تفريغ كورونا – الحدوث والميزات والتطبيق. تفريغ كورونا وخصائصه جهد كورونا

ذات انحناء سطحي كبير (نقاط، أسلاك رفيعة). تتميز المنطقة القريبة من هذا القطب بقيم شدة مجال أعلى بكثير مقارنة بالقيم المتوسطة للفجوة بأكملها. عندما تصل شدة المجال إلى قيمة قصوى (للهواء حوالي 30 كيلو فولت/سم)، يظهر توهج حول القطب الكهربائي، يشبه التاج. أثناء تفريغ الإكليل، تحدث عمليات التأين فقط بالقرب من قطب الإكليل. ويحدث تفريغ الإكليل عند ضغط جوي مرتفع نسبيا (على ترتيب الضغط الجوي).

في ظل الظروف الطبيعية، يمكن أن يحدث تفريغ الهالة على قمم الأشجار والصواري - ما يسمى بنار القديس إلمو.

يوتيوب الموسوعي

1 / 3

تفريغ كورونا - الفيزياء في التجارب والتجارب

كورونا التفريغ

تفريغ شرارة

ترجمات

آلية كورونا

يتم تسريع الإلكترون الناتج عن التأين العشوائي لجزيء محايد في مجال كهربائي ويكتسب طاقة كافية لتأينه عند اصطدامه بالجزيء التالي. ونتيجة لذلك، تحدث زيادة هائلة في عدد الجزيئات المشحونة.

الكاثود، ويسمى هذا الاكليل سلبيا. في الهالة السلبية، يتم توجيه الانهيارات الثلجية المؤينة بعيدًا عن الطرف. يتم ضمان تكاثر الإلكترونات الحرة هنا بسبب الانبعاث الحراري من قطب الإكليل. على مسافة ما من الطرف، حيث يكون المجال الكهربائي غير كافٍ لضمان التأين الانهياري، تتحد الإلكترونات مرة أخرى مع الجزيئات المحايدة، لتشكل الأيونات السالبة، التي تمثل حاملات التيار في المنطقة الخارجية.

إذا كان طرف الإكليل عبارة عن أنود، فإن هذا الإكليل يسمى موجبًا. في الهالة الإيجابية، تنجذب الإلكترونات إلى الطرف ويتم صد الأيونات منه. يتم توفير تكاثر الإلكترونات التي تؤدي إلى انهيار التأين عن طريق المعالجات الضوئية الثانوية في الغاز بالقرب من الطرف. وبعيدًا عن قطب الإكليل، فإن المجال الكهربائي غير كافٍ لتوفير التأين الانهياري. الحاملات الحالية في هذه المنطقة هي أيونات موجبة تنتقل من الطرف إلى القطب السالب. على النقيض من التوهج المتساوي للإكليل السلبي، في بعض الأحيان يتم ملاحظة تدفقات الهالة الإيجابية وهي تهرب من الطرف، والتي، مع زيادة الجهد، تتحول إلى قنوات شرارة.

طلب

يستخدم تفريغ كورونا لتنظيف الغازات من الغبار والملوثات المرتبطة بها (فلتر إلكتروستاتيك)، لتشخيص حالة الهياكل (يسمح لك باكتشاف الشقوق في المنتجات).

يُستخدم تفريغ كورونا في آلات التصوير (آلات النسخ) وطابعات الليزر لشحن الأسطوانة الحساسة للضوء، ونقل المسحوق من الأسطوانة إلى الورق، وإزالة الشحنة المتبقية من الأسطوانة.

يستخدم تفريغ كورونا لتحديد الضغط داخل المصباح المتوهج. يعتمد حجم التفريغ على الطرف وضغط الغاز المحيط به. غيض من جميع المصابيح من نفس النوع هو خيوط. وهذا يعني أن تفريغ الهالة سيعتمد فقط على الضغط. وهذا يعني أنه يمكن الحكم على ضغط الغاز في المصباح من خلال حجم تفريغ الإكليل.

تفريغ كورونا على أسلاك خطوط الكهرباء

يؤدي تفريغ الهالة على أسلاك خطوط نقل الطاقة إلى خسائر كبيرة في الطاقة المنقولة. من أجل تقليل الخسائر الناجمة عن الهالة المشتركة، يتم تقسيم أسلاك خطوط نقل الطاقة إلى عدة مكونات، اعتمادًا على الجهد المقنن للخط.

الطريقة "النظامية" لتقليل فقد الطاقة بسبب الإكليل هي أنه اعتمادًا على الرطوبة ودرجة حرارة الهواء، يقوم المرسل بتقليل الجهد في الخط إلى قيمة معينة. وفي هذا الصدد، يتم تعيين أصغر المقاطع المسموح بها على طول التاج:

• 110 كيلو فولت - 70 مم² (يوصى حاليًا باستخدام مقطع بمساحة 95 مم²).
• 150 كيلو فولت - 120 ملم².
• 220 كيلو فولت - 240 ملم².

كانت مفرزة كبيرة من محاربي روما القديمة في حملة ليلية. كانت عاصفة رعدية تقترب. وفجأة ظهرت مئات الأضواء الزرقاء فوق الفريق. أضاءت أطراف رماح المحاربين. وبدا وكأن رماح الجنود الحديدية تحترق دون أن تحترق! ولم يكن أحد يعرف طبيعة هذه الظاهرة المذهلة في تلك الأيام، وقرر الجنود أن مثل هذا التألق على الرماح ينذر بانتصارهم. ثم سميت هذه الظاهرة بنيران كاستور وبولوكس - على اسم البطلين التوأم الأسطوريين. وبعد ذلك تم تغيير اسمها إلى أضواء إلمو - على اسم كنيسة القديس إلمو في إيطاليا، حيث ظهرت.

وخاصة في كثير من الأحيان لوحظت مثل هذه الأضواء على صواري السفن. قال الفيلسوف والكاتب الروماني لوسيوس سينيكا إنه خلال عاصفة رعدية، "يبدو أن النجوم تنزل من السماء وتجلس على صواري السفن". من بين القصص العديدة حول هذا الموضوع، فإن شهادة قبطان السفينة الشراعية الإنجليزية مثيرة للاهتمام.

حدث هذا عام 1695، في البحر الأبيض المتوسط، بالقرب من جزر البليار، خلال عاصفة رعدية.

خوفا من العاصفة، أمر القبطان بإنزال الأشرعة. وبعد ذلك رأى البحارة أكثر من ثلاثين مصباح إلمو في أماكن مختلفة من السفينة. على ريشة الطقس للصاري الكبير، وصل الحريق إلى ارتفاع أكثر من نصف متر. أرسل القبطان بحارًا يأمر بإزالته. صعد إلى الطابق العلوي وصرخ قائلاً إن النار كانت تهسهس مثل صاروخ مصنوع من البارود الخام. وأمر بإنزالها مع ريشة الطقس وإسقاطها. ولكن بمجرد أن قام البحار بإزالة ريشة الطقس، قفزت النار إلى نهاية الصاري، حيث كان من المستحيل إزالتها.

وقد شوهدت صورة أكثر إثارة للإعجاب في عام 1902 من قبل بحارة السفينة مورافيا. أثناء وجوده خارج جزر الرأس الأخضر، كتب الكابتن سيمبسون في سجل السفينة: «ومض البرق في البحر لمدة ساعة كاملة. الحبال الفولاذية، وقمم الصواري، والساحات، ونهايات أذرع الشحن - كل شيء توهج. بدا الأمر كما لو كانت مصابيح مضاءة معلقة على ربع السطح كل أربعة أقدام، وأضاءت أضواء ساطعة في نهايات الصواري والساحات.» كان التوهج مصحوبًا بضوضاء غير عادية:

"كان الأمر كما لو أن عددًا لا يحصى من حشرات الزيز قد استقرت في المعدات، أو كما لو أن الأخشاب الميتة والعشب الجاف كانت تحترق بصوت طقطقة..."

نار سانت إلمو متنوعة. أنها تأتي في شكل توهج موحد، في شكل أضواء وامضة فردية، مشاعل. في بعض الأحيان تبدو مثل النيران إلى حد كبير لدرجة أنها تسارع إلى إخمادها.

ويشهد عالم الأرصاد الجوية الأمريكي همفري، الذي لاحظ أضواء إلمو في مزرعته: أن هذه الظاهرة الطبيعية، "تحويل كل ثور إلى وحش بقرون نارية، تعطي انطباعًا بوجود شيء خارق للطبيعة". هذا ما يقوله شخص، بحكم موقعه، غير قادر على أن يبدو متفاجئًا بمثل هذه الأشياء، ولكن يجب أن يقبلها دون مشاعر غير ضرورية، معتمدًا فقط على الفطرة السليمة. يمكننا أن نقول بأمان أنه حتى الآن، على الرغم من هيمنة النظرة العلمية الطبيعية للعالم - بعيدًا عن كونها عالمية - سيكون هناك أشخاص، لو كانوا في موقف همفري، سيرون في قرون الثور النارية شيئًا خارجًا عن سيطرة العقل. . ليس هناك ما يمكن قوله عن العصور الوسطى: فمن المرجح أن يُنظر إلى نفس القرون على أنها مكائد الشيطان.

جوهرياحجم بتأناد،التاج الكهربائي، متنوعة تفريغ الحماس ; يحدث عندما يكون هناك عدم تجانس واضح للمجال الكهربائي بالقرب من أحد القطبين الكهربائيين أو كليهما. تتشكل مجالات مماثلة عند الأقطاب الكهربائية ذات انحناء سطحي كبير جدًا (نقاط، أسلاك رفيعة). أثناء تفريغ الإكليل، تكون هذه الأقطاب الكهربائية محاطة بتوهج مميز، يُسمى أيضًا الإكليل، أو طبقة الإكليل. تسمى المنطقة غير المضيئة ("المظلمة") من الفضاء بين الأقطاب المجاورة للإكليل بالمنطقة الخارجية. غالبًا ما يظهر التاج على الأجسام المدببة الطويلة (المقدسة أضواء إلما ), حول أسلاك خطوط الكهرباء، وما إلى ذلك. يمكن أن يحدث تفريغ الإكليل عند ضغوط غاز مختلفة في فجوة التفريغ، لكنه يتجلى بشكل أكثر وضوحًا عند ضغوط لا تقل عن الضغط الجوي.

يتم تفسير ظهور تفريغ الهالة من خلال الانهيار الأيوني. يوجد دائمًا عدد معين من الأيونات والإلكترونات في الغاز، ينشأ لأسباب عشوائية. ومع ذلك، فإن عددها صغير جدًا لدرجة أن الغاز لا يوصل الكهرباء عمليًا. عند شدة مجال عالية بما فيه الكفاية، يمكن أن تصبح الطاقة الحركية المتراكمة بواسطة الأيون في الفترة الفاصلة بين تصادمين كافية لتأين جزيء محايد عند الاصطدام. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل إلكترون سلبي جديد وبقايا موجبة الشحنة - أيون.

عندما يصطدم الإلكترون الحر 1 بجزيء متعادل، فإنه يقسمه إلى إلكترون 2 وأيون موجب حر. عند اصطدام الإلكترونين 1 و2 بالجزيئات المحايدة، يقومان بتقسيمهما مرة أخرى إلى إلكترونين 3 و4 وأيونات موجبة حرة، وما إلى ذلك.

وتسمى عملية التأين هذه تأثير التأين، والشغل الذي يجب بذله لإزالة إلكترون من الذرة - عمل التأين. يعتمد عمل التأين على بنية الذرة وبالتالي يختلف باختلاف الغازات. تعمل الإلكترونات والأيونات المتكونة تحت تأثير التأين التأثيري على زيادة عدد الشحنات في الغاز، وبالتالي تتحرك تحت تأثير المجال الكهربائي ويمكن أن تنتج تأثير التأين لذرات جديدة. وهكذا تتعزز العملية، ويصل التأين في الغاز بسرعة إلى قيمة كبيرة جدًا. وتشبه هذه الظاهرة الانهيار الثلجي، ولهذا سميت هذه العملية الانهيار الأيوني.

دعونا نمد سلكًا معدنيًا يبلغ قطره عدة أعشار المليمتر على دعامتين عازلتين عاليتين ونقوم بتوصيله بالقطب السالب لمولد ينتج جهدًا يبلغ عدة آلاف من الفولتات. سنأخذ القطب الثاني للمولد إلى الأرض. والنتيجة هي نوع من المكثفات، وألواحها عبارة عن سلك وجدران الغرفة، والتي تتواصل بالطبع مع الأرض.

المجال في هذا المكثف غير متجانس للغاية، وكثافته بالقرب من سلك رفيع عالية جدًا. ومن خلال زيادة الجهد تدريجيًا ومراقبة السلك في الظلام، يمكنك ملاحظة أنه عند جهد معين يظهر توهج ضعيف (إكليل) بالقرب من السلك، يغطي السلك من جميع الجوانب؛ يكون مصحوبًا بصوت هسهسة وصوت طقطقة طفيف. إذا تم توصيل جلفانومتر حساس بين السلك والمصدر، فمع ظهور توهج، يُظهر الجلفانومتر تيارًا ملحوظًا يتدفق من المولد عبر الأسلاك إلى السلك ومنه عبر هواء الغرفة إلى الجدران؛ بين السلك والجدران يتم نقله عن طريق الأيونات المتكونة في الغرفة بسبب تأثير التأين. وبالتالي فإن توهج الهواء وظهور التيار يشير إلى تأين قوي للهواء تحت تأثير المجال الكهربائي. يمكن أن يحدث تفريغ الهالة ليس فقط بالقرب من السلك، ولكن أيضًا عند الطرف وبشكل عام بالقرب من أي أقطاب كهربائية، والتي يتشكل بالقرب منها مجال غير متجانس قوي جدًا.

تطبيق تفريغ كورونا.تنقية الغازات الكهربائية (المرسبات الكهربائية). يصبح الوعاء المملوء بالدخان فجأة شفافًا تمامًا إذا تم إدخال أقطاب معدنية حادة متصلة بآلة كهربائية فيه، وتترسب جميع الجزيئات الصلبة والسائلة على الأقطاب الكهربائية. وتفسير التجربة هو كما يلي: بمجرد إشعال الإكليل في السلك، يصبح الهواء داخل الأنبوب شديد التأين. تلتصق أيونات الغاز بجزيئات الغبار وتشحنها. ونظرًا لوجود مجال كهربائي قوي داخل الأنبوب، تتحرك جزيئات الغبار المشحونة تحت تأثير المجال إلى الأقطاب الكهربائية، حيث تستقر.

عدادات الجسيمات. يتكون عداد جسيمات جيجر-مولر من أسطوانة معدنية صغيرة مزودة بنافذة مغطاة بورق الألمنيوم وسلك معدني رفيع ممتد على طول محور الأسطوانة ومعزول عنها. يتم توصيل العداد بدائرة تحتوي على مصدر تيار يبلغ جهده عدة آلاف فولت. يتم اختيار الجهد حسب الضرورة لظهور تفريغ الاكليل داخل جهاز القياس.

عندما يدخل إلكترون سريع الحركة إلى العداد، يقوم الأخير بتأيين جزيئات الغاز الموجودة داخل العداد، مما يتسبب في انخفاض الجهد المطلوب لإشعال الإكليل قليلاً. يحدث تفريغ في العداد، ويظهر تيار ضعيف قصير المدى في الدائرة. للكشف عنها، يتم إدخال مقاومة عالية جدًا (عدة ميغا أوم) في الدائرة ويتم توصيل مقياس كهربائي حساس بالتوازي معها. في كل مرة يضرب فيها إلكترون سريع العداد، تنحني لوحة مقياس الكهربية.

تتيح مثل هذه العدادات إمكانية تسجيل ليس فقط الإلكترونات السريعة، ولكن أيضًا، بشكل عام، أي جسيمات مشحونة وسريعة الحركة قادرة على إنتاج التأين من خلال الاصطدامات. تكتشف العدادات الحديثة بسهولة دخول حتى جسيم واحد إليها، وبالتالي تجعل من الممكن التحقق بموثوقية كاملة ووضوح شديد من أن الجسيمات المشحونة الأولية موجودة بالفعل في الطبيعة.

مانعة الصواعق. تشير التقديرات إلى أن حوالي 1800 عاصفة رعدية تحدث في وقت واحد في الغلاف الجوي للكرة الأرضية بأكملها، مما ينتج عنه في المتوسط ​​حوالي 100 صاعقة في الثانية. وعلى الرغم من أن احتمال إصابة أي فرد بالبرق ضئيل، إلا أن البرق يسبب الكثير من الضرر. ويكفي أن نشير إلى أن ما يقرب من نصف جميع الحوادث في خطوط الكهرباء الكبيرة حاليًا سببها البرق. لذلك، تعتبر الحماية من الصواعق مهمة مهمة.

لم يشرح لومونوسوف وفرانكلين الطبيعة الكهربائية للبرق فحسب، بل أشارا أيضًا إلى كيفية بناء مانع الصواعق للحماية من ضربات البرق. مانعة الصواعق عبارة عن سلك طويل يتم شحذ وتقوية طرفه العلوي فوق أعلى نقطة في المبنى المحمي. يتم توصيل الطرف السفلي من السلك بصفيحة معدنية، ويتم دفن الصفيحة في الأرض عند مستوى مياه التربة. أثناء العاصفة الرعدية، تظهر شحنات كبيرة مستحثة على الأرض ويظهر مجال كهربائي كبير على سطح الأرض. يكون توترها مرتفعًا جدًا بالقرب من الموصلات الحادة، وبالتالي يتم إشعال تفريغ الهالة في نهاية مانعة الصواعق. ونتيجة لذلك، لا يمكن أن تتراكم الشحنات المستحثة على المبنى ولا يحدث البرق. في تلك الحالات التي يحدث فيها البرق (ومثل هذه الحالات نادرة جدًا)، فإنه يضرب مانعة الصواعق وتنتقل الشحنات إلى الأرض دون التسبب في ضرر للمبنى.

في بعض الحالات، يكون تفريغ الهالة من مانعة الصواعق قويًا جدًا بحيث يظهر وهج واضح عند طرفه. ويظهر هذا التوهج أحيانًا بالقرب من أجسام مدببة أخرى، على سبيل المثال، عند نهايات صواري السفن أو قمم الأشجار الحادة وما إلى ذلك. وقد لوحظت هذه الظاهرة منذ عدة قرون وتسببت في رعب خرافي بين البحارة الذين لم يفهموا جوهرها الحقيقي.

برق.ظاهرة طبيعية جميلة وخطيرة -البرق- عبارة عن تفريغ شرارة في الجو.

بالفعل في منتصف القرن الثامن عشر، تم الاهتمام بالتشابه الخارجي للبرق مع شرارة كهربائية. وقيل إن السحب الرعدية تحمل شحنات كهربائية كبيرة وأن البرق عبارة عن شرارة عملاقة لا تختلف إلا في الحجم عن الشرارة الموجودة بين كرات الآلة الكهربائية. وقد أشار إلى ذلك، على سبيل المثال، الفيزيائي والكيميائي الروسي ميخائيل فاسيليفيتش لومونوسوف (1711-65)، الذي تناول، إلى جانب قضايا علمية أخرى، موضوع كهرباء الغلاف الجوي.

وقد ثبت ذلك في تجربة 1752-53. لومونوسوف والعالم الأمريكي بنيامين فرانكلين (1706-90)، الذين عملوا في وقت واحد وبشكل مستقل عن بعضهم البعض.

قام لومونوسوف ببناء "آلة رعدية" - وهو مكثف موجود في مختبره ومشحون بالكهرباء الجوية من خلال سلك، تم إخراج نهايته من الغرفة ورفعها على عمود مرتفع. أثناء عاصفة رعدية، يمكن استخراج الشرر من المكثف باليد.

أثناء عاصفة رعدية، طار فرانكلين طائرة ورقية على خيط مزود بطرف حديدي؛ تم ربط مفتاح الباب بنهاية السلسلة. وعندما أصبح الخيط مبتلاً وأصبح موصلاً للتيار الكهربائي، تمكن فرانكلين من استخراج شرارات كهربائية من المفتاح، وشحن جرار ليدن وإجراء تجارب أخرى أجريت باستخدام آلة كهربائية (وتجدر الإشارة إلى أن مثل هذه التجارب خطيرة للغاية، حيث أن يمكن أن يضرب البرق الطائرات الورقية، وفي الوقت نفسه سوف تمر شحنات كبيرة عبر جسم المجرب إلى الأرض. كانت هناك مثل هذه الحالات المحزنة في تاريخ الفيزياء. وهكذا، توفي جي في ريتشمان، الذي عمل مع لومونوسوف، في 1753 في سان بطرسبرج).

خطية منتظمة برقهو تفريغ شرارة كهربائية عملاقة بين طبقات الغلاف الجوي أو بين السحب وسطح الأرض، يبلغ طوله عدة كيلومترات، بجهد يصل إلى عدة مئات الملايين من الفولتات، ومدته أعشار الثانية. عادة ما يشبه شكل البرق الجذور المتفرعة لشجرة نمت في السماء. هناك أسباب لذلك.

إن موصلية الطبقات العليا من الغلاف الجوي عالية بما يكفي بحيث يمكن اعتبار الغلاف الجوي موصلاً كرويًا. يمكن تفريغ المجال الكهربائي الموجود بين سطح الأرض سالب الشحنة والغلاف الجوي العلوي موجب الشحنة في أقل من 5 دقائق بسبب التأين المستمر لجزيئات الهواء تحت تأثير الإشعاع الكوني والنشاط الإشعاعي الطبيعي للأرض. ومع ذلك، فإن هذا لا يحدث لأن نشاط العواصف الرعدية يحافظ على تدفق مستمر للإلكترونات إلى الأرض. يمكن أن يصل فرق الجهد بين أنفنا وأقدامنا إلى 200 فولت، لولا الموصلية العالية لجسم الإنسان.

أثناء تفريغ البرق، تتوزع الشحنات في السحابة على النحو التالي: يتركز مخزون صغير نسبيًا من الشحنات الموجبة في قاعدة السحابة، ويتركز مخزون كبير من الشحنات الموجبة في المنتصف، ويتركز مخزون كبير من الشحنات الموجبة في القمة. أولا، يحدث تفريغ بين قاعدة السحابة ووسطها السالب، حيث تنتقل الإلكترونات إلى قاعدة السحابة. يبلغ جهد الانهيار المحدد الذي يتسبب في تكوين قناة متأينة حوالي 3 ملايين فولت / م. بعد ذلك، يتحرك التفريغ للأسفل على شكل قائد متدرج، ويقفز في قفزات 50 مترًا مع فترات توقف قدرها 50 ميكروثانية، ومع كل قفزة تتحرك الشحنة السالبة من السحابة إلى الجزء السفلي من القناة التي صنعها القائد. فقط الجزء السفلي من القائد يتوهج، ولكن بسبب الحركة السريعة يمكننا رؤية القناة المتوهجة بالكامل. يقفز القائد على طول خط مكسور، وينحرف تحت تأثير الجزر المشحونة إيجابيا المنتشرة في الهواء. إذا كان عدم التجانس كبيرًا، فقد يغير القائد اتجاهه من العمودي إلى الأفقي.

بالقرب من الأجسام المدببة على سطح الأرض، يصل المجال الكهربائي إلى قيم بحيث تندفع شحنة موجبة نحو القائد، ويظهر وميض ساطع عند نقطة الالتقاء، يستمر حتى يتم تحييد الكهرباء تمامًا. تندفع منطقة متوهجة بشكل ساطع إلى أعلى القناة الرائدة وتصل إلى السحابة. إذا حدثت الحركة الهبوطية خلال 20 مللي ثانية تقريبًا، فإن الحركة العكسية تحدث خلال 0.1 مللي ثانية فقط. ويقدر قطر التفريغ الرئيسي بالأمتار، وقطر التفريغ العكسي عدة سنتيمترات. يأتي التوهج من الجزء المركزي للقناة. ونظرًا لعدم قدرة العين البشرية على متابعة مثل هذه الحركات السريعة، يبدو الجذع والفروع بأكملها متوهجة.

أثناء وميض البرق، تحدث نبضات الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق واسع - من الترددات المنخفضة للغاية إلى 30 كيلو هرتز وما فوق. يتراوح أكبر انبعاث لموجات الراديو من 5 إلى 10 كيلو هرتز. ويتركز هذا التداخل الراديوي منخفض التردد في الفضاء بين الحد الأدنى للغلاف الأيوني وسطح الأرض ويمكن أن ينتشر إلى مسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات من المصدر.

يؤدي التفريغ الكهربائي للبرق إلى تمدد مفاجئ للهواء، مما يؤدي إلى حدوث موجة صدمية أسطوانية ورعد. بالقرب من ضربة البرق، يمكنك سماع الهسهسة الناتجة عن تفريغ الهالة، تليها نقرة - صوت القائد الأسرع من الصوت يتحرك لأعلى. ونادرا ما ينتشر الرعد المصاحب للبرق على مسافة تزيد عن 25 كيلومترا، على الرغم من أن نفس الطلقات النارية وانفجارات القذائف تنتقل إلى مسافة أبعد بكثير. والحقيقة هي أن سرعة الصوت في الهواء الدافئ أعلى منها في الهواء البارد. وبما أن درجة الحرارة تنخفض مع زيادة الارتفاع، فإن الجزء العلوي من الموجة الصوتية، الذي ينتقل أفقيًا في البداية، يتحرك بشكل أبطأ من الجزء السفلي. ونتيجة لذلك، ينحني مسار الموجة إلى الأعلى. في يوم بارد، يمكن أن ينحرف الصوت ليس لأعلى، ولكن للأسفل، وينتشر لمسافات طويلة على طول سطح الأرض (للأسف، لا يومض البرق في الأيام الفاترة). بالإضافة إلى ذلك، عند الوصول إلى الطبقات الأكثر دفئًا نسبيًا في الستراتوسفير، يمكن أن ينحني مسار الموجة بطريقة تندفع إلى الأسفل مرة أخرى، حيث يتم امتصاصها وتناثرها بواسطة التضاريس. بين المنطقة التي تصلها موجة الصوت المباشرة والمنطقة المنعكسة من طبقة الستراتوسفير هناك “منطقة ميتة” لا يسمع فيها صوت المصدر. خارج المنطقة الميتة، بعيدًا عن أنظار العاصفة الرعدية، قد يظهر الصوت المنعكس مرة أخرى، محذرًا من غزو العناصر.

في بعض الأحيان، خلال عاصفة رعدية، يمكنك ملاحظة تفريغ البرق، الذي ينقطع في منتصف الطريق إلى الأرض، مما يعني التحييد المتوسط ​​للقائد من خلال الشحنة الإيجابية لتراكم الهواء الحجمي. وفي حالات أكثر ندرة، تظهر صورة لعدة تفريغات متوازية، مما يعطي انطباعًا بوجود شريط معلق من السحابة - ما يسمى بالبرق الشريطي. يتشكل "الشريط" عندما تحرك الرياح القوية قناة البرق بسلسلة من التصريفات المتتالية. هيكل البرق المطرز مثير للاهتمام ويشبه الخرز المعلق على خيط. يحدث تأثير المسبحة أثناء هطول الأمطار الغزيرة، عندما يتم حجب التصريف جزئيًا بواسطة قطرات الماء ومجاري المطر. في الحالة الأخيرة، تكون أقسام قناة البرق التي تتزامن مع اتجاه رؤية الراصد ملحوظة لفترة أطول إلى حد ما من غيرها، لأنها مرئية من النهاية وتوفر المزيد من الضوء.

بالإضافة إلى الظواهر الطبيعية الشائعة، يمكن أن يحدث البرق أيضًا بسبب انفجار نووي أو ثوران بركاني أو زلزال. عند انفجار قنبلة هيدروجينية يمكن أن يحدث البرق نتيجة انفصال الشحنات عن إشعاع جاما، وتظهر القادة بالقرب من الهياكل المعدنية. في بعض الأحيان يتم ملاحظة قادة البرق المشابهين، القادمين من الأسفل إلى الأعلى، فوق أسطح ناطحات السحاب وقمم الجبال المدببة. أثناء الثوران البركاني، تنزلق الحمم البركانية الساخنة إلى البحر وتثير سحبًا من البخار المشحون إيجابيًا، ثم تتحرك الإلكترونات للأعلى عبر قناة التفريغ. أما بالنسبة لإثارة العواصف الرعدية بفعل الزلازل، فإن العلماء يفترضون وجود تأثير كهروضغطي في أعماق الصخور التي تنتشر فيها الموجة الزلزالية. يعتمد إنتاج الموسيقى من أسطوانة الحاكي على تأثير كهربائي مماثل.

الحماية من الصواعق.قبل اختراع الكهرباء وموانع الصواعق، كان الناس يحاربون الآثار المدمرة لضربات البرق بالتعاويذ. في أوروبا، كان رنين الأجراس المستمر أثناء العواصف الرعدية يعتبر وسيلة فعالة للقتال. وفقا للإحصاءات، كانت نتيجة المعركة التي استمرت 30 عاما ضد البرق في ألمانيا تدمير 400 برج جرس ومقتل 150 من الجرس.

كان أول شخص توصل إلى طريقة فعالة لتحييد ضربات البرق هو المواطن الأمريكي الشهير بنجامين فرانكلين، وهو عبقري عالمي في عصره (1706-1790).

أدى افتتان فرانكلين بالكهرباء لمدة سبع سنوات إلى اختراع مانعة الصواعق. في عام 1750، اقترح فرانكلين على الجمعية الملكية في لندن إجراء تجربة باستخدام قضيب حديدي مثبت على قاعدة عازلة ومثبت على برج مرتفع. وافترض أنه عندما تقترب سحابة رعدية من البرج، فإن شحنة الإشارة المعاكسة ستتركز في الطرف العلوي للقضيب المحايد في البداية، وشحنة نفس العلامة الموجودة في قاعدة السحابة ستتركز في الطرف السفلي . إذا زادت قوة المجال الكهربائي أثناء تفريغ البرق بما فيه الكفاية، فإن الشحنة من الطرف العلوي للقضيب سوف تتدفق جزئيًا في الهواء، وسيكتسب القضيب شحنة بنفس علامة قاعدة السحابة.

لم يتم إجراء التجربة التي اقترحها فرانكلين في إنجلترا، ولكن بالقرب من باريس (في بلدة مارلي) على يد الفيزيائي الفرنسي جان دالمبرت عام 1752. استخدم الفرنسي قضيبًا حديديًا بطول 12 مترًا تم إدخاله في وعاء زجاجي، والذي كان بمثابة كعازل، ولكن لم يتم تثبيته على البرج.في مايو 1752، أفاد مساعد العالم أنه عندما مرت سحابة رعدية فوق القضيب، ظهرت شرارات عند توصيل سلك مؤرض إليه.وفي السنوات اللاحقة للثورة الفرنسية، حاول كل من روبسبير ومارات بطريقته الخاصة محاربة فكرة مانعات الصواعق، حتى أنهم "قطعوا بعضهم البعض قليلاً". في ذلك الوقت، تم كسر مانعات الصواعق لأسباب تقية، مسترشدة بالأصل الإلهي للإنسان والإيمان بـ "عقاب الله".

إن تشغيل مانعة الصواعق ليس بالبساطة التي قد تبدو للوهلة الأولى. ومن المفترض أن تجذب مانعة الصواعق القائد المتدرج الذي يقترب منها، فتشكل مخروطاً واقياً بزاوية 900 تحت قمة مانعة الصواعق. يشتمل أبسط جهاز لمنع الصواعق على ثلاثة عناصر رئيسية: مانعة الصواعق وموصل سفلي وقطب أرضي. في كثير من الأحيان يكون مانع الصواعق على شكل دبوس معدني أو كابل أو شبكة، ويجب تركيب مانع الصواعق على ارتفاع مع مراعاة 900 من مخروط الحماية للمساحة المحيطة. وبما أن تفريغ البرق في خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي يمكن أن ينتج نبضات قصيرة المدى تصل إلى عشرات الكيلوفولت، فقد تمت إضافة تدابير وقائية إلكترونية إلى شبكة الكهرباء.

وفي الوقت نفسه، يواصل المخترعون البحث عن طرق جديدة لإنقاذ المباني والهياكل من التعرض للصواعق. في الآونة الأخيرة، حصل المهندس الرائد في معهد موسكو للهندسة الحرارية، بوريس إجناتوف، على براءة اختراع "مانع الصواعق العالمي" للحماية من البرق الخطي والكرة. وفقًا لنظرية إجناتوف، نظرًا لأن جوهر كرة البرق هو ثنائي القطب المغناطيسي القوي، فعندما يتم تثبيت مغناطيس دائم في منطقة مانع الصواعق التقليدي، يجب بالضرورة أن ينجذب البرق الكروي إلى هذا المغناطيس. من المهم ضمان تصريف موثوق للشحنات الكهربائية على الأرض.

يتم تقديم طريقة جديدة بشكل أساسي لمكافحة البرق من قبل شركة BoltBlocker في كاليفورنيا. وبحسب المخطط فإن مانع الصواعق سيتكون من نفث مائي ينطلق للأعلى أثناء العاصفة الرعدية، ويبلغ قطرها 1 سم، ويصل أقصى ارتفاع لها إلى 300 متر، وتخطط الشركة لتجهيز الرياضات والملاعب بأجهزة رياضية مانعات الصواعق مماثلة في المناطق الأكثر "عرضة للصواعق" في الولايات المتحدة.

إذا ضرب البرق شخصًا ما في مكان مفتوح، فلا داعي للذعر ومحاولة العثور على مأوى حقيقي. يمكن أن تكون الغابة بمثابة ملجأ. لا ينصح بالاختباء بالقرب من الأشجار المنعزلة، حيث من الممكن حدوث ماس كهربائي بين الشجرة والشخص (مقاومة الشخص حوالي 500 أوم - أقل من الشجرة). لا يجب السباحة في الماء أثناء العواصف الرعدية، لأن الماء موصل جيد للكهرباء. قد تكون علامة وجودك في مجال كهربائي هي وقوف شعرك على نهايته وإصدار صوت طقطقة طفيف. لكن هذا مجرد شعر جاف. إذا لم يكن هناك مأوى قريب، لتقليل الخطر أثناء عاصفة رعدية، فمن الأفضل أن تجلس في أدنى مكان وتنتظر العاصفة. إذا مرت العاصفة بنجاح، يمكنك الاستمرار في عملك. إذا ضربتك البرق، ولكنك لا تزال قادرًا على التفكير، فيجب عليك استشارة الطبيب في أسرع وقت ممكن. يعتقد الأطباء أن الشخص الذي ينجو من ضربة صاعقة (وهناك الكثير من هؤلاء الأشخاص) حتى دون أن يصاب بحروق شديدة في الرأس والجسم، قد يعاني لاحقًا من مضاعفات في شكل انحرافات في نشاط القلب والأوعية الدموية والعصبية عن القاعدة. ومع ذلك، قد ينجح الأمر.

مما يسبب اكتمال تسريح. ممتلىء تسريح- كهربائي تسريح، تحويل كامل... الحقول في العزل الخارجي ممكن تاج تسريحللأقطاب الكهربائية ذات نصف القطر الصغير... تسمح لك بالحد من احتمالية ذلك التيجان، وأيضا تكبير قليلا...

تفريغ الهالة هو تفريغ مستقل يحدث فقط في حالة عدم تجانس كبير جدًا للمجال الكهربائي على الأقل في واحد من الأقطاب الكهربائية (طرف - مستوى، خيط - مستوى، خيطان، خيط في أسطوانة ذات نصف قطر كبير، إلخ .). تختلف ظروف ظهور الإكليل وتطوره باختلاف أقطاب "الطرف" (ولنطلق عليه القطب الكهربائي، الذي بالقرب منه هغير متجانسة للغاية).

إذا كان الطرف هو الكاثود (الإكليل هو "سلبي")، فإن اشتعال الإكليل يحدث بشكل أساسي بنفس الطريقة كما في تفريغ التوهج، فقط لتحديد معامل تاونسند الأول  (نظرًا لأن المجال هغير متجانسة للغاية) في الهواء (حالة مهمة عملياً)، ويجب أن يؤخذ في الاعتبار الالتصاق (وجود الأكسجين)، لذلك

((س)-ع( س))dx=ln(l+ -1), (8.26)

حيث  p هو معامل التطبيق، س 1- المسافة إلى النقطة التي عندها ههو بالفعل صغير جدًا بحيث لا يحدث التأين: ه 0. في مثل هذه الهالة يوجد توهج يصل إلى مسافة متساوية أيضًا تقريبًا س 1 . إذا كان "الطرف" هو الأنود (الإكليل "إيجابي")، فإن الصورة تتغير بشكل ملحوظ: بالقرب من الطرف، يتم ملاحظة خيوط مضيئة، كما لو كانت تهرب من الطرف (الشكل 8.9). من المحتمل أن تكون هذه تيارات من الانهيارات الجليدية المتولدة في الحجم بواسطة الإلكترونات الضوئية. من الواضح أن معيار الإشعال مختلف - كما هو الحال بالنسبة لتشكيل غاسل. في أي تفريغ كورونا، يكون عدم التجانس أمرًا مهمًا ه،أولئك. هندسة القطب محددة.

لا يوجد وضوح تام في آلية تفريغ الاحتراق، لكن هذا لا يمنع من استخدام تفريغات الكورونا في الصناعة (المرسبات الكهربائية)؛ تحتوي عدادات جيجر مولر أيضًا على تفريغ الاكليل. ولكنها يمكن أن تكون ضارة أيضًا، على سبيل المثال، في خطوط الجهد العالي (HVL)، تؤدي تفريغات الهالة إلى خسائر ملحوظة.

يمكن أن تكون الإكليلات متقطعة بترددات مختلفة: للترددات الإيجابية حتى 10 4 هرتز، للترددات السلبية - 10 6 هرتز - وهذا هو نطاق التداخل الراديوي. من الواضح أن آلية التفريغ المتقطع في الإكليل الموجب ترجع إلى حقيقة أن إلكترونات الدفق تنجذب إلى القطب الموجب، والنوى الموجبة تحمي الأنود، ولا يمكن إنشاء تيارات جديدة حتى تنتقل النوى إلى الكاثود. ثم "سينفتح" الأنود وستتكرر الصورة. بالنسبة للهالة السالبة، يعد وجود الأكسجين في الهواء أمرًا ضروريًا - عند الابتعاد قليلاً عن الإكليل، تلتصق الإلكترونات بالأكسجين، وتحمي الأيونات السالبة الطرف، وحتى تنتقل إلى القطب الموجب، يتوقف التفريغ. بعد مغادرة الأيونات، سيحدث التفريغ مرة أخرى وسوف تتكرر الصورة.

أرز. 8.9. غاسل من قضيب موجب يبلغ قطره 2 سم إلى مستوى على مسافة 150 سم بجهد ثابت قدره 125 كيلوواط؛ على اليمين - الحساب، يتم رسم الأسطح متساوية الجهد، والأرقام القريبة من المنحنيات عبارة عن كسور من الجهد المطبق، مقاسة من المستوى؛ على اليسار صورة لللافتات في نفس الظروف

تفريغ الترددات العالية (HF).

في نطاق التردد العالي (10 -1  10 2 ميجاهرتز) من المعتاد التمييز بين هو نأنواع التصريفات - حسب المتجه المحدد للمجال الكهرومغناطيسي. في تكنولوجيا الليزر يستخدمون ه(بالسعة) تفريغ، وضع حجم العمل في مكثف، على الألواح التي يتم تطبيق جهد التردد اللاسلكي عليها (يتم أحيانًا إدخال الألواح مباشرة في الحجم، وأحيانًا تكون معزولة بمادة عازلة - عادة زجاج). وقوى هذه التفريغات صغيرة (مهمتها دعم التأين)، ولكن شدتها هكبيرة - تصل إلى عشرات الكيلو إلكترون فولت.

تطبيق مجالات الحث HF (ن-الحقول) أصبحت واسعة جدًا بالفعل منذ أواخر الأربعينيات، على الرغم من أنها كانت بشكل أساسي في شكل أفران HF. حيثما تكون هناك حاجة إلى حرارة نقية ويوجد وسط موصل، نالحقول لا يمكن تعويضها. ويشمل ذلك إنتاج مواد أشباه الموصلات، وصهر المعادن النقية في المنطقة، والمركبات الكيميائية فائقة النقاء، وحتى الأفران المنزلية.

أرز. 8.10. التفريغ التعريفي في أنبوب مع دائرة نصف قطرها ر, يتم إدخالها في ملف لولبي طويل؛ ص 0 - نصف قطر البلازما، اليمين - توزيع درجة الحرارة على طول نصف القطر

صحيح أنه في هذه الأجهزة ليست هناك حاجة تقريبًا لمطابقة المولد والحمل - حيث تتغير نسبة المقاومة التفاعلية والنشطة للحمل قليلاً. لكن الأمر أكثر تعقيدًا في حالات التفريغ: فالتغيرات في معلمات بيئة التفريغ (المقاومة، الحث الذاتي، الحث المتبادل - الاقتران مع المحرِّض) يمكن أن تختلف ضمن حدود واسعة. عادةً ما يكون المحث عبارة عن ملف (أحيانًا يكون هناك دورة واحدة!) ، حيث يحدث التفريغ (الشكل 8.10).

يتم توجيه المجال المتناوب على طول محور الملف، ويكون المجال محوريًا له. للحفاظ على التفريغ، ما هو مطلوب أقل بكثير من إشعاله. لذلك، عادة ما يتم إدخال قطب معدني رفيع في الحجم، ويتم تسخينه، وينتج إلكترونات حرارية (أحيانًا يتبخر جزئيًا)، ويبدأ التفريغ، وبعد ذلك تتم إزالته. أثناء التشغيل، يتم إدخال الطاقة عن طريق تدفق الطاقة الكهرومغناطيسية:

< س> = (ج/4 )<ЕН >, (8.27)

وغالبًا ما تتم إزالته عن طريق تدفق الغاز (يتأين ويحمل الطاقة بعيدًا). لكن الطاقة الكهرومغناطيسية تخترق البلازما (الموصل) إلى العمق X،يتناقص بشكل أسي exp(-x/)، حيث  هي ما يسمى بطبقة الجلد، وتم الاتفاق على اعتبار عمق اختراق التدفق:

 2 = ج 2 /(2) ، (8.28)

حيث c هي سرعة الضوء،  هي موصلية الموصل،  هو تردد HF

إذا < ر, ثم يتم امتصاص الطاقة في طبقة سمكها δ، لتشكل أسطوانة موصلة. توزيع شعاعي لدرجة الحرارة توالتوصيل σ معروضة في الشكل. 8.11 هو في الأساس نظير كامل لنموذج قوس القناة، ويسمى "نموذج الأسطوانة المعدنية". تجدر الإشارة إلى أنه من الممكن بالفعل التحكم في الضغط ر(ويفضل أكثر!) والتدفق<ЕН>، يحددها دورات الأمبير:

<ЕН> ~ في(أين أنا- حاضِر، ن-عدد اللفات لكل وحدة طول مغو).

كورونا التفريغ - وهي ظاهرة مرتبطة بتأين الهواء في مجال كهربائي عالي الكثافة (توهج الغازات في مجال كهربائي غير منتظم عالي الكثافة).

غالباً ما تتشكل مناطق التوتر العالي بسبب عدم تجانس المجال الكهربائي، والذي يحدث:

1) عند اختيار معلمات غير صحيحة أثناء عملية التصميم؛

2) نتيجة للتلوث الناشئ أثناء العمل؛

3) نتيجة للأضرار الميكانيكية وتآكل المعدات.

تتشكل مجالات مماثلة عند الأقطاب الكهربائية ذات انحناء سطحي كبير جدًا (نقاط، أسلاك رفيعة). عندما تصل شدة المجال إلى القيمة الحدية للهواء (حوالي 30 كيلو فولت/سم)، يظهر توهج حول القطب الكهربائي، ويبدو مثل الصدفة أو التاج (ومن هنا الاسم). يستخدم تفريغ كورونا لتنظيف الغازات من الغبار والملوثات الأخرى (المرسب الكهربائي)، لتشخيص حالة الهياكل (يسمح لك باكتشاف الشقوق في المنتجات). إن حدوث تفريغ هالة على خطوط الكهرباء أمر غير مرغوب فيه، لأنه يسبب خسائر كبيرة في الطاقة المنقولة. من أجل تقليل الانحناء النسبي للأقطاب الكهربائية، يتم استخدام خطوط متعددة الأسلاك (3، 5 أو أكثر من الأسلاك مرتبة بطريقة معينة).

أنواع التيجان وتحديدها

تاج سلبي "يشبه اللهب". يحدث هذا النوع من الإكليل عادةً على موصل سالب الشحنة، على سبيل المثال أثناء نصف الموجة السالبة لجهد التيار الكهربائي. يشبه هذا النوع من التيجان اللهب الذي يتغير شكله واتجاهه وحجمه باستمرار. هذه الهالة حساسة للغاية للتغيرات في المعايير البيئية. ويؤدي حدوثه أيضًا إلى ظهور إشارة صوتية بضعف التردد الصناعي تقريبًا (على سبيل المثال 100 هرتز) أو مضاعفه.

الاختراقات

تحدث الأعطال عادةً بين لوحتين معدنيتين معزولتين ولكن قريبتين من بعضهما البعض. يؤدي تيار التسرب على طول الدعامة إلى إحداث مستويات جهد معينة بين اللوحات وبالتالي حدوث تفريغ بينهما. عادة ما يكون من الصعب تحديد موقع هذه التفريغات، حيث لا يوجد اتصال مباشر بخط الجهد العالي. في كاميرا CoroCAM ستظهر فجوات الشرارة هذه كأجسام صغيرة ومستمرة ومشرقة جدًا. الصوت الناتج عن هذه التفريغات ذو طبقة أعلى من صوت الهالة السالبة ويبدو أنه لا علاقة له بتردد الطاقة. عادةً ما تتسبب فجوات الشرارة في حدوث تداخل كبير في الراديو والتلفزيون (على سبيل المثال، ارتفاع RI - تداخل الراديو).

تفريغ الهالة المتوهجة الإيجابية

يتشكل تفريغ هالة متوهجة إيجابية على موصل مشحون بشحنة موجبة (على سبيل المثال، خلال نصف الموجة الإيجابية لجهد التيار الكهربائي). وعادة ما توجد في المناطق ذات الزوايا الحادة. وهذا النوع من التيجان صغير الحجم ويظهر على شكل توهج حول مكان محدد. يعد هذا مصدر تفريغ هالة ضعيف نسبيًا وينتج إشارة مسموعة قليلة جدًا.

ما مدى خطورة الهالة/التفريغ من حيث التسبب في جهد التداخل اللاسلكي (RIV)؟

تصريحات او ملاحظات عامه:

تتسبب جميع فجوات الشرارة في حدوث تداخل راديوي خطير.

إذا كان الإكليل مرئيًا تمامًا بالعين المجردة (في الليل)، فسوف يسبب تداخلًا راديويًا شديدًا. (استخدم CoroCAM لتحديد موقع جميع مصادر الهالة بسرعة ثم حاول رؤيتها بالعين المجردة.)

الهالة المتوهجة الإيجابية لا تسبب تداخلاً راديويًا كبيرًا.

تطبيق تفريغ كورونا

تنقية الغازات الكهربائية (المرسبات الكهربائية).

يصبح الوعاء المملوء بالدخان فجأة شفافًا تمامًا إذا تم إدخال أقطاب معدنية حادة متصلة بآلة كهربائية فيه، وتترسب جميع الجزيئات الصلبة والسائلة على الأقطاب الكهربائية. وتفسير التجربة هو كما يلي: بمجرد إشعال الإكليل في السلك، يصبح الهواء داخل الأنبوب شديد التأين. تلتصق أيونات الغاز بجزيئات الغبار وتشحنها. ونظرًا لوجود مجال كهربائي قوي داخل الأنبوب، تتحرك جزيئات الغبار المشحونة تحت تأثير المجال إلى الأقطاب الكهربائية، حيث تستقر.

عدادات الجسيمات

يتكون عداد جسيمات جيجر-مولر من أسطوانة معدنية صغيرة مزودة بنافذة مغطاة بورق الألمنيوم وسلك معدني رفيع ممتد على طول محور الأسطوانة ومعزول عنها. يتم توصيل العداد بدائرة تحتوي على مصدر تيار يبلغ جهده عدة آلاف فولت. يتم اختيار الجهد حسب الضرورة لظهور تفريغ الاكليل داخل جهاز القياس.

عندما يدخل إلكترون سريع الحركة إلى العداد، يقوم الأخير بتأيين جزيئات الغاز الموجودة داخل العداد، مما يتسبب في انخفاض الجهد المطلوب لإشعال الإكليل قليلاً. يحدث تفريغ في العداد، ويظهر تيار ضعيف قصير المدى في الدائرة. للكشف عنها، يتم إدخال مقاومة عالية جدًا (عدة ميغا أوم) في الدائرة ويتم توصيل مقياس كهربائي حساس بالتوازي معها. في كل مرة يضرب فيها إلكترون سريع العداد، تنحني لوحة مقياس الكهربية.

تتيح مثل هذه العدادات إمكانية تسجيل ليس فقط الإلكترونات السريعة، ولكن أيضًا، بشكل عام، أي جسيمات مشحونة وسريعة الحركة قادرة على إنتاج التأين من خلال الاصطدامات. تكتشف العدادات الحديثة بسهولة دخول حتى جسيم واحد إليها، وبالتالي تجعل من الممكن التحقق بموثوقية كاملة ووضوح شديد من أن الجسيمات المشحونة الأولية موجودة بالفعل في الطبيعة.

مانعة الصواعق

تشير التقديرات إلى أن حوالي 1800 عاصفة رعدية تحدث في وقت واحد في الغلاف الجوي للكرة الأرضية بأكملها، مما ينتج عنه في المتوسط ​​حوالي 100 صاعقة في الثانية. وعلى الرغم من أن احتمال إصابة أي فرد بالبرق ضئيل، إلا أن البرق يسبب الكثير من الضرر. ويكفي أن نشير إلى أن ما يقرب من نصف جميع الحوادث في خطوط الكهرباء الكبيرة حاليًا سببها البرق. لذلك، تعتبر الحماية من الصواعق مهمة مهمة.

لم يشرح لومونوسوف وفرانكلين الطبيعة الكهربائية للبرق فحسب، بل أشارا أيضًا إلى كيفية بناء مانع الصواعق للحماية من ضربات البرق. مانعة الصواعق عبارة عن سلك طويل يتم شحذ وتقوية طرفه العلوي فوق أعلى نقطة في المبنى المحمي. يتم توصيل الطرف السفلي من السلك بصفيحة معدنية، ويتم دفن الصفيحة في الأرض عند مستوى مياه التربة. أثناء العاصفة الرعدية، تظهر شحنات كبيرة مستحثة على الأرض ويظهر مجال كهربائي كبير على سطح الأرض. يكون توترها مرتفعًا جدًا بالقرب من الموصلات الحادة، وبالتالي يتم إشعال تفريغ الهالة في نهاية مانعة الصواعق. ونتيجة لذلك، لا يمكن أن تتراكم الشحنات المستحثة على المبنى ولا يحدث البرق. في تلك الحالات التي يحدث فيها البرق (ومثل هذه الحالات نادرة جدًا)، فإنه يضرب مانعة الصواعق وتنتقل الشحنات إلى الأرض دون التسبب في ضرر للمبنى.

في بعض الحالات، يكون تفريغ الهالة من مانعة الصواعق قويًا جدًا بحيث يظهر وهج واضح عند طرفه. ويظهر هذا التوهج أحيانًا بالقرب من أجسام مدببة أخرى، على سبيل المثال، عند نهايات صواري السفن أو قمم الأشجار الحادة وما إلى ذلك. وقد لوحظت هذه الظاهرة منذ عدة قرون وتسببت في رعب خرافي بين البحارة الذين لم يفهموا جوهرها الحقيقي.

تحت تأثير تفريغ كورونا

المرسبات الكهروستاتيكية هي أكثر أجهزة تنظيف الغاز فعالية، لأنها... تكاليف التشغيل لصيانتها، مقارنة بجامعات الغبار والرماد الأخرى، أقل بكثير. وفي الوقت نفسه، تلبي المرسبات الكهربائية بشكل كامل متطلبات جهاز جمع الغبار المطلق.

يشتمل تركيب تنقية الغاز الكهربائي على مرسب كهربائي ووحدة طاقة. يدخل الغاز المراد تنقيته إلى مرسب كهربائي، يتم تزويد أقطابه الكهربائية بجهد عالي، ويحدث تفريغ هالة بين الأقطاب الكهربائية، ونتيجة لذلك يمتلئ الفضاء بين الأقطاب بأيونات غازية سالبة الشحنة، والتي تحت تأثير مجال كهربائي، ينتقل من أقطاب الإكليل إلى أقطاب الترسيب.

تنقسم أقطاب الترسيب إلى لوحة، أنبوبي، صندوق، قضيب، جيب، مخدد، على شكل C، على شكل خزامى، إلخ.

وفقا لطريقة إزالة الغبار، تنقسم المرسبات الكهروستاتيكية إلى رطبة وجافة. في المرسبات الكهربائية الجافة، يتم اهتزاز الأقطاب الكهربائية باستخدام طرق صدمة المطرقة، ونبض الصدمة، والاهتزاز، وما إلى ذلك. وفي المرسبات الكهربائية الرطبة، يتم إجراء الغسيل الدوري أو المستمر للأقطاب الكهربائية. بناءً على اتجاه حركة الغاز المنقى، تنقسم المرسبات الكهربائية إلى رأسية وأفقية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون المرسبات الكهروستاتيكية منطقة واحدة، حيث يتم شحن وترسيب الجزيئات في منطقة واحدة، ومنطقة مزدوجة - حيث يتم الشحن والترسيب في مناطق مختلفة: المؤين والمرسب.

المرسب الكهروستاتيكي الأنبوبي ستورتيفانت

وفقًا لمبدأ إنشاء تفريغ الهالة، تتوفر المرسبات الكهروستاتيكية بنقاط تفريغ الهالة الثابتة ونقاط تفريغ الهالة غير الثابتة.

بناءً على نوع أنظمة إلكترودات الإكليل، يمكن تقسيم المرسبات الكهروستاتيكية إلى مجموعتين رئيسيتين: مع أقطاب الإكليل الكهربائية الإطارية ومع أقطاب الإكليل الكهربائية المعلقة بحرية. يتم تنفيذ اهتزاز أقطاب التجميع والإكليل باستخدام الصدمات، واهتزاز المطرقة، ونظام نبض الصدمة، وآليات الاهتزاز، والغسيل الدوري والمستمر.

تمت مناقشة فيزياء تفريغ الإكليل بالتفصيل في كتاب N. A. Kaptsov "تفريغ الإكليل وتطبيقه في المرسبات الكهربائية"، المنشور عام 1947. وقد تم تفسير ظاهرة التفريغ الكهربائي في الغازات من خلال العديد من نظريات التفريغ. تم وضع أساس النظرية الأولى - نظرية الانهيارات الجليدية - من قبل تاونسند في عام 1900. وبعد 30 عامًا، تم تطويرها بشكل أكبر في أعمال روجوفسكي، وكما كتب ن.أ. كابتسوف، "حتى الآن كانت بمثابة الأساس لشرح ظاهرة تفريغ الهالة”. النظرية الثانية - نظرية بلازما تفريغ الغاز - تم تطويرها منذ عام 1924 من قبل لانغروم ومدرسته، ولكن وفقًا لـ N. A. Kaptsov، فهي لا ترتبط بشكل مباشر بتفسير فيزياء تفريغ الإكليل. النظرية الثالثة، نظرية البلازما متساوية الحرارة، تم تطويرها في سنوات ما قبل الحرب من قبل إلينباس وغيره من الفيزيائيين الهولنديين.

تفريغ كورونا، أحد أنواع التفريغ الكهربائي في الغاز الذي يحدث في مجال كهربائي غير متجانس بشكل حاد بالقرب من قطب كهربائي بنصف قطر انحناء صغير (نقاط، أسلاك رفيعة). وأشهرها هو تفريغ الهالة في الهواء، مصحوبًا بتوهج وصوت طقطقة مميز.

أو ببساطة الإكليل، ينشأ نتيجة عمليات تأين الذرات وجزيئات الغاز في المنطقة ذات شدة المجال الكهربائي العالية عند قطب كهربائي صغير ويقتصر على هذه المنطقة. يؤدي التأين إلى ظهور جزيئات الغاز المشحونة: الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة، وفي الغازات السالبة الكهربية، بما في ذلك الهواء، إلى ظهور الأيونات السالبة. عندما تتحرك الإلكترونات في مجال كهربائي، فإنها تكتسب طاقة كافية للتأين اللاحق للذرات والجزيئات، وهناك زيادة حادة في عدد الجزيئات المشحونة، مما يؤدي إلى تكوين انهيار إلكترونى وحدوث تفريغ الهالة. اعتمادًا على قطبية القطب وحجم الجهد المطبق، يمكن أن يكون لتفريغ الإكليل شكل انهيار جليدي أو غاسل. مع القطبية السلبية للقطب الكهربائي وليس الفولتية العالية جدًا، عادةً ما يحدث تفريغ جليدي جليدي، يتميز بتوهج موحد للغاز (على سبيل المثال، الهواء) عند طرف القطب الكهربائي. عندما تكون قطبية القطب الصغير موجبة، خارج منطقة التأين الضيقة، يتم نقل التيار إلى قطب كهربائي آخر أو إلى الأرض عن طريق تيار من الأيونات الموجبة. غالبًا ما يحدث تفريغ هالة غاسل عند القطب الموجب عند زيادة شدة المجال الكهربائي ويتكون من قنوات متفرعة متأينة تمتد من القطب (انظر اللافتات). ظاهريًا، يشبه التاج المضيء (الصورة)، وهو ما يعطي الاسم لهذا النوع من التفريغ الكهربائي.

اعتمادًا على نوع الجهد المطبق، يتم التمييز بين تفريغ الإكليل النبضي، والذي غالبًا ما يكون تفريغًا غاسلًا، وتفريغ الإكليل بالتيار المتردد الذي يحدث خلال كل نصف دورة من الجهد المطبق، وتفريغ الإكليل بالتيار المباشر، يعتمد شكلها بشكل كبير على قطبية القطب ويمكن أن يكون متقطعًا.

الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والأيونات) المتكونة في الإكليل، عندما تتحرك في مجال كهربائي، تستقبل الطاقة منه، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة أثناء تفريغ الإكليل. ويتجلى هذا بشكل خاص أثناء تفريغ الهالة على أسلاك خطوط نقل الطاقة. يكون تفريغ كورونا على أسلاك خطوط الكهرباء مصحوبًا بالهسهسة والطقطقة، وفي الظلام والمطر - بالتوهج. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي تفريغ الهالة إلى حدوث تداخل لاسلكي. لكن تفريغ الإكليل يمكن أن يكون أيضًا مصدرًا مفيدًا للجسيمات المشحونة، خاصة عند استخدامه في المرسبات الكهربائية.

مضاءة: Kaptsov N. A. تفريغ كورونا وتطبيقه في المرسبات الكهربائية. م. ل.، 1947؛ Levitov V. I. تاج التيار المتردد. الطبعة الثانية. م.، 1969؛ Raiser Yu.P. فيزياء تفريغ الغاز. الطبعة الثانية. م.، 1992؛ Sokolova M. V. تفريغ كورونا في الغازات // موسوعة البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة / تحرير V. E. Fortov. م، 2000. ت 2.