Разряд в слабонеоднородном поле

Цель работы: изучение влияния неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.

Порядок работы:

• 1. Ознакомиться с устройством испытательной установки, схема которой представлена на рисунке 1.
• 2. Установить в держатели электродов шары диаметром D = 12,5 см.
• 3. Между шарами поочередно устанавливать расстояния S (1−5 см), включать установку и плавно увеличивать напряжение до тех пор, пока не произойдет разряд в промежутке. В этот момент фиксировать разрядное напряжение U. Для каждого расстояния S провести три измерения и результаты занести в табл. 1. Рассчитать среднее значение разрядного напряжения Uср для каждого расстояния S. Во время измерений по п. 3 необходимо выполнять условие S/D < 0,5, чтобы поле между шарами оставалось квазиоднородным. Тогда, при некотором допущении, можно принять, что

4. В испытательной установке заменить шары диаметром 12,5 см на шары диаметром D1=5 см. Установить расстояние между шарами на 1−3 см больше величины S в первом опыте п. 3. Включить установку и плавно увеличить напряжение до значения Uср, рассчитанного для первого опыта п. 3, а затем сближать шары до получения между ними разряда. Измерить длину разрядного промежутка S1. Измерения повторять три раза для каждого из расстояний S п. 3.

5. Рассчитать среднее значение расстояния S_1ср для каждого разрядного Напряжения U_ср. Учитывая, что, определить коэффициент неоднородности электрического поля К_н = E_макс/E_ср.

Результаты измерений занести в табл. 1.

Схема экспериментальной установки.

Рисунок 1 Схема экспериментальной установки Обозначения соответствующей схемы (рисунок 1):

АТ — автотрансформатор; Т — высоковольтный трансформатор;

R_защ— защитное сопротивление; V₁, V₂ — выпрямители; С₁, С₂ — фильтр;

R₁, R₂ — высоковольтный омический делитель; V — вольтметр;

D₁, D₂ — электроды.

Таблица 1.

Экспериментальные данные.

Дополнительные данные:, мм. рт. ст,.

Рассчитаем среднее значение расстояния S_1ср для каждого разрядного Напряжения U_ср. Учитывая, что, определим коэффициент неоднородности электрического поля К_н = E_макс/E_ср.

Примеры расчета Примеры расчета.

Примеры расчета.

Построим зависимости.

Рисунок 2 Зависимость напряжения от расстотяния между электродами.

Рисунок 3 Зависимость напряжения от расстотяния между электродами.

Рисунок 4 Зависимость коэффициента неоднородоности электрического поля от расстояния между электродами Ответы на контрольные вопросы.

1. Что такое коэффициент неоднородности электрического поля?

Степень неоднородности электрического поля между электродами характеризуется коэффициентом неоднородности Кн, который равен отношению максимальной напряженности Емакс к средней напряженности Еср поля между электродами.

электрический разрядный напряжение электрод.

2. Что называется лавиной электронов?

Если в газе между двумя электродами появляется свободный электрон, то, набирая энергию при движении к аноду, он может ионизировать атом или молекулу газа при столкновении. В результате этого многократно повторяющегося процесса появляются новые свободные электроны, число которых непрерывно растет. Этот лавинообразный процесс называют лавиной электронов.

3. В чем заключается условие самостоятельности разряда в газах?

При самостоятельной форме разряда развитие лавины возобновляется, поскольку первичная и последующие лавины создают условия для их возобновления. Эти условия состоят в следующем:

• 1) Оставшиеся после прохождения лавины положительные ионы, двигаясь к катоду, бомбардируют его и вызывают эмиссию электронов из катода;
• 2) Возбужденные атомы и молекулы, образующиеся наряду с ионизацией, испускают фотоны, которые могут приводить как к фотоионизации в объеме промежутка, так и к фотоэмиссии электронов из катода. Вторичные электроны могут образовывать лавины в разрядном промежутке.
• 4. Что называется коэффициентом ударной ионизации?

Интенсивность размножения электронов в лавине характеризуется коэффициентом ударной ионизации б, который равен числу ионизаций, производимых электроном на единице длины пути по направлению электрического поля.

5. Почему при измерении напряжения используются электроды шар-шар, а не плоскость-плоскость?

Использование электродов шар-шар объясняется тем, что они более экономичны при изготовлении, изменять расстояние между ними проще, также промежуток между двумя шарами получил широкое распространение в мировой практике как универсальный прибор для измерения амплитудных значений постоянного, переменного и импульсного напряжения.

Вывод в ходе данной лабораторной работы изучено влияние неоднородности электрического поля на разрядное напряжение между электродами в слабонеоднородном поле.

Из графиков на рисунке 2 и 3 видно, что при увеличении расстояния между шарами неоднородность поля возрастает и заметно влияет на величину разрядного напряжения, то есть с увеличением расстояния между шарами, разряд в их промежутке происходит значительно дольше и, следовательно, прикладываемое напряжение увеличивает своё значение.

Время срабатывания разрядного напряжения также зависит от диаметра шаров, так как с меньшим диаметром, в нашем случае d=5 см, оно будет меньшем, чем при диаметре большего шара d=15см.