Такие разные разряды

Каждый знает, что существуют разные типы электрических разрядов. Но не каждый помнит, какими они бывают и чем отличаются друг от друга. Давайте попробуем разобраться.

Начнем с того, что всего бывает 4 типа разрядов:  тлеющий, искровой, коронный и дуговой разряды.

Тлеющий разряд

glow-discharge

Рассмотрим два электрода, которые впаяны в стеклянную трубку. Приложим некоторое напряжение между электродами. Чтобы мы увидели искру должен произойти пробой воздуха. Но при атмосферном давлении данного напряжения недостаточно. Уменьшим давление в трубке! Сначала мы увидим самостоятельный разряд (который будет гореть и после отключения напряжения) в виде тонкого шнура. При дальнейшем уменьшении давления шнур будет становиться всё ярче и сильнее, пока не заполнит всю трубку. Но свечение заполнит трубку неравномерно. Этот разряд мы и будем называть тлеющим.

Таким образом, тлеющий разряд это самостоятельный (это важно) разряд, возникающий в газе при пониженном давлении, в котором один из электродов (катод) испускает электроны из-за бомбардировки его положительными ионами в газе. Стоит также заметить, что толщина шнура зависит от величины давления*расстояние между электродами.

Предлагаем вам посмотреть замечательное видео, которое понятно дополнит понимание природы этого явления и продемонстрирует отличный эксперимент!

Искровой разряд

Теперь рассмотрим искровой разряд.  Тут всё проще: он имеет форму молнии -- то есть форму прерывистых линий, которые называются искровыми каналами. Молния -- это искровой разряд, и в роли электродов выступают пары земля-облако или два облака.

SONY DSC

Его получение возможно как с помощью источников переменного, так и источников постоянного тока. Также, в отличии от тлеющего разряда, он появляется при давлениях порядка атмосферного. Ток в этом типе разрядов обычно слабее  по сравнению с тлеющим разрядом.

А механизм образования таких разрядов довольно прост: напряженность электрического поля достаточно велика, так что электрон в этом поле между соседними столкновениями успевает набрать некоторую энергию. И этой энергии достаточно для ионизации молекул воздуха -- например, азота и кислорода. После этого происходит лавинообразное увеличение числа электронов - что и создает искру. Но почему мы можем ее видеть? Электроны не только ионизируют молекулы, но и возбуждают их (так называемая рекомбинация). Эта энергия возбуждения переходит в излучение, которое мы можем наблюдать.

Еще одно интересное явление - скользящий искровой разряд. Он образуется на поверхности твердого диэлектрика на границе с газом, когда напряженность поля между электродами выше напряженности пробоя газа (воздуха). Этот разряд оставляет на поверхности красивые рисунки, называемые фигурами Лихтенберга.

Фигуры Лихтенберга на поверхности плексигласовой пластины

Коронный разряд

Предыдущие разряды возникали в однородном электрическом поле. А если оно сильно неоднородно, то в нем может появляться коронный разряд. Что же это такое?

Чаще всего неоднородность появляется тогда, когда поверхность одного из электродов обладает большой кривизной (тонкая проволока, острие). И именно вокруг этого электрода возникает характерное свечение, имеющего вид оболочки или короны - отсюда и название.

corona-discharge

Интересен тот факт, что в этом случае наличие второго электрода необязательно: им могут служить окружающие заземленные предметы. Кстати, огни Святого Эльма, которые иногда образуются на концах матч - это коронный разряд.

corposant

Процесс образования этого типа разрядов у положительно и отрицательно заряженного электродов разный. В случае отрицательного электрода свечение образуется подобно искровому разряду: благодаря электрическому полю электроны на длине своего свободного пробега (расстояние между соседними соударениями) набирают энергию, достаточную для ионизации атомов воздуха. Но в этом случае искры не получается, так как с увеличением расстояния от электрода величина поля падает сильнее  в силу неоднородности. Но если бы мы могли увеличить напряженность -- то да, мы получили бы искровой разряд.

В случае положительного электрода корона может образоваться только у электрода с большим радиусом кривизны. Электрическое поле у самого электрода наоборот, довольно слабое, соответственно электроны не могут разгоняться за счет напряженности поля. Поэтому здесь имеет место объемная ионизация, которая порождается электронами вблизи положительного электрода. Но так же, как и в случае с отрицательным электродом, при увеличении напряженности поля мы получим искровой разряд.

Дуговой разряд

Воспроизведем искровой разряд. Если теперь мы будем уменьшать расстояние между электродами, то в какой-то момент разряд перестанет быть прерывистым и станет непрерывным. Такой разряд называется дуговым.

arc-discharge

Таким образом, мы с вами рассмотрели 4 различных типов разрядов. Как вы, наверное, заметили, некоторые из них сильно связаны с другими типами и один тип мы можем получить из некоторого другого. Это еще раз доказывает, что природа едина, и часто различные явления являются просто-напросто различными гранями одного и того же физического феномена.

Дерзайте знать вместе с MakeItQuantum!