредных производствах.

Кроме того, коронный разряд используют для диагностики состояния различных конструкций (например, чтобы обнаруживать трещины). В копировальной технике и лазерных принтерах он используется для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и снятия остаточного заряда с барабана.

В медицине коронный разряд может использоваться при аэроионотерапии. Это метод физиотерапии, основанный на воздействии аэроионов — электрически заряженных частиц воздуха — на организм человека.