ИСКРОВОЙ РАЗРЯД

Искровой разряд возникает при давлениях порядка атмосферного, когда мощность питающего источника недостаточна для поддержания стационарного разряда. Образование искры объясняется стримерной теорией пробоя газов, согласно которой из электронных лавин в разрядном промежутке сначала образуются стримеры - тонкие тускло светящиеся нитевидные каналы, содержащие ионы газа и отщепленные от них свободные электроны. Происходящее затем превращение стримеров в искровые каналы сопровождается быстрым увеличением силы тока и количества выделяющейся в них энергии.

Каждый канал быстро расширяется, в нем скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает характерный треск.

С помощью электрической искры инициируют взрывы и горение, например в цилиндрах автомобильных двигателей, измеряют высокие напряжения, осуществляют высокоточную обработку металлов...

Искру можно показать на электрофорной машине. При работе машины между ее электродами периодически «проскакивает» ярко-голубая искра, сопровождаемая характерным треском. Эту искру можно интерпретировать, как модель грозовой молнии, а треск, соответственно, как модель грома.

Значительно большую и, соответственно, более зрелищную искру получают с помощью изобретенной в 1851 году Генрихом Румкорфом индукционной катушки - повышающем трансформаторе с незамкнутым сердечником. Над улучшением качества индукционной катушки работали многие ученые.

Первоначально катушка давала короткие искры, но благодаря Физо, присоединившему к ней конденсатор, и Фуко, разработавшему прерыватель, она получила окончательную форму и название "катушка Румкор- фа". Эта катушка сохранилась в неизменности до наших дней, это важный электротехнический прибор, с помощью которого были сделаны крупные открытия и изобретения, в том числе промышленная трансформация электрических токов, рентгеновское излучение, генерирование радиоволн.

Катушка состоит из двух цилиндрических коаксиальных обмоток с железным стержнем внутри. На первичную обмотку напряжение подают от сети переменного тока напряжением 220 В через электролитический прерыватель. Электролитом является 50 % раствор ортофосфорной кислоты. К расположенным поверх катушки выводам вторичной обмотки перед демонстрацией прикрепляют пару токопроводящих стоек, на которые надевают электроды - разрядник. Расстояние между концами электродов должно составлять приблизительно 20 - 25 см.

При включении установки ток в цепи первичной обмотки разогревает электролит настолько, что он вскипает. Образовавшийся при этом пузырек пара ненадолго размыкает эту цепь, после всплытия же пузырька цепь замыкается снова. Кратковременное прерывание тока в первичной обмотке катушки трансформируется ею в высоковольтный импульс во вторичной обмотке, который поступает на электроды разрядника. Высокое же напряжение на разряднике обуславливает настолько большую напряженность поля в нем, что между концами его электродов возникает электрический пробой в виде характерного для искрового разряда динамично меняющегося фиолетово-голубого шнура (рис. 54).

Известно, что при нормальном атмосферном давлении и влажности электрический пробой воздуха происходит при достижении в нем величины напряженности поля приблизительно 30 кВ/см. Следовательно, напряжение между выводами катушки Румкорфа составляет 30 кВ/см х 25 см « 750 кВ.

Мощность искры существенно возрастает при подсоединении к разряднику высоковольтного конденсатора и уменьшении расстояния между электродами разрядника до 3-5 см (рис. 55). Тогда в те промежутки времени, когда разряд прерывается, то есть ток между электродами не течет, этот конденсатор заряжается, а при пробое разряжается, способствуя тем самым значительному возрастанию силы тока между электродами. Процесс сопровождается повышенной яркостью свечения плазмы в искровом промежутке, сопутствующий же разряду треск становится оглушительным.

Так как напряжение на выводах трансформатора Рум- корфа может достигать до миллиона вольт, то подключаемый к нему конденсатор должен выдерживать столь большую разность потенциалов. Этот конденсатор представляет собой многослойный пакет из 11 прямоугольных пластин 500 мм х 700 мм, вырезанных из листового стекла толщиной 10 мм. Обкладками же конденсатора служат вложенные между стеклами листы алюминиевой фольги размером 350 мм х 550 мм. Электроемкость такого конденсатора составляет около 6 нФ.

Для большей эффектности демонстрации с катушкой Румкорфа следует проводить в затемненном помещении.

Схема включения катушки Румкорфа

Рис. 54. Схема включения катушки Румкорфа

Схема получения сильноточной искры

Рис. 55. Схема получения сильноточной искры

Однако полностью освещение выключать не надо, поскольку оно нужно для визуального контроля установки, находящейся под опасно большим напряжением. Этим обстоятельством диктуется и требование производить любые манипуляции с токонесущими деталями установки лишь после ее обесточивания до «видимого разрыва» с розеткой сети электропитания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >