1.1.7. Розряд у неоднорідних полях

 

У неоднорідному полі, на відміну від однорідного, напруженість поля в різних точках проміжку різна за величиною і/або за напрямом. До типових проміжків з неоднорідним полем відносяться вістря-вістря, вістря-площина, провід-земля, тороід- площина і багато інших реальних ізоляційних проміжків. У них є точка на електроді, напруженість у якій перевищує напруженість в інших точках проміжку.

На мал. 1.7 наведена залежність напруженості поля від радіуса кривизни й відстані між електродами типу вістря-площина при r << S. Електричне поле в цьому випадку визначається як

                                                (1.27)

 

Основні закономірності розвитку розряду в будь-яких різконеоднорідних полях (К_н > 4) практично однакові. При деякій напрузі U_к у проміжку виникає самостійний розряд у лавинній формі, тому що  поблизу стрижня є область із напруженістю, що перевищує значення Е^*, що відповідає виникненню самостійної форми розряду (мал. 1.7). Розряд локалізується в цій області, а вторинні лавини підтримуються або за рахунок фотоіонізації з обсягу газу (при позитивній полярності стрижня), або за рахунок фотоефекта з катода (при негативній полярності стрижня). Такий розряд називається коронним розрядом у лавинній формі (лавинна корона). Значення напруги й напруженості поля в електрода при виникненні коронного розряду залежить від ступеня неоднорідності поля.

Рис. 1.7. Залежність напруженості електричного поля від відстані між електродами типу стрижень-площина:
 1 – Е_СР = f(S); 2 – Е = f(S); 3 – Е^* – виникнення самостійної форми розряду

 

При збільшенні напруги понад U_к, коли кількість електронів у лавині зростає до 10⁷…10⁸,у проміжку виникає стример в електрода з підвищеною напруженістю поля. Якщо в однорідному полі виниклий стример перетинає вісь міжелектродний проміжок, то в різконеоднорідному полі залежно від величини напруги стример, пройшовши деяку відстань, може зупинитися й заряди в плазмі рекомбінують. Цей процес може повторюватися. Такий стан розряду стійкий, так як виконується умова самостійності розряду. Явище, коли стримеры не досягають протилежного електрода, одержало назву коронного розряду в стримерній формі (стримерна корона). Для пробою всього міжелектродного проміжку необхідно ще збільшити напругу. Тоді утвориться стримерний канал, що просувається від електрода з підвищеною напруженістю (вістря) до протилежного електрода. Після перемикання проміжку стримерний канал трансформується в іскровий. Причому пробій проміжку при позитивній полярності електрода з малим радіусом кривизни (вістря) відбувається при менших в (2–2,5 рази) напругах, чим при негативній. Це явище пов'язане із впливом поля об'ємного заряду міжелектродному проміжку й називається ефектом полярності. При достатній потужності джерела струму іскра, розширюючись, перетвориться в електричну дугу.

У різконеоднорідних полях напруга пробою завжди більше напруги виникнення коронного розряду в будь-якій формі.