Однородное и неоднородное электрическое поле

Электрическое поле между электродами может быть однородным и неоднородным.

Однородным полем можно считать такое поле между электродами, когда расстояние между ними меньше радиуса кривизны электродов, например, шаровый разрядник, при расстоянии между шарами менее радиуса шаров. Напряженность поля в промежутке между электродами во всех точках практически одинакова.

Поле между электродами, не отвечающими указанным выше требованиям называется неоднородным. Резко неоднородное поле между остриями стержней, поле в системе электродов стержень — плоскость, между параллельными тонкими проводами и т .п., или, проще говоря, в таких электродных системах, в которых радиус кривизны одного или обоих электродов много меньше межэлектродного расстояния.

В неоднородном поле наибольшая напряженность электрического поля вблизи острия электрода, при этом величину этой напряженности Е можно оценить как отношение приложенного к острию напряжения U, деленного на радиус кривизны острия электрода r:

.

По этой причине именно вблизи острия начинается лавинный процесс ударной ионизации и самостоятельный разряд, при этом чем лучше заострен электрод, тем при меньших напряжениях начинается этот процесс.

Самостоятельный разряд и начальное напряжение в резко неоднородном поле При выполнении условия самостоятельности разряда возникает особая форма разряда — коронный разряд. При коронном разряде ионизация происходит лишь вблизи одного из электродов или вблизи обоих электродов, если они оба имеют малый радиус кривизны.

Коронный разряд может иметь две формы — лавинную и стримерную. Лавинная форма коронного разряда характерна для очень малых радиусов кривизны электродов (<2мм). Ионизационные процессы концентрируются около острия электрода и создают характерное свечение, называемое коронным разрядом или короной. В данном случае начальное напряжение, при котором выполняются условия самостоятельности разряд, соответствует напряжению возникновения коронного разряда.

С повышением напряжения разряд переходит в стримерную форму.

При стримерной форме коронного разряда отдельные лавины сливаются и образуют узкие ионизированные каналы, — стримеры, причем ионизация происходит на концах этих каналов. А проходящий по этим каналам ток приводит к существенному повышению их температуры, недостаточной однако для термической ионизации. Если температура превысит этот предел и в канале возникнет термическая ионизация, свойства канала изменяются и он называется лидером. Сопротивление канала лидера значительно меньше канала стримера, свечение становится более ярким. Таким образом, при стримерной форме короны на коронирующие электроды оказываются как бы насаженными тоненькие проводники каналы стримеров, на концах которых напряженность электрического поля может достигать очень больших величин.

Как уже говорилось, в системе электродов стержень-плоскость ввиду резко неоднородного поля наибольшая напряженность поля возникает у конца стержня и зависит от радиуса кривизны конца стержня.

Начальное напряжение самостоятельного разряда в такой электродной системе при положительной полярности стержня больше, чем при его отрицательной полярности. Объясняется это тем, что при развитии разряда с отрицательного электрода коэффициент вторичной ионизации больше, чем при положительной полярности электрода. поскольку в этом случае его значение определяется помимо фотоионизации в объеме и фотоионизацией на электроде (катоде). Кроме этого отрицательный электрод бомбардируют положительные ионы, ускоряющиеся вблизи электрода и выбивающие из него электроны, которые в свою очередь образуют дополнительные лавины.

Схематически процессы, связанные с развитием самостоятельного разряда в системе стержень-плоскость приведены на рис. 1.