電暈放電原理
電暈,有時稱為單極放電,發生在處于電擊穿點之前的電氣上受壓狀態的氣體在尖端、邊緣或絲附近的高電場區,是湯森暗放電的一個特征現象。在電極周圍產生暗輝光,稱為電暈放電。
電暈放電電壓降比輝光放電大(千伏數量級),但是放電電流較小(微安數量級),往往發生在電極間電場分布不均勻的條件下(若電場分布均勻,放電電流又大,則發生輝光放電)。電暈放電中,電極的幾何形狀起重要作用。電場的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場很高的電極附近,特別是發生在曲率半徑很小的電極附近,氣體的發光也只發生在這個區域,稱為電離區,或叫電暈層或起暈層。形成電暈所需電場不均勻的程度與氣體的種類有很大關系。電暈放電的電流強度取決于加在電極之間的電壓大小,電極形狀,極間距離、氣體性質和密度等。電暈放電的電壓降不取決于外電路中的電阻,而是取決于放電遷移區(電離區之外的區域)的電導。電暈放電的極性取決于具有小曲率半徑的電極的極性,如果小曲率半徑電極帶正電位,發生電暈稱為正電暈,反之為負電暈。按所加電壓類型可將電暈放電分為直流電暈,交流電暈和高頻電暈。
電暈放電原理分析
電暈放電有很多重要的工業應用,但也有許多有害效應,因此我們需要從理論上對其產生的條件,原理進行了解。產生電暈放電的條件:氣體壓強高(一般在一個大氣壓以上),電場分布很不均勻,并有幾千伏以上的電壓加到電極上。一個電極或兩個電極的曲率半徑很小,就會形成不均勻的電場。因此,細的尖端與平面、點與點、金屬絲與同軸圓筒兩條平行電導線之間以及同軸電纜內部都會形成不均勻電場,在這些電極之間都有可能形成電暈。電暈放電是一種自持放電,在具有強電場的電極表面附近有強烈的激發和電離,并伴有明顯的亮光，此處稱為電暈層。在電暈層外,由于電場強度低,不足以引起電離,故呈現暗區，稱為電暈外區。產生電暈的電壓稱為起暈電壓。電暈放電有以下幾種不同形式,它主要依賴于電場的極性與電極的幾何形狀,對于針一板電極產生的正電暈經歷這三個過程,如圖所示。電暈初始階段,在平板電極對應的針狀電極上加有正電壓,這時的放電是空氣中的大氣壓電暈放電。電極間距為數厘米加上約2000V的電壓后,針尖便被薄薄的發光的膜所覆蓋,電極間僅有數微安的微電流,這種放電叫輝光電暈(膜伏電暈)。增大電壓,發光部分向平均板電極方向伸展,形成刷狀電暈,這種電暈放電是處于肉眼無法判斷的不穩定的閃爍狀態。再進一步增大電壓,從針尖伸展出來的發光部分便會觸及平極電極,并分成許多線狀的發光部分,它們均處于不停的閃爍狀態。稱為流注電暈。繼續增大電壓,放電會呈現出各種形態,最終達到大電流穩定流動的火花放電(sparkdis-charge)狀態。而對于同樣幾何形狀的負電暈,起火形式為特里切爾(Trichel)脈沖電暈,然后在同樣的條件下可轉化為無脈沖電暈和火花放電。
電暈放電的不同方式圖
( a）爆發式脈沖電暈;(b)流光電暈;(c)輝光電暈;(d)火花放電;(e）特里切爾(Trichel)脈沖電暈;(f）無脈沖電暈;(g）火花放電。
交流電暈則有不同放電形式和發展方向,交流放電是指在交變電壓條件下，曲率半徑大的電極附近交替出現正電暈和負電暈。它會產生無線電頻率的電磁波和顯著噪聲。
不同的電暈放電類型對等離子體的產生有很大影響,有必要探討電暈放電機理和特點。
正、負電暈在本質上有很大區別,從其形貌就明顯表現出來。一般用湯森放電理論可以說明負電暈的形成機理,認為在針狀陰極電暈發光區內存在較強的電離與激發,電流密度大,而負電暈的外圍只存在單一的帶負電的粒子。而正電暈通常用流柱理論解釋其物理過程,主要由于電暈層內強電場中激發粒子的光輻射產生電子即光致電離,所形成的電子在電暈層中引起雪崩放電,產生大量激發和電離,最后電子被陽極收集,正離子經過電暈層,進入電暈外圍向陰極遷移。
標簽：電暈 、
