Cw2 - Bezledy

wykonał: Jarosław Mickiewicz. grupa sumacyjna II
ZASTRZEŻENIA: odpowiedzi na pyt. 1 i pyt. 8 mogą być NIEPEŁNE.
Cw2
1. Scharakteryzować rodzaje wyładowań w gazach dla pól elektrycznych o różnych układach
a) wyładowania zupełne (iska i łuk elektryczny) – zwarcie międzyelektrodowe, mała rezystancja
b) wyład. niezupełne (ulot, wył. świetlące i snopiaste) – stosunkowo duże rezystancje.
Najczęściej dla układu ostrze-płyta. Wył. ciemne, jarzące impulsowe i jarzące ciągłe. Czasami towarzyszy
dźwięk (syczenie i trzaski), ciągłe są jednak niesłyszalne. Generalnie giną w przestrzeni między
elektrodami, bo za małe napięcie. Gdy ostrze jest ‘-‘ napięcia dla danych wyładowań są większe niż gdy
ostrze jest ‘+’.
c) wył. niesamodzielne – bardzo duże rezystancje, oprócz obecności pola wymagają zewnętrznego
czynnika jonizującego.
2. Narysować i objaśnić przebieg charakterystyki i= f(U) powietrza.
Początkowo przy wzroście natężenia pola (czyli napięcia) od
zera, występuje linearny wzrost gęstości prądu – występuje
równomierna koncetracja elektronów w obszarze
międzyelektrodowym, ich skierowany ruch nie powoduje
jonizacji otoczenia (np powietrza) i tworzenia nowych
nośników.
Następnie przyrost gęstości prądu jest coraz mniejszy i
wkońcu stabilizuje się na pewnym poziomie (mimo ciągłego
wzrostu pola). Stagnacja wynika z tego, że dla istniejących
nośników istnieje maksymalna możliwa już gęstość prądu,
natomiast napięcie jest nadal zbyt małe by spowodować
lawinowe tworzenie nowych nośników.
Przy pewnym napięciu Ej możliwa staje się jonizacja
zderzeniowa --> zewnętrzne tworzenie nowych nośników --> „włączanie” ich do „ruchu” -->wzrost
gęstości prądu, lecz jest to strefa niesamodzielnych wyładowań. = gdyby wszymano czynnik jonizacyjny,
prąd nie zostałby podtrzymany. Paraboliczny kształt tego fragmentu spowodowany jest przez to, że jeden
elektron o dostatecznej energii rozbija obojętną cząsteczkę --> tworzy się nowy elektron --> dwa
elektrony rozbijają dwie cząsteczki --> dwie rozbijają cztery etc...
Dopiero przy pewnym napięciu E0 zachodzi jonizacja lawinowa – do nośników powstałych wcześniej
zaczynają dołączać elektrony wytrącone z katody --> przebieg wykładniczy bo jest taki śmieszny wzorek,
który Towsend wymyślił, z=eax, gdzie z=liczba elektronów, a=liczba zderzeń jonizacyjnych/cm, x- droga
liczona od punktu, w którym pojawił się pierwszy elektron.
Ufff...
3. Omówić mechanizm Towsenda zapłonu iskry krótkiej.
Występują zwykle dla odgległości <1cm, przy normalnym ciśnieniu powietrza. Podstawowym warunkiem
jest powstanie w pobliżu katody przynajmniej jednego elektronu (wskutek uprzedniej lawiny
jonizacyjnej). Elektron ten wg teori Towsenda wytrącony bezpośrednio z powierzchni katody
(bombardowanej cząstkami ‘+’, dziury, jony dodatnie) zapoczątkuje nową lawinę. Ilość zderzeń
jonizacyjnych na katodzie = (eaα-1), jeśli przemnożyć to przez współczynnik emisji γ wyjdzie ilość
wyzwalanych elektronów. Z podstawowego warunku wychodzi, że żeby pierdutneło to γ*(eaα-1) >=1.
Ten wzorek dotyczy tylko sytuacji dla stałego na całej ‘trasie’ elektronu pola, dla pola zmiennego będzie

 a


  exp  (    dx)  1   1


 0


wykonał: Jarosław Mickiewicz. grupa sumacyjna II
4. Objaśnić mechanizm kanałowy przeskoku.
Dla większych odległości międzyelektrodowych. Iskra zapierdziela jak błyskawica, fachowo – droga iskry
może być krzywą łamaną, a poszczególne odcinki nie muszą być kierunkiem zgodne z wektorem pola.
Tutaj o całym zjawisku decyduje jonizacja przestrzenna gazu. Pierwszy elektron --> lawina -->
wzmocnienie pola przed i za lawiną --> czoło lawiny pobudza cząsteczki gazu --> po powrocie do
poprzedniego stanu energetycznego emitują UV --> może dojść do fotojonizacji gazu, lub katody -->
nowe elektrony --> nowe lawiny (odnogi błyskawic) --> i tak w kółko.
Potem dochodzi do termojonizacji gazu, powstania przewodzącej plazmy (kanału plazmowego) i BUM.
Róznica tutaj jest taka, że dzieje się to znacznie szybciej.
5. Wyjaśnić wpływ rozkładu pola na charakterystyki U0=f(a) i Up=f(a) przy napięciu przemiennym.
jeśli pole jest jednostajne to mogą wystąpić tylko wyładowania zupełne (bez żadnych ulotów etc) tak się
dzieje dla układu kula-kula np (jak na laborkach z dynama, z tym generatorem statycznym). Jeśli rozkład
jest niejednostajny, to wyładowania zupełne są poprzedzone wyładowaniami niezupełnymi (jakieś
jarzenia, skrzenia, etc). Wynika to z tego (np ostrze-płyta), że przy ostrzu jest kilkukrotnie większe
natężenie niż natężenie średnie układu. Powoduje to ‘start’ elektronów z ostrza, jednak ich wpłynięcie w
obszar o mniejszym natężeniu pola ‘wyhamowuje’ energię elektronów i nie może dojść do wyładowania
zupełnego. Dopiero podniesienie napięcia do jakiejść konkretnej (zależnej od odległości między
elektrodami) wartości napięcia spowoduje natychmiastowe wyładowanie całkowite.
6. Wyjaśnić wpływ biegunowości na charakterystyki U0=f(a) i Up=f(a) dla układu ostrze-płyta przy
napięciu stałym.
Dla ostrza ujemnego napięcie ulotu jest niższe niż dla dodatniego. Natomiast napięcie przeskoku jest
wyższe dla ostrza ujemnego. Jeżeli mamy ujemny znak na ostrzu, to łatwiej wytrącić z niego elektrony
(bombardowanie jonami dodatnimi, emisja fotoelektryczna i polowa).
W przypadku ostrza ‘+’, generowanie elektronów z niego jest niemożliwe (jest anodą). Elektrony
powstają więc z jonizacji gazu.
Wyładowanie i tak rozpocznie się z ostrza, (nie płyty, bez względu na polaryzację, dlaczego - nie wiem,
tak jest w instrukcji napisane, może błąd). Tak więc przy ostrzu ujemnym pole przy katodzie jest
wzmacniane, natomiast osłabiane w pobliżu anody. Objawia się to tym, że przy ostrzu ujemnym „łatwiej”
pojawiają się wyładowania ulotowe, natomiast wyładowania całkowite są „hamowane”. Dla odwrotnej
polaryzacji – analogicznie. Charakterystyki, skrypt str. 53
7. Omówić wpływ położenia cienkiej przegrody na wytrzymałość układu ostrze-płyta
Wpływ spowodowany jest zmianą rozkładu ład. przestrzennego. Szczególnie przy niejednostajnym
rozkładzie pola. Generalnie płyta taka zatrzymuje jony. Przy dodatnim ostrzu podnosi ona napięcie
przeskoku. Największy wzrost (2x) jest gdy przegroda jest w pobliżu ostrza (b/a= ~0,7), lecz gdy ją
zbliżymy całkowicie do ostrza – to już obniża napięcie przeskoku. Wiadomo, że wytrzymałość jest
maksymalna dla ostrza-ujemnego, więc ogółem płyta może zwiększać wytrzymałość, ponadto w pewnym
zakresie napięć umożliwia uzyskanie jednakowych charakterystyk dla obu biegunowości.
8. Omówić wpływ czynników atmosferycznych na charakterystyki napięciowe iskierników o różnym
rozkładzie pola.
(ciężko tu coś konkretnego znaleźć, bynajmniej w instrukcji, nie gwarantuje, że moje domysły są
poprawne).
Wiadomo, że wilgotność powietrza (większa wilgotność = mniejsza rezystywność powietrza), temperatura
wpływa pośrednio – poprzez odparowywanie lub nie wody w powietrzu,
gęstość powietrza – bezpośrednio – większe ciśnienie = większa wytrzymałość (UWAGA: powietrze oraz
niektóre gazy mają tutaj anomalię, tzn dla pewnych przyrostów ciśnienia wykazują różne własności)
(przypomnieć sobie wykresy z wykładów z inżynierii mat. :D)
ogólnie na te współczynniki korekcyjne jest w ch.. wzorów i norm, więc pamiętać tego nie ma szans,
trzeba wiedzieć, że to istnieje.
Ciekawostką może być fakt, że silne deszcze w niektórych przypadkach (elektrod kulistych) zwiększają
odporność na przebicia (działają jako lekka bariera dla elektronów na elektrodach)
wykonał: Jarosław Mickiewicz. grupa sumacyjna II
9. Narysować i objaśnić schematy układów pomiarowych niezbędnych do przeprowadzenia
ćwiczenia.
Dla przemiennego:
autotrafo(d
o regulacji)
--> trafo
WN
(bodajże
230V -->
20kV),
rezystor
ograniczają
cy prąd,
pomiar
napięcia
przeskoku przez dzielnik pojemnościowy (to z diodą) i pomiar napięcia ulotu przez pojemność
sprzęgającą--> odpowiedni filtr górnoprzepustowy, to wszystko podane na dwustrumieniowy oscyloskop.
Na ‘wyjściu’ różne rodzaje iskierników, kula-kula, sworzeń-sworzeń, sworzeń-płyta i sworzeń-przegrodapłyta.
Dla stałego napięcia:
podobnie --> autotrafo --> trafo nN/WN --> pojemność odsprzęgająca (wsteczny prąd stały) -->
prostownik. Pomiar napięcia przeskoku poprzez U=RP*I
10. Podać metody pomiaru wysokich napięć przemiennych i stałych.
a) metody iskiernikowe DC – wykorzystuje się unormowaną (znaną) zależność napięcia wyładowania w
funkcji odległości elektrod. Upierdliwe bo trzeba zwracać uwagę na wilgotność, korekty, zakłócenia,
wiatr i inne pierdy.
b)dzielniki napięcia DC – R, C lub RC, jak działają wiadomo – napięcie jest (zaskakujące) ‘dzielone’ na
takie wartości, które umożliwią pomiar napięcia dostępnymi urządzeniami. Problemem są przepięcia
(wymiary rzeczywiste rezystorów muszą być odpowiednio wielkie, aby uniemożliwić przeskoki etc),
zniekształcenia (od pojemności). Do zalet należy łatwość konstrukcji i linearność zależności (w teorii).
c) dzielniki impedancji (napięcia AC) – wykorzystuje się dzielniki pojemnościowe, które dla AC działają
podobnie jak dzielniki napięcia DC na rezystorach.
d) prostownik + kondesator gazowy do ACi DC – to praktycznie nie istnieje, zapomnijcie.
e) pomiar bezpośredni DC – woltomierz elektrostatyczny (taki jak na dynamie, co się te laski ebonitowe i
szklane tarło :D)
f) przekładniki napięciowe AC – analogicznie do przek. prądowych, ciut nie transformatory, na wejściu
zajebiście duże napięcie, na wyjściu odpowiednio ‘przełożone’