Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Большой образовательный сайт для электриков. Мир электричества.
Электротехника, электроника и автоматика в простом и доступном изложении.

Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Электрические явления

 

Стримерная теория электрического пробоя газов




Само слово «стрим» (stream) переводится как «поток». Соответственно «стример» - это набор тонких разветвленных каналов, по которым движутся своеобразными потоками электроны и ионизированные атомы газа. По сути стример является предшественником пробоя при коронном или искровом разряде в условиях сравнительно высокого давления в газе и относительно большого расстояния между электродами.

Искровой разряд при пробое газа

Разветвленные светящиеся каналы стримера удлиняются и в конце концов перекрывают, замыкают собой промежуток между электродами — образуется непрерывные проводящие нити (искры) и искровые каналы. Образование искрового канала сопровождается увеличением тока в нем, резким повышением давления, возникновением ударной волны на границе канала, что слышатся нами как треск искр (гром и молния в миниатюре).

Ярче всего светится головка стримера, находящаяся в передней части нити канала. В зависимости от характера газообразной среды между электродами, направление движения головки стримера может быть одним из двух, так различают анодный и катодный стримеры.

Вообще стример — это такая стадия пробоя, которая находится между искрой и лавиной. Если же расстояние между электродами мало, а давление газообразной среды между ними низко, то лавинная стадия минует стримерную и переходит сразу в искровую.

В отличие от электронной лавины, стример характеризуется высокой скоростью (порядка 0,3% скорости света) распространения головки стримера к аноду или катоду, которая многократно выше скорости дрейфа электронов просто во внешнем электрическом поле.

При атмосферном давлении и при расстоянии между электродами в 1 см, скорость распространения головки катодного стримера оказывается в 100 раз выше скорости электронной лавины. По этой причине стример рассматривается как отдельная предпробойная стадия электрического разряда в газе.

Хейнц Раетнер, экспериментируя в 1962 году с камерой Вильсона, наблюдал переход лавины в стример. Леонард Лёб и Джон Мик (так же как и Раетнер независимо от них) предложили стримерную модель, которая объяснила, почему самостоятельный разряд формируется со столь высокой скоростью.

Молния

Дело в том, что к высокой скорости движения головки стримера приводят два фактора. Первый фактор — газ перед головкой возбуждается резонансным излучением, что ведет к появлению так называемых затравочных свободных электронов в ходе реакции ассоциативной ионизации.

Затравочные электроны образуются по ходу канала более эффективно чем это происходило бы при прямой фотоионизации. Второй фактор — напряженность электрического поля пространственного заряда около головки стримера превосходит по средней напряженности электрическое поле в промежутке, таким образом достигается высокая скорость ионизации по ходу распространения фронта стримера.

Стримерная теория электрического пробоя газов

На вышеприведенном рисунке изображена схема формирования катодного стримера. Когда головка лавины электронов достигла анода, в межэлектродном пространстве за ней еще остался хвост в виде облака ионов. Здесь из-за фотоионизации газа возникают дочерние лавины, которые к этому облаку положительных ионов присоединяются. Заряд все более уплотняется, и таким образом получается самораспространяющийся поток положительного заряда — непосредственно стример.

Теоретически в той точке пространства между электродами, где лавина переходит в стример, в определенный момент имеет место точка, где суммарное электрическое поле (электрическое поле создаваемое электродами и поле пространственного заряда головки стримера) обращается в ноль. Предполагается, что эта точка лежит на оси лавины. Вообще, фронт стримера — это нелинейная волна ионизации, волна пространственного заряда, которая возникает в свободном пространстве подобно волне горения.

Существенное значение для формирования фронта катодного стримера имеет выход излучения за пределы промежутка между электродами. В момент, когда в головке стримера величина напряженности электрического поля достигает критического значения, которое соответствует началу убегания электронов, происходит нарушение локального равновесия между электрическим полем и распределением электронов по скоростям, что вообще-то сильно усложняет стримерную модель электрического пробоя газа.