Types de décharge électrique dans les gaz

La décharge électrique dans les gaz comprend tous les cas de mouvement dans les gaz sous l'action d'un champ électrique de particules chargées (électrons et ions) à la suite de processus d'ionisation... Une condition préalable à l'apparition d'une décharge dans les gaz est la présence de libre charges en elle - électrons et ions.

Un gaz composé uniquement de molécules neutres ne conduit pas du tout de courant électrique, c'est-à-dire un diélectrique idéal... En conditions réelles, du fait de l'action des ioniseurs naturels (rayonnement ultraviolet du Soleil, rayons cosmiques, rayonnement radioactif de la Terre, etc.), le gaz contient toujours une certaine quantité de charges libres — ions et électrons, qui lui confèrent une certaine conductivité électrique.

La puissance des ioniseurs naturels est très faible: du fait de leur action, environ une paire de charges se forme dans l'air chaque seconde par centimètre cube, ce qui correspond à une augmentation de la densité volumique des charges po = 1,6-19 CL / (cm3 x po). La même quantité de charges subit une recombinaison chaque seconde. Le nombre de charges dans 1 cm3 d'air en même temps reste constant et égal à 500-1000 paires d'ions.

Ainsi, si une tension est appliquée aux plaques d'un condensateur à air plat avec une distance S entre les électrodes, alors un courant s'établira dans le circuit, dont la densité est J = 2poS = 3,2×10-19 S A / cm2 .

L'utilisation d'ioniseurs artificiels augmente plusieurs fois la densité de courant dans le gaz. Par exemple, lorsque l'espace de gaz est éclairé avec une lampe à mercure-quartz, la densité de courant dans le gaz augmente à 10 - 12 A / cm2; en présence d'une décharge sincère proche du volume ionisé, courants de l'ordre de 10-10 A/cm2, etc.

Considérez la dépendance du courant traversant un entrefer de gaz avec un champ électrique uniforme sur la valeur de la tension appliquée i (Fig. 1).

Riz. 1. Caractéristiques courant-tension de la décharge gazeuse

Initialement, lorsque la tension augmente, le courant dans l'entrefer augmente du fait que la quantité croissante de charges tombe sous l'action d'un champ électrique sur les électrodes (section OA). Dans la section AB, le courant ne change pratiquement pas, car toutes les charges formées dues aux ioniseurs externes tombent sur les électrodes. Le courant de saturation Is est déterminé par l'intensité de l'ioniseur agissant sur l'entrefer.

Avec une nouvelle augmentation de la tension, le courant augmente fortement (section BC), ce qui indique le développement intensif des processus d'ionisation des gaz sous l'action d'un champ électrique. A la tension U0, on observe une forte augmentation du courant dans l'entrefer, qui dans ce cas perd ses propriétés diélectriques et se transforme en conducteur.

Le phénomène dans lequel un canal à haute conductivité apparaît entre les électrodes de l'espace gazeux est appelé claquage électrique (le claquage dans un gaz est souvent appelé décharge électrique, ce qui signifie l'ensemble du processus de formation du claquage).

La décharge électrique correspondant à la section de la caractéristique OABS est dite dépendante, car dans cette section, le courant dans l'entrefer de gaz est déterminé par l'intensité de l'ioniseur actif. La décharge dans la section après le point C est dite indépendante, car le courant de décharge dans cette section ne dépend que des paramètres du circuit électrique lui-même (sa résistance et la puissance de la source d'alimentation) et pour son entretien, la formation de particules chargées due à des ioniseurs externes n'est pas nécessaire. La tension Wo à laquelle commence l'autodécharge est appelée tension initiale.

Formes d'autodissolution en gaz selon les conditions dans lesquelles s'effectue la décharge, elles peuvent être différentes.

À basse pression, lorsqu'en raison du petit nombre de molécules de gaz par unité de volume, l'espace ne peut pas acquérir une conductivité élevée, et une décharge luminescente... La densité de courant dans une décharge luminescente est faible (1-5 mA / cm2), le la décharge couvre tout l'espace entre les électrodes.

Riz. 2. Décharge luminescente dans le gaz

À une pression de gaz proche de la pression atmosphérique et supérieure, si la puissance de la source d'alimentation est faible ou si la tension est appliquée à l'entrefer pendant une courte période, il y a une décharge par étincelle... Un exemple de décharge par étincelle est la décharge en forme d'éclair… Lors d'une exposition prolongée à la tension, la décharge d'étincelles prend la forme d'étincelles qui apparaissent alternativement entre les électrodes.

Riz. 3. Décharge sincère

Dans le cas d'une puissance importante de la source d'énergie, la décharge par étincelle se transforme en un arc, dans lequel un courant peut traverser l'espace, atteignant des centaines et des milliers d'ampères. Un tel courant contribue à chauffer le canal de décharge, augmentant sa conductivité, et par conséquent, une nouvelle augmentation de courant est obtenue. Étant donné que ce processus prend un certain temps, avec une application de tension à court terme, la décharge d'étincelle ne se transforme pas en décharge d'arc.

Riz. 4. Décharge d'arc

Dans les champs hautement inhomogènes, l'autodécharge commence toujours sous la forme d'une décharge corona, qui ne se développe que dans la partie de l'entrefer où l'intensité du champ est la plus élevée (près des arêtes vives des électrodes). Dans le cas d'une décharge corona, une conductivité élevée à travers un canal ne se produit pas entre les électrodes, c'est-à-dire que l'espace conserve ses propriétés isolantes. Au fur et à mesure que la tension appliquée augmente, la décharge corona se transforme en une décharge de bonne foi ou en arc.

Décharge couronne - le type de décharge électrique stationnaire dans un gaz de densité suffisante, se produisant dans un champ électrique inhomogène fort. L'ionisation et l'excitation des particules de gaz neutre par avalanches d'électrons sont localisées dans une quantité limitée de zone (couronne coronale ou zone d'ionisation) d'un fort champ électrique à proximité d'une électrode à faible rayon de courbure. La lueur bleu pâle ou violette du gaz à l'intérieur de la zone d'ionisation, par analogie avec le halo de la couronne solaire, a donné le nom à ce type de décharge.

En plus du rayonnement dans le visible, l'ultraviolet (principalement), ainsi que dans les longueurs d'onde plus courtes du spectre, la décharge corona s'accompagne du mouvement des particules de gaz de l'électrode corona - la soi-disant "Vent électrique", bourdonnement, parfois émission radio, chimie, réactions (par exemple, la formation d'ozone et d'oxydes d'azote dans l'air).

Riz. 5. Décharge corona dans le gaz

Les régularités d'apparition des décharges électriques dans différents gaz sont les mêmes, la différence réside dans les valeurs des coefficients caractérisant le processus.