7. Uchqun oqishi

Uchqunli tushirish, boshqa zaryadsizlanish turlaridan farqli o'laroq, doimiy voltaj manbai ishlatilganda ham uzluksiz bo'ladi. Tashqi ko'rinishida, uchqun oqimi - bu bir -birini doimiy ravishda almashtirib turadigan yorqin zigzag chiziqlar. Yorug'lik chiziqlari - uchqun kanallari - ikkala elektroddan tarqaladi. Uchqun tushirishidagi bo'shliq bir hil emas, shuning uchun uchqun oqishi jarayonlarini miqdoriy o'rganish qiyin. Uchqun chiqarishni o'rganishning asosiy usullaridan biri bu fotosurat.

Uchqunni yoqish ehtimoli juda yuqori. Biroq, bo'shliq allaqachon buzilgan bo'lsa, uning qarshiligi keskin kamayadi va bo'shliqdan sezilarli oqim o'tadi. Agar manbaning kuchi past bo'lsa, u holda tushirish o'chadi. Shundan so'ng, tushirish bo'shlig'idagi kuchlanish yana oshadi va oqim yana alangalanishi mumkin. Bu jarayon tushirishning gevşeme tebranishlari deyiladi. Agar tushirish oralig'i katta hajmga ega bo'lsa, uchqun kanallari yorqin porlaydi va keng chiziqlar taassurotini beradi. Bu kondensatsiyalangan uchqun oqimi.

Agar elektrodlar o'rtasida biron bir to'siq bo'lsa, u holda uchqun uni sindirib tashlab, ozroq tor teshik hosil qiladi. Uchqun kanalidagi gaz harorati juda yuqori qiymatlarga (10000-12000 K) ko'tarilishi mumkinligi aniqlandi. Yuqori bosimli maydonlarning paydo bo'lishi va ularning gazda harakatlanishi portlovchi va tovush effektlari bilan kechadi. Bu engil chayqalish ovozi (engil ortiqcha bosim bilan) yoki momaqaldiroq bo'lishi mumkin.

Maxsus uchqun tushirish turi - bu qattiq dielektrik va bu elektrod (uchi) atrofidagi gaz orasidagi sirt bo'ylab sodir bo'ladigan sirg'aluvchi oqindi. Agar fotoelektrik plastinka dielektrik sifatida ishlatilsa, bu rasmni ko'zga ko'rinadigan qilib qo'yish mumkin. Dielektrik yuzasida uchqun oqishi yordamida olingan konturlarga Lixenberg figuralari deyiladi. Lixenberg raqamlari oqimning qutblanishini aniqlash va yuqori kuchlanishni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin, chunki tushirish pulsining maksimal kuchlanishi rasm egallagan sirt radiusiga to'g'ridan -to'g'ri proportsionaldir. Juda yuqori kuchlanishni o'lchash asboblari - klinikodograflar ana shu printsipga asoslanadi. Agar elektrodlar orasidagi masofa kichik bo'lsa, uchqun tushishi anod - eroziyaning yo'q qilinishi bilan birga keladi. Bu ta'sir nuqtali payvandlash va metallni kesish uchun ishlatiladi.

1940 yildagi uchqun chiqindilarining ko'plab kuzatuvlari asosida, Mik va undan mustaqil ravishda, Reter, oqim nazariyasi deb nomlangan uchqun chiqarish nazariyasini ilgari surdi. Oqim - bu gazning katodga (musbat oqimga) yoki anodga (manfiy oqimga) tarqaladigan yuqori darajada ionlashgan hududidir. Streamer nazariyasi-bitta ko'chki buzilishi nazariyasi. Bu nazariyaga ko'ra, elektrodlar orasidan elektron ko'chkisi o'tadi. Ko'chkidan o'tib, elektronlar anodga tushadi va musbat ionlar ancha past tezlikda konus shaklidagi ionlangan bo'shliqni hosil qiladi. Bu bo'shliqdagi ionlarning zichligi parchalanish uchun etarli emas. Biroq, fotoelektronlarning ta'siri ostida qo'shimcha ko'chkilar paydo bo'ladi. Bu ko'chkilar asosiy ko'chki tanasi tomon harakatlanadi, agar uning kosmik zaryad maydoni qo'llaniladigan kuchlanish bilan mutanosib bo'lsa. Shunday qilib, kosmik zaryad uzluksiz o'sib boradi va jarayon o'z-o'zidan tarqaladigan oqim sifatida rivojlanadi. Chiqarish bo'shlig'iga qo'llaniladigan kuchlanish minimal buzilish qiymatidan oshib ketganda, ko'chki hosil bo'lgan kosmik zaryad maydoni, ko'chki anodga yetguncha ham tashqi maydonning kattaligi bilan taqqoslanadi. Bunday holda, oqim o'rtasida bo'shliq paydo bo'ladi. Shunday qilib, strimer paydo bo'lishi uchun ikkita asosiy shart bajarilishi kerak: 1) ko'chki maydoni va elektrodlarga qo'llaniladigan kuchlanish natijasida hosil bo'lgan maydon ma'lum nisbatda bo'lishi kerak va 2) ko'chki jabhasi etarli miqdordagi chiqindilarni chiqarishi kerak. Streamerni saqlash va rivojlantirish uchun fotonlar.

Quvvat manbai yuqori bo'lganida, uchqun oqimi boshq zaryadga aylanadi. Chaqmoq, shuningdek, uchqun chiqindilariga ham tegishli. Bunday holda, bitta elektrod - bu bulut, ikkinchisi - er. Yildirimdagi kuchlanish millionlab voltga, oqim esa - yuzlab kiloampergacha etadi. Chaqmoq bilan olib boriladigan zaryad odatda 10-30 kulonni tashkil qiladi va ba'zi hollarda 300 kulonga etadi.

Keling, to'p elektrodlarini kondansatör bankiga ulaymiz (151 -rasm) va elektr mashinasi yordamida kondansatkichlarni zaryadlashni boshlaymiz. Kondensatorlar zaryad olganda, elektrodlar orasidagi potentsial farq oshadi va shuning uchun gazdagi maydon kuchi ham oshadi. Dala kuchi past bo'lsa, gazda hech qanday o'zgarish ko'rinmaydi. Biroq, etarli darajada yuqori maydon kuchida (taxminan 3 MV / m), elektrodlar o'rtasida, har ikkala elektrodni bir -biriga bog'lab turadigan, porloq porloq buruqli kanal shaklida elektr uchquni paydo bo'ladi. Uchqun yaqinidagi gaz yuqori haroratgacha qiziydi va birdan kengayadi, natijada tovush to'lqinlari paydo bo'ladi va biz xarakterli shovqinni eshitamiz. Bu sozlamadagi kondansatkichlar uchqun kuchliroq bo'lishi uchun mavjud.

Guruch. 151. Agar havodagi maydon kuchi taxminan 3 MV / m ga yetsa, u holda gazning elektr uzilishi sodir bo'ladi va elektr uchquni paydo bo'ladi.

Ta'riflangan gaz chiqarish shakli uchqun chiqarish yoki gaz uchquni deb ataladi. Uchqun oqishi boshlanishi bilan gaz to'satdan, keskin ravishda dielektrik xususiyatlarini yo'qotadi va yaxshi o'tkazgichga aylanadi. Uchqun gazining parchalanishi sodir bo'ladigan maydon kuchi har xil gazlar uchun har xil qiymatga ega va ularning holatiga (bosim, harorat) bog'liq.

Elektrodlar orasidagi berilgan kuchlanishda elektrodlar bir -biridan qanchalik uzoq bo'lsa, maydon kuchi shuncha past bo'ladi. Shuning uchun, elektrodlar orasidagi masofa qanchalik katta bo'lsa, uchqun gazining parchalanishi boshlanishi uchun ular orasidagi kuchlanish shunchalik katta bo'ladi. Bu kuchlanish buzilish voltaji deb ataladi.

Buzilish voltajining ma'lum bir shakldagi elektrodlar orasidagi masofaga bog'liqligini bilib, uchqunning maksimal uzunligi bo'ylab noma'lum kuchlanishni o'lchash mumkin. Bu uchqunli voltmetr qurilmasi uchun asosdir (152-rasm), bu yuqori kuchlanishlarni taxminiy baholash uchun qulaydir (masalan, rentgen qurilmalarida). U ikkita izolyatsiyalangan metall sharlardan iborat bo'lib, ulardan biri silliq harakatlanishi mumkin. To'plar siz o'lchashni istagan manbaga ulangan va ular uchqun paydo bo'lguncha birlashtiriladi. To'plar orasidagi masofani va buzilish sodir bo'ladigan mos keladigan kuchlanishni o'lchab, maxsus jadvallar tuziladi, uning yordamida uchqunning uzunligi bo'yicha kuchlanish aniqlanadi. Misol tariqasida, diametri 5 sm bo'lgan to'plar orasidagi 0,5 sm masofada, buzilish kuchlanishi 17,5 kV, 5 sm masofada esa - taxminan 100 kV.

Guruch. 152. Uchqun voltmetr

Ajralish quyidagicha izohlanadi. Gaz har doim tasodifiy sabablardan kelib chiqqan ma'lum miqdordagi ion va elektronlarni o'z ichiga oladi. Odatda, ularning soni shunchalik kichikki, gaz deyarli elektr o'tkazmaydi. Gazlarning uzluksiz o'tkazuvchanligini o'rganishda duch keladigan maydon kuchining nisbatan past qiymatlarida, neytral gaz molekulalari bilan elektr maydonida harakat qilayotgan ionlarning to'qnashuvi xuddi elastik to'qnashuvlar kabi sodir bo'ladi. sharlar. Har bir to'qnashuvda harakatlanuvchi zarracha kinetik energiyasining qolgan qismiga o'tadi va to'qnashuvdan keyin ikkala zarra ham uchib ketadi, lekin ularda ichki o'zgarishlar bo'lmaydi. Biroq, etarli maydon kuchi bilan, ikkita to'qnashuv oralig'ida ion tomonidan to'plangan kinetik energiya to'qnashuvda neytral molekulani ionlashtirish uchun etarli bo'lishi mumkin. Natijada yangi manfiy elektron va musbat zaryadli qoldiq - ion hosil bo'ladi. Bunday ionlanish jarayoni zarba ionlashuvi deb ataladi va atomdan elektronni olib tashlash uchun sarflanishi kerak bo'lgan ish ionlashish ishidir. Ionlanish ishi atom tuzilishiga bog'liq va shuning uchun har xil gazlar uchun farq qiladi.

Ta'sirli ionlanish ta'sirida hosil bo'lgan elektronlar va ionlar gazdagi zaryadlar sonini ko'paytiradi va o'z navbatida ular elektr maydon ta'sirida harakatga keladi va yangi atomlarning zarba ionlanishiga olib kelishi mumkin. Shunday qilib, bu jarayon "o'zini kuchaytiradi" va gazda ionlanish tezda juda yuqori qiymatga etadi. Butun hodisa tog'lardagi ko'chkiga o'xshaydi, uning kelib chiqishi uchun arzimagan qor bo'lagi etarli. Shuning uchun tasvirlangan jarayon ionli ko'chki deb ataldi (153 va 154 -rasm). Ion ko'chkisining paydo bo'lishi uchqunlarning parchalanish jarayonidir va ion ko'chkisi sodir bo'ladigan minimal kuchlanish - bu parchalanish kuchlanishi. Ko'rib turibmizki, uchqun parchalanishida gaz ionlanishining sababi atomlar va molekulalarning ionlar bilan to'qnashuvi natijasida vayron bo'lishidir (zarba ionlashuvi).

Guruch. 153. Erkin elektron 1 neytral molekula bilan to'qnashganda uni elektron 2 va erkin musbat ionga ajratadi. 1 va 2 -elektronlar neytral molekulalar bilan to'qnashuvda ularni yana 3 va 4 -elektronlarga, erkin musbat ionlarga va boshqalarga bo'ladilar.

Guruch. 154. Ijobiy ionlarning neytral molekulalar bilan to'qnashuvida ijobiy ionlar va elektronlarning ko'chki ko'payishi.

93.1. Ma'lumki, gaz bosimi qanchalik past bo'lsa (doimiy haroratda), gazning birlik hajmidagi atomlar soni shunchalik kam bo'ladi va atomlar ketma -ket ikkita to'qnashuv o'rtasida erkin uchib ketadi. Buni hisobga olib, gaz bosimi pasayishi bilan gaz bo'shlig'ining buzilish voltaji qanday o'zgarishini (ortishi yoki kamayishi) aniqlang.

Yildirim - bu bulutli elektrostatik uchqun oqimi, ko'r -ko'rona chaqnashi va o'tkir ovoz (momaqaldiroq) bilan birga keladi. Shunday qilib, tushirishlarning tasnifini batafsil ko'rib chiqish va nima uchun chaqmoq chaqnashini tushunish kerak.

Chiqarish turlari

qorong'i (shahar manzili);

toj;

uchqun

Uchqun oqishi

Bu tushirish uzluksiz shakl bilan tavsiflanadi (hatto to'g'ridan -to'g'ri oqim manbalaridan foydalanganda ham). Odatda gaz bosimida atmosfera bosimi tartibida paydo bo'ladi. Tabiiy sharoitda chaqmoq shaklida uchqun oqishi kuzatiladi. Tashqi tomondan, uchqunli oqindi - bu zigzag shaklidagi ingichka chiziqlar bo'lagi bo'lib, ular darhol bo'shatish teshigini teshadi, tezda o'chadi va bir -birini doimiy ravishda almashtirib turadi. Bu chiziqlar uchqun kanallari deb ataladi. Ular ijobiy va salbiydan, shuningdek, ular orasidagi har qanday nuqtadan boshlanadi. Ijobiy elektroddan rivojlanayotgan kanallar aniq ipga o'xshash konturga ega, manfiy kanallardan rivojlanayotgan qirralari esa tarvaqaylab ketgan va nozikroq.

Chunki uchqun tushishi yuqori gaz bosimida sodir bo'ladi, tutashish potentsiali juda yuqori. (Quruq havo uchun, masalan, 1 atm bosimda. Va elektrodlar orasidagi masofa 10 mm, parchalanish kuchlanishi 30 kV.) Ammo "uchqun" kanali orqali tushirish oralig'idan keyin bo'shliq qarshiligi juda katta bo'ladi. kichik, yuqori quvvatli qisqa muddatli tok pulsi kanal orqali o'tadi, uning davomida tushirish oralig'iga arzimas qarshilik tushadi. Agar manba quvvati unchalik yuqori bo'lmasa, bunday oqim pulsidan keyin tushirish to'xtaydi. Elektrodlar orasidagi kuchlanish oldingi qiymatga ko'tarila boshlaydi va gaz uchqunlari yangi uchqun kanalining paydo bo'lishi bilan takrorlanadi.

Elektr uchquni gazdagi elektr maydon ma'lum turdagi Ek (kritik maydon kuchi yoki buzilish kuchi) ga yetganda paydo bo'ladi, bu gaz turiga va uning holatiga bog'liq. Masalan, normal sharoitda havo uchun Ek3 * 106 V / m.

Ek qiymati bosim ortishi bilan ortadi. Berilgan gaz uchun kritik maydon kuchining gaz bosimi p ga nisbati bosimning keng diapazonida taxminiy bo'lib qoladi: Ek / pconst.

Voltajning ko'tarilish vaqti qanchalik uzoq bo'lsa, elektrodlar orasidagi C sig'imi shuncha katta bo'ladi. Shuning uchun, kondansatörün deşarj bo'shlig'iga parallel ravishda kiritilishi, keyingi ikki uchqun orasidagi vaqtni oshiradi va uchqunlarning o'zi yanada kuchliroq bo'ladi. Katta elektr zaryad uchqun kanalidan o'tadi va shuning uchun oqim pulsining amplitudasi va davomiyligi oshadi. Katta hajmli C bilan uchqun kanali yorqin porlaydi va keng chiziqlarga o'xshaydi. Xuddi shu narsa joriy manbaning kuchi oshganda sodir bo'ladi. Keyin ular kondensatsiyalangan uchqun oqimi yoki quyuqlashgan uchqun haqida gapirishadi. Uchqun tushirish paytida pulsdagi maksimal oqim bir necha yuz kilo ampergacha etib boradigan deşarj davrining parametrlariga va tushirish oralig'idagi sharoitga qarab keng farq qiladi. Manba quvvatining yanada oshishi bilan uchqun oqishi yoy oqimiga aylanadi.

Oqim pulsining uchqun kanalidan o'tishi natijasida kanalda katta miqdorda energiya ajralib chiqadi (kanal uzunligining har bir santimetri uchun taxminan 0,1 - 1 J). Energiya chiqishi atrofdagi gazda bosimning keskin oshishi bilan bog'liq - silindrsimon zarba to'lqinining shakllanishi, uning harorati ~ 104 K., uchqun kanalining tez kengayishi sodir bo'ladi. gaz atomlarining issiqlik tezligining tartibi. Zarba to'lqini oldinga siljishi bilan uning old qismidagi harorat tusha boshlaydi va frontning o'zi kanal chegarasidan uzoqlashadi. Shok to'lqinlarining paydo bo'lishi uchqun oqishi bilan birga keladigan ovoz effektlari bilan izohlanadi: chaqmoq tushganda kuchsiz zaryadsizlanishlarda kuchli qichishish.

Kanal mavjud bo'lgan paytda, ayniqsa yuqori bosimlarda, uchqun oqimining yorqinroq porlashi kuzatiladi. Yorug'lik yorqinligi kanal kesimida bir xil emas, uning markazida maksimal bo'ladi.

Keling, uchqun chiqarish mexanizmini ko'rib chiqaylik.

Hozirgi vaqtda to'g'ridan-to'g'ri tajribalar bilan tasdiqlangan uchqunli oqimning oqim deb ataladigan nazariyasi umumiy qabul qilingan hisoblanadi. U uchqun oqimining asosiy xususiyatlarini sifatli tushuntiradi, garchi uni miqdoriy jihatdan to'liq deb bo'lmaydi. Agar elektron ko'chki katod yaqinida paydo bo'lgan bo'lsa, uning yo'li bo'ylab gaz molekulalari va atomlarining ionlanishi va qo'zg'alishi o'tadi. Yorug'lik tezligida anodga qarab targ'ib qilingan atomlar va molekulalar chiqaradigan yorug'lik kvantlari gazning ionlanishini keltirib chiqarishi va birinchi elektron ko'chkilarining paydo bo'lishi muhim ahamiyatga ega. Shunday qilib, gazning butun hajmida oqimli deb nomlangan ionlangan gazning zaif nurli birikmalari paydo bo'ladi. Rivojlanish jarayonida individual elektron ko'chkilar bir-birini ushlab turadi va birlashib, yaxshi o'tkazuvchi oqimli ko'prik hosil qiladi. Shuning uchun, keyingi vaqtda, kuchli elektronlar oqimi uchib ketish kanalini hosil qiladi. Supero'tkazuvchi ko'prik deyarli bir vaqtning o'zida paydo bo'ladigan oqimlarning birlashishi natijasida hosil bo'lganligi sababli, uning paydo bo'lish vaqti alohida elektron ko'chkisi uchun katoddan anodgacha bo'lgan masofani bosib o'tish vaqtidan ancha qisqa. Salbiy oqimlar bilan bir qatorda, ya'ni. katoddan anodgacha tarqaladigan oqimlar, teskari yo'nalishda tarqaladigan musbat oqimlar ham bor.

Erkin elektronlar bunday maydonda juda katta tezlikni oladi. Bu tezlanishlar pastga yo'naltiriladi, chunki bulutning pastki qismi manfiy zaryadlangan va er yuzasi musbat zaryadlangan. Birinchi to'qnashuvdan keyingi to'qnashuvgacha bo'lgan yo'lda elektronlar sezilarli kinetik energiyaga ega bo'ladi. Shuning uchun atomlar yoki molekulalar bilan to'qnashib, ularni ionlashtiradilar. Natijada yangi (ikkilamchi) elektronlar tug'iladi, ular o'z navbatida bulut maydonida tezlashadi va keyin to'qnashuvda yangi atomlar va molekulalarni ionlashtiradi. Tez elektronlarning butun ko'chkisi paydo bo'lib, ular "tubida" bulutlarni hosil qiladi, plazma "filamentlari" - oqim.

Streamerlar bir -biri bilan birlashganda plazma kanalini vujudga keltiradi, u orqali keyinchalik asosiy oqimning pulsi o'tadi. Bulutning "tubidan" er yuzigacha rivojlanadigan bu plazma kanali erkin elektronlar va ionlar bilan to'ldirilgan va shuning uchun elektr tokini yaxshi o'tkaza oladi. U rahbar, aniqrog'i, pog'onali rahbar deb ataladi. Gap shundaki, kanal silliq emas, balki sakrashlarda - "qadamlar" da shakllanadi.

Nima uchun rahbarning harakatida pauzalar bor va bundan tashqari, nisbatan muntazam pauzalar aniq ma'lum emas. Qadam etakchilarining bir nechta nazariyalari mavjud.

1938 yilda Shonland rahbarning qadam bosishiga olib keladigan kechikish uchun ikkita mumkin bo'lgan tushuntirish berdi. Ulardan biriga ko'ra, etakchi oqim (uchuvchi) kanali bo'ylab elektronlar harakati bo'lishi kerak. Biroq, elektronlarning bir qismi atomlar va musbat zaryadlangan ionlar tomonidan ushlanadi, shuning uchun tokning davom etishi uchun potentsial gradient paydo bo'lgunga qadar yangi elektronlarning kelishi uchun biroz vaqt kerak bo'ladi. Boshqa nuqtai nazarga ko'ra, musbat zaryadlangan ionlar etakchi kanal boshi ostida to'planishi va shuning uchun etarli potentsial gradientni yaratishi uchun vaqt kerak. 1944 yilda Bryus boshqacha tushuntirishni taklif qildi, bu nurli oqimning yoyli oqimga ko'payishiga asoslangan. U "korona oqimi" ni faqat kanal boshida emas, balki butun uzunligi bo'ylab etakchi kanal atrofida bo'ladigan uchli zaryadga o'xshatdi. Uning so'zlariga ko'ra, kanal ma'lum masofada rivojlanib, natijada qadamlar paydo bo'lgandan keyin, bir muddat yoy tushirishining mavjudligi shartlari o'rnatiladi. Bu hodisa hali to'liq o'rganilmagan va aniq nazariya yo'q. Ammo rahbarning boshi yaqinida sodir bo'ladigan jismoniy jarayonlar tushunarli. Bulut ostidagi maydon kuchi ancha yuqori - bu B / m; rahbarning boshi oldidagi bo'shliq maydonida u yanada kattaroqdir. Bu hududda maydon kuchining ortishi 4 -rasmda yaxshi tushuntirilgan, bu erda chiziqli egri chiziqlar potentsial sirtlarning kesimini, qattiq egri chiziqlar esa maydon kuchining chiziqlarini ko'rsatadi. Liderning boshi yaqinidagi kuchli elektr maydonida havo atomlari va molekulalarining kuchli ionlanishi sodir bo'ladi. Bu, birinchi navbatda, etakchidan tez chiqib ketadigan elektronlar tomonidan atomlar va molekulalarning bombardimon qilinishi (zarba ionlashishi deb ataladi), ikkinchidan, etakchi tomonidan chiqariladigan ultrabinafsha nurlanish fotonlarining atomlar va molekulalar tomonidan yutilishi (fotoionizatsiya) natijasida yuzaga keladi. ). Rahbar yo'lida uchraydigan atomlar va havo molekulalarining kuchli ionlashuvi tufayli plazma kanali o'sadi, etakchi er yuzasiga o'tadi.

Yo'lda to'xtashlarni hisobga olgan holda, bulut va er yuzasi orasidagi masofa 1 km bo'lgan erga yetib borish uchun etakchiga 10 ... 20 ms kerak bo'ldi. Endi bulut erga tokni mukammal o'tkazuvchi plazma kanali orqali ulangan. Ionlangan gaz kanali, xuddi bulutni erga qisqa tutashtirdi. Bu erda dastlabki impulsning rivojlanishining birinchi bosqichi tugaydi.

Ikkinchi bosqich tez va kuchli. Asosiy oqim etakchi qo'ygan yo'l bo'ylab yuguradi. Hozirgi puls taxminan 0,1 ms davom etadi. Hozirgi kuch A tartibidagi qiymatlarga etadi. Katta miqdordagi energiya (J gacha) chiqariladi. Kanaldagi gaz harorati yetib boradi. Aynan shu paytda biz chaqmoq tushganda kuzatadigan g'ayrioddiy yorqin yorug'lik paydo bo'ladi va to'satdan qizdirilgan gazning keskin kengayishi natijasida momaqaldiroq paydo bo'ladi.

Plazma kanalining porlashi ham, isishi ham erdan bulutgacha bo'lgan yo'nalishda rivojlanishi juda muhim. yuqoriga. Bu hodisani tushuntirish uchun biz shartli ravishda butun kanalni bir necha qismlarga ajratamiz. Kanal paydo bo'lishi bilan (rahbarning boshi erga yetdi), birinchi navbatda, uning eng past qismida bo'lgan elektronlar pastga sakraydilar; shuning uchun kanalning pastki qismi birinchi bo'lib porlashni va isitishni boshlaydi. Keyin elektronlar keyingi (kanalning yuqori joylashgan qismi) dan erga shoshiladi; bu qism porlay boshlaydi va isitila boshlaydi. Va shunday asta -sekin - pastdan yuqoriga - tobora ko'proq elektronlar erga qarab harakatga kiradi; Natijada kanalning porlashi va isishi pastdan yuqoriga tarqaladi.

Asosiy impuls o'tgandan so'ng, 10 dan 50 ms gacha pauza bo'ladi. Bu vaqt mobaynida kanal deyarli o'chadi, uning harorati pasayadi va kanal ionlanish darajasi sezilarli darajada kamayadi.

Biroq, bulutda hali ham katta zaryad bor, shuning uchun yangi rahbar bulutdan erga yuguradi va yangi oqim impulsiga yo'l tayyorlaydi. Ikkinchi va keyingi zarbalar rahbarlari pog'onali emas, o'q shaklida. O'q shaklidagi rahbarlar pog'onali etakchining pog'onalariga o'xshaydi. Biroq, ionlashtirilgan kanal allaqachon mavjud bo'lganligi sababli, uchuvchi va bosqichlarga ehtiyoj yo'q. O'q shaklidagi etakchining kanalida ionlanish zinapoyaga qaraganda "katta" bo'lgani uchun, zaryad tashuvchilarning rekombinatsiyasi va tarqalishi yanada intensiv sodir bo'ladi, shuning uchun o'q shaklidagi etakchining kanalida ionlanish darajasi pastroq Natijada, supurilgan etakchining tezligi qadam bosgan rahbarning individual qadamlarining tezligidan kam, lekin uchuvchining tezligidan yuqori. Ok shaklidagi etakchining tezlik qiymatlari m / s gacha.

Agar ketma-ket chaqmoq chaqishi o'rtasida odatdagidan ko'proq vaqt o'tib ketsa, ionlanish darajasi shunchalik past bo'lishi mumkinki, ayniqsa kanalning pastki qismida havoni qayta ionlashtirish uchun yangi uchuvchi kerak bo'ladi. Bu birinchi emas, balki keyingi asosiy chaqmoq zarbalaridan oldin, etakchilarning pastki uchlarida qadamlar paydo bo'lishining alohida holatlarini tushuntiradi.

Yuqorida aytib o'tganimizdek, yangi rahbar asl rahbar tomonidan urilgan yo'ldan bormoqda. U yuqoridan pastgacha to'xtamasdan yuguradi (1ms). Va yana asosiy oqimning kuchli impulsi keladi. Yana pauzadan so'ng, hamma narsa takrorlanadi. Natijada bir nechta kuchli impulslar paydo bo'ladi, biz ularni tabiiy ravishda bitta chaqmoq chaqishi, bitta yorqin chaqnash sifatida qabul qilamiz.

Agar siz atmosfera havosidagi ikkita elektrod orasidagi kuchlanishni asta -sekin oshirsangiz va shunday shaklga ega bo'lsangiz, ular orasidagi elektr maydoni bir xil emas (masalan, qirralari yumaloq bo'lgan ikkita tekis elektrod yoki etarlicha katta to'p). keyin ma'lum bir kuchlanishda elektr maydon paydo bo'ladi. uchqun. Bu ikkala elektrodni bir -biriga bog'lab turuvchi, yorqin nurli kanalga o'xshaydi, ular odatda egilgan va tarvaqaylab qo'yilgan (1.2 -ilovaga qarang).

Elektr uchquni gazdagi elektr maydoni ma'lum bir qiymatga yetganda paydo bo'ladi E. Kimga(kritik maydon kuchi yoki buzilish kuchi), bu gaz turiga va uning holatiga bog'liq. Oddiy sharoitlarda havo uchun E. Kimga 3 * 10 6 V / m. Elektrodlar orasidagi masofa qanchalik katta bo'lsa, uchqun gazining parchalanishi boshlanishi uchun ular orasidagi kuchlanish shunchalik katta bo'ladi. Bu kuchlanish buzilish voltaji deb ataladi.

Buzilishning boshlanishi quyidagicha izohlanadi: gaz har doim tasodifiy sabablardan kelib chiqadigan ma'lum miqdordagi ion va elektronlarni o'z ichiga oladi. Biroq, ularning soni shunchalik kichikki, gaz deyarli elektr o'tkazmaydi. Etarlicha yuqori maydon kuchiga ega bo'lgan holda, ikkita to'qnashuv oralig'ida ion tomonidan to'plangan kinetik energiya to'qnashuvda neytral molekulani ionlashtirish uchun etarli bo'lishi mumkin. Natijada yangi manfiy elektron va musbat zaryadli qoldiq - ion hosil bo'ladi.

Erkin elektron 1 neytral molekula bilan to'qnashganda uni elektron 2 va erkin musbat ionga ajratadi. Neytral molekulalar bilan to'qnashuvda 1 va 2 -elektronlar ularni yana 3 va 4 -elektronlarga, erkin musbat ionlarga va boshqalarga bo'linadi (3.2.1 -rasm).

Bu ionlanish jarayoni zarba deb ataladi ionlanish va elektronni atomdan ajratish uchun sarflanishi kerak bo'lgan ish - bu ionlanish ishidir. Ionlanish ishi atom tuzilishiga bog'liq va shuning uchun har xil gazlar uchun farq qiladi.

Ta'sirli ionlanish ta'sirida hosil bo'lgan elektronlar va ionlar gazdagi zaryadlar sonini ko'paytiradi va o'z navbatida ular elektr maydon ta'sirida harakatga keladi va yangi atomlarning zarba ionlanishiga olib kelishi mumkin. Shunday qilib, jarayon o'zini kuchaytiradi va gazdagi ionlanish tezda juda katta qiymatga etadi. Bu hodisa ko'chkiga o'xshaydi, shuning uchun bu jarayon ionli deb nomlandi ko'chki.

Ion ko'chkisining paydo bo'lishi uchqunlarning parchalanish jarayonidir va ion ko'chkisi sodir bo'ladigan minimal kuchlanish - bu parchalanish kuchlanishi.

Shunday qilib, uchqun parchalanishida gaz ionlanishining sababi ionlar bilan to'qnashuvda atomlar va molekulalarning yo'q bo'lib ketishi (zarba ionlanishi). Miqdor E. Kimga bosim ortishi bilan ortadi. Kritik maydon kuchining gaz bosimiga nisbati R ma'lum bir gaz uchun bosim o'zgarishi oralig'ida deyarli doimiy bo'lib qoladi:

Bu qonun Ekni har xil bosimda aniqlashga imkon beradi, agar uning qiymati har qanday bosimda ma'lum bo'lsa.

Gazni tashqi ionlashtiruvchi ta'sir qilganda, buzilish kuchlanishi kamayadi. Agar siz gaz bo'shlig'iga buzilish voltajidan bir oz pastroq kuchlanishni qo'ysangiz va elektrodlar orasidagi bo'shliqqa yondirilgan gaz yoqilg'isini kiritsangiz, uchqun paydo bo'ladi. Xuddi shu ta'sir salbiy elektrodning ultrabinafsha nurlar bilan yoritilishi va boshqa ionlashtirgichlar bilan ham sodir bo'ladi.

Uchqun oqishini tushuntirish uchun, birinchi navbatda, uchqundagi asosiy jarayonlar - elektronlarning elektron ta'siridan ionlash va musbat ionlar (katta yoki katodli) bilan ionlashdir deb o'ylash tabiiydek tuyuldi. Biroq, keyinchalik bu jarayonlar uchqun paydo bo'lishining ko'p xususiyatlarini tushuntirib bera olmasligi ma'lum bo'ldi. Keling, masalan, uchqun zaryadining rivojlanish tezligi haqida to'xtalib o'tamiz. Agar uchqunlarda musbat ionlar bilan ionlanish muhim rol o'ynagan bo'lsa, u holda uchqun rivojlanish vaqti hech bo'lmaganda musbat ionlarning anoddan katodgacha harakatlanish vaqti bilan bir xil bo'ladi. Bu vaqtni taxmin qilish oson - 10 -4 - 10 -5 s tartibda. Shu bilan birga, tajriba shuni ko'rsatadiki, uning rivojlanish vaqti bir necha darajali buyukroqdir.

Uchqunning yuqori rivojlanish tezligi, shuningdek, bu oqindi shaklining boshqa xususiyatlarini tushuntirish, hozirgi vaqtda to'g'ridan-to'g'ri eksperimental ma'lumotlarga asoslangan uchqun oqimining nazariyasi deb ataladi. Bu nazariyaga ko'ra, yorqin nurli uchqun kanalining paydo bo'lishidan oldin, ionlangan zarrachalarning zaif porlab turadigan klasterlari paydo bo'ladi. ( strimerlar ). Gaz tushirish oralig'iga kirganda, oqim o'tkazgichlar o'tkazuvchi ko'priklar hosil qiladi, ular bo'ylab tushirishning keyingi bosqichlarida kuchli elektron oqimlari tezlashadi. Oqim paydo bo'lishining sababi nafaqat zarba ionlashi orqali elektron ko'chkilarining paydo bo'lishi, balki chiqindining o'zida paydo bo'ladigan nurlanish natijasida gazning ionlanishi (fotoionizatsiya).

Streamerni ishlab chiqish sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 3.2.2.

Konus shaklida bu rasm konusning tepasida joylashgan va katoddan anodgacha tarqaladigan elektron ko'chkilarni ko'rsatadi. To'g'ridan -to'g'ri katoddan kelib chiqqan dastlabki elektron ko'chkidan tashqari, yangi ko'chkining boshidan ancha oldinda joylashgan nuqtalarda paydo bo'lishi, bu sxemada muhim ahamiyatga ega. Bu yangi ko'chkilar ilgari paydo bo'lgan qor ko'chkilaridan chiqadigan nurlanish natijasida fotionizatsiya natijasida gaz hajmida elektronlar paydo bo'lishi natijasida paydo bo'ladi (rasmda bu nurlanish sxematik tarzda to'lqinli chiziqlar ko'rinishida ko'rsatilgan). Rivojlanish jarayonida individual ko'chkilar bir-birini ushlab turadi va birlashadi, natijada kanal yaxshi o'tkaziladi. Yuqoridagi diagrammadan ko'rinib turibdiki, ko'plab qor ko'chkisi bo'lganligi sababli, oqim uzatuvchi tomonidan o'tilgan CD umumiy yo'li bitta boshlang'ich ko'chki AB bosib o'tgan masofadan ancha katta (AB va CD uzunliklarining farqi aslida ancha katta. 3.2.2 -rasmda ko'rsatilgan).

Ko'rib chiqilayotgan jarayonlarda katta miqdordagi energiya ajralib chiqishi tufayli uchqun bo'shlig'idagi gaz 10 000 C gacha qiziydi, bu uning porlashiga olib keladi. Gazning tez isishi bosimning oshishiga olib keladi va 10 7 10 8 Pa ga etadi va uchqunli oqimning tovush effektlarini tushuntiruvchi zarba to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi - zaif zaryadsizlanishlarda xarakterli chayqalish va chaqmoq tushganda kuchli momaqaldiroq, bu momaqaldiroq bilan Yer o'rtasida yoki ikkita bo'ronli bulut o'rtasida kuchli uchqun oqishiga misol.

Ichki yonish dvigatellarida yonuvchi aralashmani yoqish uchun uchqun chiqarish ishlatiladi. Chiqarish oralig'ining kichik uzunligi bilan, uchqun chiqishi anodning ma'lum bir halokatiga olib keladi, bu eroziya deb ataladi. Bu hodisa elektrospark usulida kesish, burg'ulash va boshqa turdagi metallni qayta ishlashda ishlatilgan. U spektral tahlilda zaryadlangan zarrachalarni (uchqun hisoblagichlarini) ro'yxatdan o'tkazish uchun ishlatiladi.

Uchqun bo'shlig'i elektr uzatish liniyalarida (masalan, telefon liniyalarida) haddan tashqari kuchlanish himoyachisi (uchqun bo'shliqlari) sifatida ishlatiladi. Agar chiziq yaqinida kuchli qisqa muddatli oqim oqsa, u holda bu liniyaning simlarida elektr inshootini vayron qiladigan va inson hayoti uchun xavfli bo'lgan kuchlanish va toklar paydo bo'ladi.

Bunga yo'l qo'ymaslik uchun ikkita egilgan elektroddan iborat maxsus sigortalar ishlatiladi, ulardan biri chiziqqa ulangan, ikkinchisi esa erga ulangan. Agar chiziqning erga nisbatan potentsiali keskin oshsa, elektrodlar orasida uchqun oqimi paydo bo'ladi, u u bilan isitilgan havo bilan birga ko'tariladi, uzayadi va uziladi.

Nihoyat, elektr uchqunlari katta bo'shliqlar yordamida katta potentsial farqlarni o'lchash uchun ishlatiladi, ularning elektrodlari 1 va 2 -ustunlarga o'rnatilgan ikkita metall sharlardir. To'pli ikkinchi ustun vint yordamida birinchisiga yaqinlashishi yoki uzoqlashishi mumkin. To'plar oqim manbasiga ulangan, uning kuchlanishini o'lchash kerak va uchqun paydo bo'lguncha birlashtiriladi. Stendda shkala yordamida masofani o'lchab, siz uchqun uzunligi bo'yicha kuchlanishning taxminiy bahosini berishingiz mumkin (masalan: to'p diametri 5 sm va masofasi 0,5 sm, buzilish kuchlanishi 17,5 kV, va 5 sm masofada - 100 kV). Bu usul yordamida o'n minglab voltlik potentsial farqning bir necha foiz aniqligi bilan o'lchash mumkin.

Uchqunli oqindi zigzag shaklidagi bo'lakchali filaman-kanallar shakliga ega, ular bo'shliq bo'shlig'iga kirib, yo'q bo'lib ketadi va ularning o'rniga yangilarini qo'yadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, uchqun chiqarish kanallari ba'zan musbat elektroddan, ba'zan manfiydan, ba'zan esa elektrodlar orasidagi bir nuqtadan o'sa boshlaydi. Buning sababi shundaki, uchqun tushganda zarba bilan ionlanish gazning butun hajmida emas, balki ionlar kontsentratsiyasi tasodifan eng yuqori bo'lgan joylarda o'tadigan alohida kanallar orqali sodir bo'ladi. Uchqun oqishi ko'p miqdorda issiqlik, gazning yorqin porlashi, qulashi yoki momaqaldiroq bilan birga keladi. Bu hodisalarning hammasi uchqun kanallarida paydo bo'ladigan va bosimning 107108 Pa ga va haroratning 10 000 S gacha ko'tarilishiga olib keladigan elektron va ion ko'chkilaridan kelib chiqadi.

Chaqmoq - bu uchqun oqimining odatiy namunasidir. Chaqmoqning asosiy kanali diametri 10 dan 25 sm gacha, chaqmoqning uzunligi bir necha kilometrga yetishi mumkin. Maksimal chaqmoq impulsli oqim kuchi o'nlab va yuz minglab amperlarga etadi.

Chiqarish bo'shlig'ining kichik uzunligi bilan, uchqun chiqishi anodning o'ziga xos halokatiga olib keladi eroziya... Bu hodisa elektrospark usulida kesish, burg'ulash va metallni qayta ishlashning boshqa turlarida qo'llanilgan.

Uchqun bo'shlig'i elektr uzatish liniyalarida (masalan, telefon liniyalarida) kuchlanishdan himoyalanuvchi sifatida ishlatiladi. Agar chiziq yaqinida kuchli qisqa muddatli oqim oqsa, bu chiziqning simlarida kuchlanish va toklar paydo bo'ladi, bu elektr inshootini buzishi va odamlarning hayotiga xavf tug'dirishi mumkin. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun ikkita egilgan elektroddan iborat maxsus sigortalar ishlatiladi, ulardan biri chiziqqa ulangan, ikkinchisi esa erga ulangan. Agar chiziqning erga nisbatan potentsiali keskin oshsa, u holda elektrodlar orasida uchqun oqimi paydo bo'ladi, u u bilan isitilgan havo bilan birga ko'tariladi, uzayadi va uziladi.

Va nihoyat, katta potentsial farqlarni o'lchash uchun elektr uchqun ishlatiladi to'p uchqun oralig'i, elektrodlari sirtini silliqlangan ikkita metall shar. To'plar bir -biridan ajratiladi va ularga o'lchanadigan potentsial farq qo'llaniladi. Keyin to'plar bir -biridan uchqun o'tguncha yaqinlashtiriladi. To'plarning diametrini, ular orasidagi masofani, havoning bosimi, harorati va namligini bilib, ular maxsus jadvallar bo'yicha to'plar orasidagi potentsial farqni topadilar. Bu usul yordamida o'n minglab voltlik potentsial farqning bir necha foiz aniqligi bilan o'lchash mumkin.