39166

Исследование коронного разряда в плотном газе

Лабораторная работа

Физика

Коронный разряд является самостоятельным разрядом в сравнительно плотном газе. Если к двум электродам между которыми находится газовый промежуток приложить электрическое поле то при определенной разности потенциалов между электродами которую назовем критической и обозначим через...

Русский

2015-01-19

90.7 KB

4 чел.

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический

Университет «ЛЭТИ» им.В.И.Ульянова(Ленина)

Кафедра ЭПУ


Лабораторная работа №2

«Исследование коронного разряда»

Руководитель:                      Петрова Е.А.

Студент группы 0201:              Ишутов Г.С.

Цель работы: ознакомление с основными свойствами коронного разряда.

Основные положения:Коронный разряд является самостоятельным разрядом в сравнительно плотном газе. Если к двум электродам, между которыми находится газовый промежуток, приложить электрическое поле, то при определенной разности потенциалов между электродами, которую назовем критической и обозначим через U0, возникает коронный разряд. Его появление существенным образом зависит от конфигурации электродов. Легче всего коронный разряд возникает между остриями, тонкими проволочками, шарами малого диаметра и т. п. Внешне коронный разряд проявляется в том, что в небольшом объеме газа (воздуха) около одного или обоих электродов возникает слабое свечение (в воздухе – сине-зеленого цвета). При прочих равных условиях вероятность появления свечения вокруг электрода, а, следовательно, короны, тем больше, чем меньше радиус кривизны электродов. Электрод, вокруг которого наблюдается свечение, называют коронирующим электродом. Свечение, возникающее при коронном разряде около электрода, связано с элементарными процессами, происходящими на границе электрод - воздух или в объеме воздуха вблизи электрода. В результате элементарных процессов в небольшом объеме воздуха вблизи электрода протекают ионизация, возбуждение, диссоциация молекул азота и кислорода. Если коронирующий электрод присоединить к положительному полюсу источника питания, то коронный разряд называется положительной короной. При присоединении коронирующего электрода к отрицательному полюсу - отрицательной короной. Практически различия между спектральным составом свечения, возникающего при положительной и отрицательной короне, не существует, хотя есть некоторая разница в самом характере свечения. В случае положительной короны свечение вокруг коронирующего электрода распределяется равномернее, чем при отрицательной короне. В последнем случае свечение сосредоточено у отдельных точек коронирующего электрода. Кроме того, критические потенциалы коронного разряда и искрового пробоя Uп неодинаковы. Возникновение коронного разряда объясняется, появлением вблизи коронирующего электрода резкой неоднородности электрического поля, значительно превосходящей напряженность электрического поля на других участках воздушного промежутка между электродами. Для возникновения коронного разряда напряженность поля у электрода должна превосходить электрическую прочность воздуха. В результате большой напряженности электрического поля слой воздуха вблизи коронирующего электрода, будет пробит и станет проводящим. При этом около электрода возникает корона. Радиус проводящего слоя возрастает до тех пор, пока на его границе напряженность электрического поля не станет равной электрической прочности воздуха. Таким образом, при коронном разряде пробой газа распространяется не на весь воздушный междуэлектродный промежуток. Если приложенную к электродам разность потенциалов увеличивать сверх критического потенциала U0, то с повышением U - сила разрядного тока быстро увеличивается, а толщина коронирующего слоя около электрода возрастает. Когда разность потенциалов между электродами достигает нового значения Uп, наступает искровой пробой всего газового промежутка.

 И положительная, и отрицательная корона сопровождается в воздухе характерным звуковым явлением - шипением. Это шипение носит несколько различный характер в случае положительной и отрицательной короны и при каждой из них изменяется с изменением силы коронного тока. Таким образом, уже непосредственное визуальное наблюдение коронного разряда указывает на ряд прерывистых явлений в короне. Прерывистый характер коронного разряда был обнаружен Тричелем. Коронный ток, как показал Тричель, слагается из периодических и правильно чередующихся импульсов. При повышении напряжения сила тока в каждом импульсе остается неизменной, а общая сила тока коронного разряда увеличивается за счет увеличения частоты чередования импульсов.Каждый регулярный импульс представляет собой обычным образом развивающийся ряд лавин, сопровождаемой фотоионизацией в окружающем объеме газа. Как показали исследования, прерывистые явления тока коронного разряда наблюдались только в электроотрицательных газах и при наличии последних в смеси газов хотя бы в небольшом количестве.Частота чередования импульсов Тричеля обуславливается, временем накопления и рассасывания пространственного заряда. Применение: Вольт-амперная характеристика тока коронного разряда данного промежутка I=AkU(U-U0зависит от геометрии промежутка, наполняющего его газа и состояния электродов. В некоторых газоразрядных приборах используется зависимость критического потенциала от одного из параметров разрядного промежутка (приборы для определения температуры, давления, влажности газа).Отрицательный коронный разряд применяется для зарядки и последующего осаждения электрическим полем взвешенных в газе посторонних мелких частиц: пылинок, частиц дыма (аэрозолей) мелко распыленных продуктов и т. д. Такая аппаратура носит название электрофильтра.Если через область с коронным разрядом проходят неодинаковые по размерам и физической природе частицы, то происходит их частичное разделение. Это явление используется в электросепараторах.Коронный разряд также применяется для непрерывного и безинерционного анализа газовых смесей. В этом случае при изменении состава газа в разрядном промежутке изменяется напряжение коронного разряда.Большое различие в подвижности положительных ионов и электронов в разрядном промежутке позволяет использовать коронный разряд также для выпрямления и стабилизации высокого напряжения.В последнее время коронный разряд нашел применение в экспериментальной ядерной физике. Счетчики медленных нейтронов (типа СНМ-9, СНМ-13) работают в режиме коронного разряда. Широкое применение коронный разряд находит в электрографии, в электроокраске, медицине, сельском хозяйстве, в промышленности для нанесения порошковых покрытий, в текстильной промышленности и т. д.

Рис.1 Блок-схема лабораторной установки

Обработка результатов

1.Таблицы экспериментальных данных и графики

А)Отрицательный коронный разряд

S3,1-

S3,2-

S3,3-

S3,4-

S3,5-

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

5

2

5

2

5,75

3

4,5

4,5

5,25

4

5,5

35

5,5

5

6

4,5

5

15

5,5

7

6

72

6

10

6,5

8

5,5

29

6

18

6,25

116

6,5

14

6

45

6,5

27

6,3

80

 

 

Б)Положительный коронный разряд

S3,1+

S3,2+

S3,3+

S3,4+

S3,5+

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

U,кВ

I,мкА

6,5

3

5,5

5

6,5

4

5,35

14

6

5,5

6

9

5,5

15

6,5

25

6,5

13

6

23

6,5

31

 

2.Расчет теоретических зависимостей ВАХ для промежутка игла-плоскость

A)Расчет константы А

)→;где,к-подвижность заряженных частиц (положительная k+= 1.8 1О-4 м2 /В сек, отрицательная 
k
-=1.6*10-4 м2 /В сек),-напряжение возникновения короны;

1.Для 1 иглы =7,5*

2.Для 2 иглы =1,04*

3.Для 3 иглы =1,875*

Б)Теоретические зависимости

 

 

 

Выводы: В данной работе, исследовав коронный разряд, видно, что ВАХ сильно зависит от расстояния между электродами, так же зависит от формы электродов, что обусловлено различной напряженностью поля. При рассмотрении систем игл наблюдается большая крутизна графика ВАХ, что говорит о меньшем сопротивлении воздушного зазора, которое объясняется большей величиной коронирующего слоя при применении большего кол-ва игл, что приводит к увеличению кол-ва ионизированных частиц обуславливающих ток в воздушном промежутке. Различие напряжения возникновения для одних и тех же игл, но при различных коронах(положительной и отрицательной), обуславливается различной энергией ионизации атомов азота и кислорода.

Обработка результатов

1.Напряжение возникновения для 3 точек.

Точка

Uв,B

7,8

168

170

160

163

160

6,5

158

161

160

159

157

9,6

156

165

161

162

159

2.Напряжение засветки для точки 9,6.

Точка

Uв,B

9,6

270

275

278

283

270

3.Влияние внешней засветки на Uв для точки 9,6.

4.Зависимость Uв от Rн.

Rн,МОм

Uв,B

0,5

178

179

168

169

169

0,8

159

158

158

148

158

1,2

158

156

155

156

157

1,5

166

162

160

162

161

3,2

186

186

189

184

187

5.ВАХ для 3 точек.

Точка

I,мА

0

50

100

150

200

250

7,8

Uв,B

-113

-113

-113

-113

-113

-113

6,5

-118

-118

-117

-117

-117

-116

9,6

-110

-110

-110

-110

-110

-110

Выводы:  Проведение исследования по первому пункту выявило множественный разброс значений напряжения возникновения,что является следствием вероятностного характера процесса ионизации, остаточного заряда в ячейке и внешнего излучения. Напряжение возникновения существенно повысилось после закрытия ячейки непроницаемым экраном, что можно объяснить уменьшением количества ионизированных частиц в смеси, при закрытии доступа внешнего излучения. При увеличении внешней нагрузки наблюдается сначала уменьшение средней величины напряжения возникновения, потом постепенное его возрастание. Это является следствием вольт-амперной характеристики самой газоразрядной ячейки, которая изображена на рисунке 1. Вольт-амперная характеристика снятая для 3х точек имеет почти прямолинейный характер, т.к. мы снимаем ВАХ на участке Uп(от Imin до Imax).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5065. Пожарная нагрузка помещений. Огнестойкость. Классификация помещений и производств по пожароопасности 127 KB
  Пожарная нагрузка помещений. Огнестойкость. Классификация помещений и производств по пожароопасности. Пожарная нагрузка помещений. Пожарная нагрузка – количество теплоты, которое может выделиться в помещение (здание) при пожаре. В нашей стране,...
5066. Дослідження цифро-аналогового перетворювача 108 KB
  Дослідження цифро-аналогового перетворювача Мета роботи: Дослідити роботу цифро-аналогового перетворювача. Завдання: До лабораторної роботи. Із довідника з напівпровідникових інтегральних мікросхем за-писати до теоретичних положен...
5067. Изучение системы автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации 823 KB
  Изучение системы автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации Цель работы: Ознакомление с системой автоматизированного моделирования и параметрической оптимизации (СИАМ), приобретение практических навыков исследования и оптимизаци...
5068. Память. Факторы забывания и нарушения памяти 64.5 KB
  Впечатления, которые человек получает об окружающем мире, оставляют определенный след, сохраняются, закрепляются, а при необходимости и возможности - воспроизводятся. Эти процессы называются памятью. Без памяти, - писал С.Л. Рубинштейн...
5069. Боевые действия русского флота на Балтийском море в 1914-1917 гг 208.5 KB
  Русский флот в первую мировую войну вел боевые действия на Балтийском, Черном и Баренцевом морях, а отдельные корабли — в Средиземном море и на океанских театрах. Наиболее напряженная борьба шла на Балтийском и Черном морях. К началу войны русс...
5070. Маркетингові комунікації 621.5 KB
  В умовах насиченого ринку недостатньо розробити новий якісний товар, встановити на нього оптимальну ціну і вибрати ефективні канали розподілу. Все більшої ваги в управлінні підприємством набуває така складова комплексу маркетингу, як методи пр...
5071. Национальный доход: его производство, распределение и использование. Макроэкономический анализ совокупного спроса и совокупного предложения 1.97 MB
  Производство товаров и услуг. Объем производства товаров и услуг в экономике-ВНП-зависит от двух параметров: факторов производства и производственной функции.Рассмотрим каждый из них по очереди. Факторы производств...
5072. Математика в современных условиях. Конспект 486.5 KB
  Математика. Роль математики в современном мире. Основные этапы становления математики. Аксиоматический метод построения научной теории. Начала Евклида – образец научного метода. История создания неевклидовой геометрии. Тема...
5073. Рыночные структуры в условиях несовершенной конкуренции: монополия, олигополия, монополистическая конкуренция 391 KB
  Конкуренция, которая в той или иной степени связана с заметным ограничением свободного предпринимательства, называется несовершенной. Для этого вида конкуренции характерно незначительное количество фирм в каждой сфере предпринимательской де...