Закон подобия Пашена. Минимальное пробивное натяжение

 

Критические условия пробоя в межэлектродном пространстве.

; где А,В – экспериментальные коэффициенты.

;

; ;

; ;

;  - зависимость Е от рL

, где V- разность  ;

.

Какие минимальные (pL) необходимы, чтобы возник пробой между электродами.

 

 

Для воздуха А=15; В=365; , С=1,18;

;

 

При концентрации  напряженность между носителями заряда сравнима с напряженностью внешнего электрического поля.

, где R- среднее расстояние между заряженными частицами.

Для теории Таундсена есть предельное значение pL<1000

L~1/5 см, если L>5 – теория не работает.

 

Стримеры

    Стример – умеренный, слабоионизированный, тонкий канал, который произрастает из первичной лавины и может быть направлен в обе стороны, как к положительному, так и отрицательному электроду.

Между К и А возникает разность потенциалов. Электроны эмитируют с поверхности К и т.к. поле достаточно сильно, то его энергии достаточно, чтобы ионизировать атом на расстоянии равном средней длине свободного пробега.

В этом случае возможно возникновение лавины – процесса нарастания концентрации заряженных частиц. Необходимо большое электрическое поле.

С увеличением концентрации заряженных частиц увеличивается внутреннее электрическое поле в лавине обусловленное тем, что положительные ионы все смещаются в сторону К.

E1 – поле внутри лавины.

E – поле между К и А.

Распространение лавины останавливается, т.к. Е₁ и Е направлены в различные стороны, т.е. если . Теперь развитие канала может происходить только по новому сценарию. Необходимо образование новой лавины.

    Предположим, что какой – то фотон из головки лавины сталкивается с атомом и ионизирует его. Тогда новообразованный электрон может основать новую лавину.

    Образование лавины происходит до тех пор, пока ионизационный канал не замкнется на А. Этот канал и называется стримером.

    , где - скорость распределения зарядов.

- подвижность.

; .

    Допустим, что лавина распространяется во все стороны в следствии диффузии электронов. За время t она может распространиться на расстояние

     

; ;

    Допустим, что каждая лавина происходит от одного электрона. Если она развивается, то будет коническое расширение. В головке лавины будут образовываться в слое dx количество ионов ;

    Если мы его приравняем или проинтегрируем (  - объем слоя, если  - количество ионов в лавине) ; ; .

    Для простоты расчетов предположим, что все положительные ионы сосредоточены в головке лавины и  с радиусом r.

; ;

; .

Из этого условия получим:

; ;

; .

    Из графика видно, если pL >200, то в этом случае кривые практически совпадают. При меньших значениях pL – проявляется вторичная ионизация на K и коэффициент  начинает изменяться. Мы должны пользоваться теорией Таундсена для пробоя. Рассмотрим второе условие, необходимое для роста стримера:

    ;  - некоторое критическое значение концентрации ионовголовки, при котором   возможно развитие стримера.

    Только в таких случаях будет развиваться стример. Из головки будет излучаться фотон, который дает толчок для развития лавины.

 Если pL= 200 тор*см, то . При атмосферном давлении P= 760 мм.рт.ст. и L= 10 см. .

    Условие Мика ;

    Условие Леба .

+ стример катодонаправленный

- стример анодонаправленный.

 

 

Лидер

    Развитие электрического разряда в межэлектродном пространстве. Можно отметить следующий этап развития после стримера, который называется лидером.

    Лидер представляет собой сильно ионизированный канал, который распространяется между электродами в значительной мере переносит потенциал одного электрода к другому.

Этот сильно ионизированный канал представляет собой электронейтральную плазму, которая имеет острие в сторону противоположенного электрода. На этом острие сосредоточен потенциал катода. Это острие с большой скоростью распространяется в направлении анода, тем самым как бы приближая электроды друг к другу. В результате напряженность Е электрического поля между электродами с развитием лидера резко возрастает, потому что Е – это разность потенциалов на расстоянии =1 E=U/L.

 

    Этот высокоионизированный канал со временем замыкает электроды.

    За счет высокой ионизации плазмы электропроводность ее имеет высокое значение. По лидерному каналу протекает большой ток. Ток в свою очередь разогревает плазму, температура столба резко возрастает, следовательно, возрастает давление, канал начинает расширяться создавая акустическую волну, Мы ее фиксируем в виде грома.

    Когда лидер достигает противоположного электрода, в обратном направлении начинает распространяться обратная волна. Обратная волна кладет начало развитию непрерывного разряда. Распространение обратной волны можно характеризовать следующим образом. По мере приближения головки к катоду или аноду резко возрастает напряженность в непроводящем зазоре.

    Когда головка лидера касается противоположного электрода, возрастает эмиссия электронов, резко увеличивается концентрация электронов.

    Обратная волна приводит к стеканию заряда между электродами.

Лидер I =100 A.

    E =100 В/см.

    d =1 мм.

    =10 КА/ .

     - проводимость плазмы.

   

     - скорость распространения лидера.

     - скорость расширения.

    Стример распространяется перед лидером, примерно на расстоянии 1м., если расстояние между электродами 10 м.

    Для лидера не обязательна высокая напряженность, как для стримера. Для этого достаточно 200-500 В/см.