Реферат-2 Тақырыбы : Диэлектриктік шығындардың табиғаты Орындаған: Бекберген Ә. Б тексерген: Дюсенбаев Т. С
жүктеу/скачать 243,66 Kb.
|
реферат Б.А
Газ тәрізді диэлектриктерГаз тәрізді, сұйық және қатты диэлектриктердің тесілу механизмінің маңызды айырмашылықтары болады. Жер радиоактивтілігінің немесе космосты сәулелердің әрекетімен 1 секундта 1см3 ауада құрылатын электрондар, оң және теріс иондар саны 10-нан 20-ға дейін құрайды. Бұл бөлшектер күшті өрісте газдардың тесілуіне келтіретін бастапқы зарядтар болып табылады. Олар бейберекетсіз жылулық қозғалыста болады. Өріс әсер еткеннен кейін бөлшектерге қосымша жылдамдық қабылдап, өріс бағытымен немесе оған қарама – қарсы қозғала бастайды. Бөлшектердің бағыты олардың зарядының таңбасына байланысты. Сол кезде газдағы бөлшектер қосымша энергияға ие болады: 𝑊 = q𝑈𝜆, (2) мұнда: 𝑞 – заряд; 𝑈𝜆 – еркін жүріс жолының ұзындығындағы кернеудің түсуі; 𝜆 – еркін жүріс жолының ұзындығы; Егер де өрістің тектестігі жеткілікті болса, онда 𝑈𝜆 = 𝐸𝜆 осыдан 𝑊 = q𝐸𝜆 (3) болады да, зарядталған бөлшектердің қосымша энергиясы соқтығысқан молекулаларға беріледі. Егерде осы энергияның өлшемі үлкен болған жағдайда атомдар мен электрондардың қозуы басталады. Бұл жағдайда электрондардың ядродан біршама жердегі орбитаға көшуімен байланысты, ал кейбірде молекулалардың иондануыменде байланысты болады. Ионизация дегеніміз молекуланың оң иондануымен электрондарға немесе оң және теріс иондарға бөлінуі. Иондану шарты: 𝑊 ≥ 𝑊и, (4) бұл жерде 𝑊и – жылулық қозғалысты қосып алған молекуланың қосымша энергиясы. (2) және (3) өрнектерден шығарамыз: q𝐸𝜆 ≥ 𝑊и (5) Электр өрісімен зарядталған бөлшектердің қуаты жеткілікті 𝑊 = 𝐸 болса, сол бөлшектер жолындағы атомдар мен молекулаларды қоздырады. Сол кезде электрондардың ядродан алыстау орбитаға өтуі мүмкін немесе электрондар ионданады, яғни оң иондар мен электрондарға бөлінеді. Нәтижесінде газды аралықтағы электрондар саны тасқын тәрізді болып ұлғаяды. Бұл үрдістің инденсивтілігі, электронның жол ұзындығының бірлігіне, иондану санына тең, соқпа иондану коэффициентімен анықталады. Бұл электрондар электронды тасқын деп аталады, электронды тасқын өзінше, тесілудің құрылуы үшін жеткілікті емес. Соқпа ионданудан өзге, разрядтың құрылу үрдісіне маңызды әсер ететін басқа да құбылыстар орын алу керек. Иондалу энергиясын негізінде иондану потенциалымен сипаттайды. . (6) Әртүрлі газдардың иондану потенциалы 4-тен 25 В-қа дейінгі шекарада жатады, бұл 4-25 эВ иондану энергиясына сәйкес келеді. Газдың қысымы және температурасының берілген мәндерінде, өрістің анықталған кернеулігінде пәрменді соқпа иондануы басталады, себебі q мен λ әрбір газдарға тұрақты болады. Бұл өріс кернеулерін (𝐸б) бастапқы кернеулік дейміз. Кейбір газдарда, мысалы оттегінде, көмірқышқыл газда, су буларында бөлініп кеткен электрон басқа нейтралды молекуламен қосылып, сол молекуланы электротеріс ион жасайды. Электронның нейтралды молекулаға "жабысуы" сол молекуланың электрон қабыршығын сондай өзгертеді, яғни нәтижесінде электронды қабылдап, алған молекуланың қуаты нейтралды молекуладан бір шамаға азаяды. Сол энергия шамасының мөлшерін электронға ұқсастық энергия дейміз. Бұл энергия газдардың көбісінде 0,75 – тен 4,5-ке дейін электроновольт (эВ). Инертті газдарда – аргон, неон, гелий, криптон, ксенон және азотта теріс иондар пайда болмайды. Ауадағы разрядта оң иондар пайда болады О+, О2+, N+, N2+, NO+. Потенциалдардың айырмасынан (U вольт) соқтығысыз өткен электрондардың жылдамдығы, төменгі өрнекпен анықталады (км секундта) 𝑉 ≈ 60√𝑈. (7) Осы формулаға ионизациялық потенциалды енгізсек, электронның жылжу жылдамдығы 1000 км/с асады. Электрон газдардың молекулаларын иондануын көреміз. Кейбір жағдайларда өрістің әсерінен өткен электрондар молекуланы ыдыратпайды, бірақ қоздыруы мүмкін. Келесі жағдайда қоздырылған молекула өзінің артық энергиясынан сәулесін таратып – фотон ретінде шығарады. Фотонды басқа молекула қабылдауы мүмкін соның нәтижесінде сол молекула ионданады. Осындай ішкі фотондық газдың иондануы, сәуле шығару тез өткендіктен, газдың өткізгіштігін көбейтеді. Газды тесіп өту құбылысы электр өрісінің тектестігінің дәрежесіне байланысты. Газдар тесілуінің екі механизмі белгілі: тасқынды, тасқын - стимерлі. Тасқынды механизм кезінде, соқпа иондану нәтижесінде газды аралықтағы зарядтар толықтырылатын, катодтағы екінші реттік үрдістірімен жалғастырылады. Тасқынды тесілу ұзақ дамиды (1 мк секундтан ұзақ) және де импульсті кернеулер 𝑈имп үшін сипатты болмайды. Тасқын - стимерлі механизм кезінде, тесілудің дамуына, тасқынның кеңістікті заряд өрісінің және газ көліміндегі фотоиондануының біріккен әрекеті әсер етеді. 2-суретте стимер каналының өсуі, электронды тасқын жылдамдығынан неліктен тезірек жүріп өтетінін түсіндіретін сұлба келтірілген. 2-сурет. Газдың тесілуі кезіндегі стимердің таралуының сұлбалық көрінісі Суретте тасқындар штрихталған конустар түрінде көрсетілген, толқынды сызықтармен фотондар салынған. Газдың мұндай ішкі фотонды иондануы, сәулелендірудің жоғары жылдамдығы тез дамуына келтіреді. Фотондар жылдамдығы 3 ∙ 108 м/сек құрайды, олар бірінші реттік тасқыннан озып өтеді. Бөліп шығарылған электрон, анодқа қарай ұмтыла отырып, алғашқысының алдынан жаңа тасқынды тудырады. Осылайша бірінші тасқын АВ- шамасына өсіп болғанша жоғары өткізгіштікті канал-стимер-СД- шамасына таралады. Келесі кезеңде, теріс стимердегі жеке тасқындар бір-бірін қуып жетіп, иондалған газдың тұтас каналын құра отырып бірігеді. Осы канал бойынша газдың тесілуі жүріп өтеді. Жоғары қысымдарда (𝑝) 𝐸т - шамасының ұлғаюы, электронның бос жүріс ұзындығының қысқаруымен, ал төмен қысымдарда электрондардың газ молекулаларымен соқтығысу мүмкіндігінің төмендеуімен байланысты болады. 𝐸т = 𝑓(𝑝) тәуелділігіне газдардың вакуумды конденсаторлар ретінде, жоғары қысымды газдармен толтырылған кабелдер ретінде және жоғары кернеулі басқа құрылғылар ретінде қолданылуы негізделген. Газдардың 𝐸т - шамасы қысымнан (𝑝) қатты тәуелді болады (3 сурет). 3-сурет. Газдың электр беріктігінің (𝐸т) қысымнан (пунктирмен қалыпты атмосфералық қысым тәуелділігі белгіленген) 𝐸т = 𝑓(𝑝) тәуелділігі вакуумдық конденсаторларда, жоғарғы қысымдағы газбен толтырылған кабельдерде және басқа да жоғарғы кернеу құрылғыларында газды изоляция ретінде қолдануға негізделген. 𝐸т сонымен қатар электродтар арасындағы ℎ қашықтыққа тәуелді. ℎ азайғанда 𝐸т өседі. Бұл электрондардың азаюына байланысты. Содан кейін 1 см-ден жоғары аралықта 𝐸т мәні 𝐸т = 30 кВ/см (4 сурет) деңгейінде тұрақталады. 4-сурет. Біртекті электр өрісіндегі қалыпты қысымдағы (𝑝 = 760мм. сын. бағ.) ауаның электродтар арасындағы қашықтыққа тәуелділігі Біртекті өрістегі газ тесілуінің нәтижесін 𝐸т шамасының 𝑝ℎ көбейтіндісінен тәуелділігінің қисығы түрінде көрсетуге болады. Мұндай заңдылық Пашен заңы ретінде белгілі және келесі түрде айтылады: Егер ℎ аралық ұзындығы және 𝑝 газ қысымы олардың 𝑝ℎ = const болатындай өзгерсе, онда 𝐸т мәні өзгермейді, яғни 𝑈т = 𝑓(𝑝ℎ). 𝑈т = 𝑓(𝑝ℎ) қисықтары әртүрлі газдар үшін әртүрлі болады, бірақ барлығы бірдей 𝑈-тәрізді қалыпта болады. (5сурет). 5-сурет. 𝑈т-ның 𝑝ℎ-ға тәуелділігі (Пашен заңы) Біртекті емес өрістегі газ тесілуі біртекті өрістегі газ тесілуінен 𝑈т мәнімен және тесілу процесінің сипатымен ерекшеленеді. Біртекті емес өрісте, 𝑈 − 𝐸 көп емес градиенттер жерлерінде, басында жарықтанумен және газ ионданумен қатар жүретін тыныш разряд немесе «тәж» қалыптасады, одан кейінгі 𝑈 өскенде тәж буындық разрядқа өседі, содан кейін шоққа ауысады. Бұл кезде 𝑈 төмендейді де, разряд пайда болады. Доға разряд, ауада О3 озон және NO2 азот окситтері қалыптасатын химиялық үрдістермен қатар жүреді. Ауаның шаңдылығы оның 𝐸т электрлік беріктігін төмендетеді. Газ температурасы 𝑈 тесу кернеуіне әсер етеді. Пашен заңында 𝑝 көбейткіш орнына газ температурасының тесілу кернеуіне әсерін ескеретін, ауаның 𝛿 «салыстырмалы тығыздығы» пайда болады. 𝑈т = 𝑈т0𝛿, (8) мұндағы 𝛿 - газдың салыстырмалы тығыздығы, – қалыпты жағдайдағы газдың тесілуі; 𝑝 - газдың фактілік қысымы, мм.сын.бағ; 𝑡 - газдың фактілік температурасы. Сонымен қатар, тесу кернеуіне ауа ылғалдылығы әсер етеді. 𝑈т-ге ауаның 11 гр/м3 тең су буы болғандағы тесу кернеуі қабылданады. Стандарттыдан көп ылғалдылықта тесілу кернеуі төмендейді; төмен ылғалдылықта жоғарылайды. Найзағай электр газының тесілуі ретінде. 1992 жылы алғаш рет орыс теориялық физигі Александр Викторович Гуревич "қашып бара жатқан электрондардың бұзылуы" деп атады. Газдағы сынудың бұл түрі табиғи найзағайдың пайда болуының бастапқы кезеңі деп саналады. Төменгі жол - бұл қалыпты жағдайда ауадағы электрондар бос жүрістің орташа орташа ұзындығымен ерекшеленеді - шамамен 1 мкм. Ауадағы электрондардың арасында жылдам электрондар бар - 0,3-тен 1 МэВ-ке дейінгі энергия жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен қозғалады. Мұндай жылдам электрондар "қарапайым" электрондардан орташа бос жүру ұзындығынан 100 есе үлкен. Атмосферадағы электр өрісі жылдам электрондарды қарапайым, бастапқыда демалған электрондардың энергиясынан едәуір жоғары энергияға дейін жылдамдата алады. Жеделдетілген электрондар ауа молекулаларымен соқтығысқан кезде электронды көшкіндерді құрайтын" қашып кететін " релятивистік электрондар шығады. Осылайша, атмосфералық қысым кезінде ауаның бұзылуы орын алады, ал бұзылу кернеуі зертханалық жағдайда ауаның бұзылуына қарағанда (атмосфералық қысым кезінде де) аз болады. Мұнда критикалық деңгей шамамен 2,16 кВ/см құрайды, ал "қашып кететін" электрондарсыз 23 кВ/см қажет болады. Атмосферада жылдам электрондардың пайда болуына жауап беретін көз бастапқыда "жылдам" деп саналатын релятивистік электрондарды шығаратын атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы ауа молекулаларын иондайтын ғарыштық сәулелер болып табылады. жүктеу/скачать 243,66 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|