1. Omówić czynniki wpływające na wytrzymałość powietrza.
Wytrzymałość układów izolacyjnych zawierających powietrze zależy od czynników technicznych oraz
od jego parametrów fizycznych.
Czynniki techniczne:
-kształt elektrod (rozkład jednostajny lub niejednostajny pola elektrycznego)
- rodzaj przyłożonego napięcia (stałe, przemienne, udarowe) i czas jego oddziaływania
- stan powierzchni (gładkość, ewentualne zabrudzenia),
Właściwości fizyczne: ciśnienie, temperatura, wilgotność.
2. Wymienić i objaśnić mechanizmy jonizacji powietrza.
W zależności od występujących warunków, procesy jonizacyjne w gazach można podzielić na dwie
grupy:
a) Jonizacja przestrzenna, do której zaliczana jest:
-jonizacja zderzeniowa: elektronowa, jonowa, cieplna (międzycząsteczkowa)
- fotojonizacja
b) jonizacja powierzchniowa
Jonizacja zderzeniowa zachodzi w czasie zderzenia dwóch cząsteczek podczas którego następuje
wzajemne przekazywanie energii oraz zmiana parametrów ruchu.
Fotojonizacja ma miejsce, jeżeli energia promieniowania Wp jest większa od energii jonizacji danego
gazu Wj.
Jonizacja powierzchniowa jest zjawiskiem określanym jako proces katodowy. Emisja elektronów
znajdujących się w paśmie przewodnictwa metalu, z którego wykonana jest elektroda, jest związana z
wykonywaniem przez nie pracy wyjścia, która wynosi w granicach 1-6 eV.
3. Dejonizacja jest to zjawisko odwrotne w stosunku do jonizacji i możemy wyróżnić:
-rekombinację – o połączenie się pary cząstek lub jonów o przeciwnych ładunkach
elektrycznych. Zjawisku rekombinacji jonu dodatniego i elektronu towarzyszy uwolnienie nadwyżki
energii elektronu, zazwyczaj przez wypromieniowanie fotonu.
-dyfuzję elektronów i jonów – polega na przemieszczaniu się w wyniku ruchów cieplnych
jonów i elektronów z obszarów o większej koncentracji do obszarów o mniejszej koncentracji. wiązanie elektronów przez cząsteczki gazów - powoduje powstanie cząsteczek obojętnych lub gazu
ujemnego.
4. Narysować i wyjaśnić charakterystykę jonizacji.
Na odcinku 0A charakterystyka jest liniowa, liczba ładunków docierających do okładzin jest
proporcjonalna do przyłożonego napięcia. Obowiązuje prawo Ohma.
Po osiągnięciu napięcia Us, następuje stabilizacja, prąd na odcinku AB osiąga stan nasycenia i
wartość Is. Nie wzrasta liczba ładunków w wyniku oddziaływania zewnętrznych czynników
jonizujących.
Począwszy od napięcia Uj, elektrony uzyskują prędkości i energie, wystarczające do
zapoczątkowania intensywnych procesów jonizacyjnych. Zwiększenie wartości napięcia
wywołuje wzrost prądu (odcinek BS).
Po osiągnięciu napięcia Uo wyładowanie staje się samoistne, wzrost prądu nie zależy od
mechanizmów powstawania naładowanych cząstek, a jedynie od parametrów obwodu
elektrycznego.
5. Wyjaśnić wpływ ładunku przestrzennego w lawinie elektronowej na rozkład pola
elektrycznego.
W czole lawiny znajdują się szybkie elektrony, z kolei w ogonie wolne jony dodatnie. Przy
niewielkich odstępach między elektrodami ładunek przestrzenny jest zbyt mały i nie wpływa
w istotny sposób na rozkład pola elektrycznego. Jeżeli odległości międzyelektronowe są duże
ładunek przestrzenny w lawinie jest przyczyną powstawania lokalnych pól wewnętrznych i
zniekształcenia pola pierwotnego.
6. Omówić warunek Townsenda rozwoju wyładowania samodzielnego.
Mechanizm wyładowań lawinowych obowiązuje dla iskier krótkich i układów dla których
wartość (a*p) orzyjmuje wartość w zakresie (0,5-10^3) Pa*m. Mechanizm ten wynika z teorii
Townsenda i jest oparty na lawinowym wzroście liczby elektronów w wyniku przestrzennej i
powierzchniowej jonizacji zderzeniowej.
7. Wyjaśnić kanałowy mechanizm przebicia gazów.
Mechanizm kanałowy występuje przy dużych wartościach iloczynu (a*p), czyli przy iskrach
długich. W tym przypadku na rozwój wyładowania ma wpływ zarówno jonizacja zderzeniowa,
jak również inne procesy jonizacyjne (fotojonizacja, termojonizacja).
8. Omówić zależność napięcia początkowego wyładowań Uo od iloczynu ciśnienia gazu i
odległości między elektronami.
Napięcie początkowe wyładowań Uo przy stałej temperaturze jest zależne jedynie od iloczynu
odległości międzyelektrodowej a i ciśnienia p. Przy założeniu stałej odległości między
elektrodowej a, z krzywej Paschena wynika, że wzrost napięcia początkowego Uo, a wiec
wzrost wytrzymałości elektrycznej można osiągnąć dwoma sposobami: wytwarzając w
układzie bardzo niskie ciśnienie lub stosując wysokie ciśnienie.
9. Omówić prawo Pashena i jego fizyczną interpretację.
10. Wyjaśnić zależność napięć Uo, Us, Up od odległości między elektrodami w polu
niejednostajnym.