РЕФЕРАТ 3
дение 3
1 Физика электрического пробоя газа 5
1.1 Сущность явления электрического пробоя 5
1.2 Основные факторы, влияющие на величину напряжения пробоя 9
1.3 Первый ионизационный коэффициент Таунсенда 11
1.4 Второй ионизационный коэффициент Таунсенда и условие самостоятельности
разряда 13
2 Расчет напряжения пробой исходя из известной зависимости a(E/p) 17
2.1 Анализ закона Пашена 17
2.2 Плоскопараллельный диод 18
2.3 Коаксиальный диод 20
2.4 Сферический диод 23
3 Расчет ионизационного коэффициента для смеси газов 26
3.1 Математическая модель 26
3.2 Элементарные процессы, учитываемые при расчетах 27
3.3 Результаты расчетов для выбранной смеси газов 28
Результаты работы 33
Список литературы
Газовый разряд представляет собой совокупность физических, химических, оптических и тепловых процессов, которые происходит в газе под воздействием внешнего электрического поля. Фундаментальным явлением, в результате которого зажигается разряд, является электрический пробой газа. Уже более ста лет ведется изучение газового разряда и электрического пробоя в частности, но из-за сложности протекающих процессов и их огромного количества до сих пор нет единой теории, описывающей все аспекты данных явлений. Существенный вклад в развитие теории электрического пробоя внес Таунсенд, который в своё время ввёл так называемые ионизационные коэффициенты - первый и второй ионизационные коэффициенты Таунсенда, с помощью которых он описал основные процессы, в результате которых происходит пробой газа. Большое количество работ посвящено определению значений этих коэффициентов при различных величинах напряженность внешнего электрического поля. Результаты подобных исследований позволяли дальше развивать теорию электрического разряда.
В самом общем смысле, электрическим пробоем газа называется процесс перехода газообразной среды от непроводящего состояния к проводящему в результате наложения достаточно сильного электрического поля, что приводит к ионизации газа и приобретению им способности проводить электрический ток. Известно, что пробой газа происходит за очень короткий период времени при определенных значениях напряженности внешнего электрического поля, определяемого приложенным к электродам газоразрядного промежутка напряжением. Величина приложенного к электродам напряжения, при котором осуществляется электрический пробой газа, называется напряжением пробоя или пробивным напряжением. Известно, что на величину пробивного напряжения оказывает влияние ряд факторов, таких как сорт газа, его давление, наличие примесей в газе и их концентрация, конфигурация электродов, материал, из которого они изготовлены и т.д.
Электрический пробой газа - процесс нестационарный, кратковременный и локализованный в малой области пространства. По этим причинам, экспериментальное исследование электрического пробоя в газе зачастую является затруднительным. На сегодняшний день, существенная часть работ по исследованию газового разряда и электрического пробоя проводится с использованием компьютерного моделирования. С этой целью, было разработано большое количество математических моделей, каждая из которых применяется для решения узкого круга задач.
Объектом исследование данной работы является электрический пробой модельной газовой смеси, построенной на основе данных о величинах сечений элементарных процессов в аргоне и азоте. В ходе работы рассчитывались зависимости ионизационного коэффициента в смеси от величины приведенного электрического поля при различных объемных концентрациях аргона и азота в смеси. Результаты этих расчётов использовались для того, чтобы рассчитать пробивное напряжение смеси для случаев газоразрядных промежутков, имеющих одномерную геометрию.
Таким образом, целью данной работы является расчет напряжений пробоя газовой смеси аргона и азота при различных объемных концентрациях составных частей
В ходе работы были получены следующие результаты:
1. Получены аппроксимационные формулы, описывающие зависимость приведенного ионизационного коэффициента а/p от величины приведенного электрического поля E/p в области высоких полей, характерных для минимума кривой Пашена. Определены константы A и B, имеющие смысл обратной средней длины свободного пробега электрона в газовой смеси и приведенной напряженности электрического поля в точке минимума кривой Пашена соответственно. Показано, что с ростом объемной концентрации азота в смеси значения констант возрастают в сравнении с их значениями для чистого аргона.
2. Рассчитаны напряжения пробоя смеси для случая плоскопараллельного газоразрядного промежутка при различных объемных концентрациях аргона и азота в смеси. Величина пробивного напряжения в точке минимума кривой Пашена изменяется пропорционально изменению состава газовой смеси.
3. Рассчитаны пробивные напряжения смеси для случаев плоскопараллельной, коаксиальной и сферической конфигураций электродов. В области минимума кривой Пашена, абсолютно минимальные пробивные напряжения имеют место в случае плоскопараллельного газоразрядного промежутка. Минимальные пробивные напряжения в коаксиальных и сферических геометриях превышают напряжения пробоя плоскопараллельного промежутка. С ростом величины pd, ситуация меняется в противоположную сторону: в области высоких давлений, пробивное напряжение тем меньше, чем выше неоднородность электрического поля, обусловленная конфигурацией электродов.
