Процессы при ионизации дугового промежутка

В обычных условиях воздух является хорошим изолятором, но при определенной концентрации в нем заряженных частиц становится проводником.

Процесс отделения от нейтральной частицы одного или нескольких электронов и образование свободных электронов и положительно заряженных ионов называется ионизацией

Ионизация газа может происходить под действием света, рентгеновских лучей, высокой температуры, под влиянием электрического поля и других факторов.

Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют процессы происходящие у контактов – термоэлектронная и автоэлектронная эмиссия, а из процессов происходящих в дуговом промежутке – термическая ионизация и ионизация толчком.

Термоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов из накаленной поверхности.

При расхождении контактов резко возрастает переходное сопротивление и возрастает плотность тока. Контактная площадка разогревается температуры плавления и образуется мостик из расплавленного металла, который при дальнейшем расхождении контактов рвется. На отрицательном катоде образуется катодное тепло, которое служит основанием дуги и очагом излучения электронов в первый момент расхождения контактов. Плотность тока термоэлектронной эмиссии зависит от температуры и материала электрода. Она не велика и может быть достаточной для возникновения электрической дуги, но не достаточной для ее горения.

Автоэлектронная эмиссия – это явление испускания электронов из катода под воздействием сильного электрического поля. Напряженность поля между контактами во время нарастания напряжения может достигать , что достаточно для вырывания электронов из холодного катода. Ток автоэлектронной эмиссии так же мал, и может служить только началом развития дугового разряда.

Ионизация толчком – если свободный электрон будет обладать достаточной скоростью, то при столкновении с нейтральной частицей он может выбить из нее электрон, в результате получатся новый свободный электрон и положительный ион.

Вновь полученный электрон может ионизировать следующую частицу. Чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов по длине его свободного пробега. Минимальное значение разности потенциалов, которое необходимо иметь по длине пробега, чтобы электрон в конце пути имел необходимую скорость для ионизации толчком, называют потенциалом ионизации. Этот потенциал различен для различных газов (О₂=15,5 В и т.д.). Потенциал ионизации газовой смеси определяется самым низким из потенциалов ионизации компонентов газовой смеси и очень мало зависит от концентрации этих компонентов.

Термическая ионизация – это процесс ионизации под воздействием высокой температуры. Это единственный вид ионизации поддерживающий горение дуги (t от 4000 до 7000 К).

При такой температуре резко возрастает число быстродвижущихся частиц газа и их скорость. Основной характеристикой термической ионизации является степень ионизации, т.е. отношение числа ионизированных атомов в промежутке к общему числу атомов в этом промежутке.

Дата добавления: 2014-01-07