Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы поговорим с вами о том, что такое газовый разряд, какие основные типы у него бывают и для чего применяются.

Итак, электрический разряд в газах (газовый разряд) — это прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. Большое разнообразие начальных условий, обуславливающих исходное состояние газа, привело к тому, что существует достаточно много разновидностей электрических разрядов. К таким условиям относится температура, давление, газовый состав, форма и расположение электродов, материал электродов, геометрия электрического поля и т.д. и т.п.

В основном выделяют следующие основные типы разрядов: искровой разряд, дуговой разряд, коронный разряд, тлеющий разряд и факельный разряд.

1. Искровой разряд (или по другому искра) — это разряд, возникающий обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Искровой разряд происходит в том случае, если мощность питающего его источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового или тлеющего разряда. В таких условиях одновременно с резким возрастанием тока разряда напряжение на разрядном промежутке резко падает ниже напряжения погасания. Разряд гаснет. Далее процесс повторяется.

Типичный пример искрового разряда в лабораторных условиях — разряд, получаемый от катушки Румкорфа, электрофорной машины, некоторых типов трансформатора Теслы. Самый известный пример искрового разряда в природе — молния. Вживую искровой разряд выглядит вот так:

В науке и технике искровой разряд используется достаточно широко. Так, например, в бензиновых двигателях внутреннего сгорания искровой разряд применяется для поджога топливно-воздушной смеси; в металлургии искровой разряд применяется для электроэрозионной обработки металлов; в химии и физике — для получения эмиссионных спектров. Искровой разряд применялся и в эксперименте, ставшем классическим — эксперименте Миллера-Юри. Кроме того при помощи искрового разряда можно инициировать процессы взрыва и горения, а также он используется в искровом счётчике заряженных частиц и пр.

2. Если же мощности питающего разряд источника энергии достаточно для поддержания стационарного дугового разряда, то искровой разряд при тех же условиях обычно в него и переходит (либо в тлеющий). Впрочем, дуговой разряд может возникать и независимо от искрового при подходящих условиях.

Впервые дуговой разряд наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 году Петровым В.В. и независимо от него в 1808-1809 годах Г. Дэви. Светящийся канал наблюдаемого разряда был дугообразно изогнут, что и обусловило его название.

Дуговой разряд широко применяется в дуговых печах для выплавки металлов; в газоразрядных источниках света; для электросварки; в атомно-эмиссионной спектроскопии и т.д. В подборке фото ниже представлены примеры типичного дугового разряда.

Вживую это выглядит вот так:

Кроме всего прочего дуговой разряд (в смеси с тлеющим) активно применяется в демонстрационно-образовательных целях — если зажечь дуговой (тлеющий) разряд в колбе, заполненной различными газами и (или) их смесями, то в зависимости от состава газовой смеси цвет свечения будет различаться (т.к. будет отличаться суммарный спектр излучения). Впрочем, это же свойство (различие спектров излучения) как раз и используется в АЭС для анализа состава в т.ч. газовых смесей.

В качестве примера ниже приведён разряд в атмосфере аргона:

В атмосфере криптона разряд выглядит вот так:

В атмосфере ксенона разряд выглядит вот так:

В атмосфере гелия разряд выглядит вот так:

А в атмосфере азота разряд выглядит вот так:

Выглядит достаточно красиво!

3. Ещё одним распространённым типом разряда является тлеющий разряд. Обычно тлеющий разряд происходит при низкой температуре катода, отличается относительно малой (относительно дугового разряда) плотностью тока на катоде и большим катодным падением потенциала. Тлеющий разряд может возникать при давлениях газа вплоть до атмосферного, но чаще всего от сотых долей до нескольких мм рт. ст.

Типичными областями применения тлеющего разряда является, например, неоновая реклама, некоторые виды газотронов и тиратронов, газонаполненные индикаторы различного типа, люминесцентные лампы и пр. Кроме того тлеющий разряд можно использовать для получения ряда соединений — BrO₂, B₂H₅Br, Al₂H₂(CH₃)₄, B₂Cl₄ и пр.

В подборке фото ниже показано несколько примеров тлеющего разряда.

4. Одной из разновидностей тлеющего разряда является коронный разряд. Коронный разряд возникает при сильно выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов.

Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (например, острия, тонкие провода и пр). При коронном разряде такие электроды окружены характерным свечением, похожим на корону (отсюда и название). Типичными примерами коронных разрядов являются огни святого Эльма, свечение вокруг проводов линий электропередач и пр. На одном из типов коронного разряда основана электрофотография.

Коронный разряд нашел применение в электростатических очистителях газов; в некоторых типах дефектоскопов для поиска трещин; в копировальной технике — для переноса тонера на бумагу; существуют способы гидрогенизации углей с использованием коронного разряда.

Несколько примеров смеси коронного и искрового разряда представлено в подборке фото ниже.

5. Последний тип разряда, который мы сегодня рассмотрим — факельный разряд. Факельный разряд возникает при давлениях порядка атмосферного и выше, имеет форму, близкую к форме пламени свечи. Такой разряд обычно возникает при частотах порядка 10 и выше МГц.

Разряд может возникать в различных условиях — при удалении одного из электродов высокочастотного дугового разряда или при повышении мощности высокочастотного коронного разряда. Как и коронный разряд он (факельный разряд) достаточно легко зажигается на электродах с большой кривизной поверхности.

Факельный разряд применяется в атомно-эмиссионной спектроскопии; его можно использовать для активации химических реакций, протекающих в газовой фазе; для обработки поверхности различных материалов и пр.

Вот такие разнообразные бывают разряды в газах.

А на этом на сегодня всё. Спасибо, что дочитали до конца!

Список использованной литературы:

1. Газовые разряды
2. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с.
3. Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1991.