Войти
Искровой разрядник A Искровой разрядник состоит из двух проводящих электроды разделены зазором, обычно заполненным газом, например воздухом, и предназначены для пропускания электрической искры между проводниками. Когда разность потенциалов между проводниками превышает напряжение пробоя газа внутри промежутка, образуется искра, ионизирующая газ и резко снижающая его электрическое сопротивление. Затем электрический ток течет до тех пор, пока путь ионизированного газа не прервется или ток не упадет ниже минимального значения, называемого «ток удержания». Обычно это происходит, когда напряжение падает, но в некоторых случаях происходит, когда нагретый газ поднимается, растягиваясь и затем разрывая нить ионизированного газа. Обычно ионизация газа носит резкий и разрушительный характер, часто приводя к звуку (от щелчка свечи зажигания до грохота для молниеносный разряд), свет и тепло.
Искровые разрядники исторически использовались в раннем электрическом оборудовании, таком как радиопередатчики с искровым разрядником, электростатические аппараты и рентгеновские аппараты. На сегодняшний день наиболее широко они используются в свечах зажигания для воспламенения топлива в двигателях внутреннего сгорания, но они также используются в молниеотводах и других устройствах для защиты электрических цепей. оборудование от высоковольтных переходных процессов.
Для воздуха прочность на пробой составляет около 30 кВ / см на уровне моря.
Свет, излучаемый искрой, не исходит от тока электронов, но из материальной среды , флуоресцирующей в ответ на столкновения электронов. Когда электроны сталкиваются с молекулами воздуха в зазоре, они возбуждают свои орбитальные электроны на более высокие уровни энергии. Когда эти возбужденные электроны возвращаются к своим исходным уровням энергии, они излучают энергию в виде света. Образование видимой искры в вакууме невозможно. Без промежуточного вещества, способного к электромагнитным переходам, искра будет невидимой (см. вакуумная дуга ).
Искровые разрядники необходимы для функционирования ряда электронных устройств.
A свеча зажигания. Искровой промежуток находится внизу. A свеча зажигания использует искровой промежуток для инициирования возгорания. Теплота ионизационного следа, но, что еще важнее, УФ-излучение и горячие свободные электроны (оба вызывают образование реактивных свободных радикалов) воспламеняют топливно-воздушную смесь внутри двигателя внутреннего сгорания или горелки в печь, духовка или плита. Чем больше УФ-излучения производится и успешно распространяется в камеру сгорания, тем дальше продолжается процесс сгорания.
Главный двигатель космического корабля водородно-кислородная пропеллентная смесь воспламенилась с помощью искрового запальника.
Переключающие контакты на мультиметре, действующие как искровой разрядник на печатной плате. Искровые разрядники часто используются для предотвращения скачков напряжения и повреждения оборудования. Искровые разрядники используются в высоковольтных выключателях, в трансформаторах большой мощности , на электростанциях и электрических подстанциях. Такие переключатели сконструированы с большим дистанционно управляемым переключающим ножом с шарниром в качестве одного контакта и двумя пластинчатыми пружинами, удерживающими другой конец в качестве второго контакта. Если нож открыт, искра может сохранить проводимость соединения между ножом и пружиной. Искра ионизирует воздух, который становится проводящим и позволяет образоваться дуге, которая поддерживает ионизацию и, следовательно, проводимость. Лестница Иакова наверху переключателя вызовет подъем дуги и в конечном итоге погаснет. Можно было также найти небольшие лестницы Иакова, установленные на керамических изоляторах высоковольтных опор. Иногда их называют роговыми промежутками. Если искра когда-нибудь сможет перепрыгнуть через изолятор и вызвать дугу, она погаснет.
Меньшие искровые разрядники часто используются для защиты чувствительного электрического или электронного оборудования от скачков высокого напряжения . В сложных версиях этих устройств (называемых разрядниками с газовой трубкой) небольшой искровой разрядник выходит из строя во время аномального скачка напряжения, безопасно шунтируя скачок напряжения на землю и тем самым защищая оборудование. Эти устройства обычно используются для телефонных линий при входе в здание; искровые разрядники помогают защитить здание и внутренние телефонные цепи от воздействия ударов молнии. Менее сложные (и гораздо менее дорогие) разрядники изготавливаются с использованием модифицированных керамических конденсаторов ; в этих устройствах искровой промежуток - это просто воздушный зазор , прорезанный между двумя подводящими проводами, которые соединяют конденсатор с цепью. Скачок напряжения вызывает искру, которая перескакивает от подводящего провода к подводящему проводу через зазор, оставшийся в процессе резки. Эти недорогие устройства часто используются для предотвращения повреждения дуги между элементами электронной пушки (ей) внутри электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
Маленькие искровые разрядники очень распространены в телефонные коммутаторы, поскольку длинные телефонные кабели очень чувствительны к импульсным скачкам напряжения от ударов молнии. Большие искровые разрядники используются для защиты линий электропередачи.
Искровые разрядники иногда реализуются на печатных платах в электронных продуктах с использованием двух близко расположенных открытых следов печатной платы. Это практически нулевой метод добавления грубой защиты от перенапряжения к электронным изделиям.
Transils и trisils - это твердотельные альтернативы искровым разрядникам для приложений с низким энергопотреблением. Неоновые лампы также используются для этой цели.
Фотография стрельбы Smith Wesson, сделанная со вспышкой с воздушным зазором. Фотография была сделана в затемненной комнате с открытым затвором камеры, и вспышка сработала по звуку выстрела с помощью микрофона. Используется срабатывающий искровой разрядник в вспышке с воздушным зазором для создания фотографических световых вспышек в субмикросекундной области.
Трубка с искровым разрядником Искра излучает энергию во всем электромагнитном спектре. В настоящее время это обычно рассматривается как незаконное радиопомехи и подавляется, но на заре развития радиосвязи (1880–1920 гг.) Это было средством передачи радиосигналов, в немодулированный передатчик искрового разрядника. Многие радиоискровые разрядники включают в себя охлаждающие устройства, такие как поворотный зазор и радиаторы, поскольку искровой промежуток сильно нагревается при непрерывном использовании на высокой мощности.
Калиброванный сферический искровой промежуток выйдет из строя при очень повторяемом напряжении, если его скорректировать на давление, влажность и температуру воздуха. Зазор между двумя сферами может обеспечить измерение напряжения без использования электроники или делителей напряжения с точностью около 3%. Искровой разрядник можно использовать для измерения высокого напряжения переменного и постоянного тока или импульсов, но для очень коротких импульсов на один из выводов можно подключить ультрафиолетовый источник света или радиоактивный источник. для обеспечения источника электронов.
Искровые разрядники могут использоваться в качестве электрических переключателей, поскольку они имеют два состояния с существенно различным электрическим сопротивлением. Сопротивление между электродами может достигать 10 Ом, когда электроды разделены газом или вакуумом, что означает, что небольшой ток протекает даже при наличии высокого напряжения между электродами. Сопротивление падает до 10 Ом, когда электроды соединены плазмой, что означает, что рассеиваемая мощность низка даже при высоком токе. Эта комбинация свойств привела к использованию искровых разрядников в качестве электрических переключателей в приложениях импульсной мощности, где энергия накапливается при высоком напряжении в конденсаторе , а затем разряжается при высоком токе. Примеры включают импульсные лазеры, рельсотроны, генераторы Маркса, термоядерный синтез, сверхсильное импульсное магнитное поле исследование и срабатывание ядерной бомбы.
Когда искровой разрядник состоит только из двух электродов, разделенных газом, переход между непроводящим и проводящим состояниями регулируется законом Пашена. При типичных комбинациях давления и расстояния между электродами закон Пашена гласит, что разряд Таунсенда заполняет зазор между электродами проводящей плазмой всякий раз, когда отношение напряженности электрического поля к давлению превышает константу. значение определяется составом газа. Скорость, с которой можно снизить давление, ограничивается дросселированным потоком, в то время как увеличение электрического поля в цепи разряда конденсатора ограничивается емкостью в цепи и током, доступным для зарядки емкости. Эти ограничения на скорость, с которой может инициироваться разряд, означают, что искровые разрядники с двумя электродами обычно имеют высокий джиттер.
Запускаемые искровые разрядники представляют собой класс устройств с некоторыми дополнительными средствами запуска для достижения низкого дрожания. Чаще всего это третий электрод, как в тригатроне . Напряжение пускового электрода можно быстро изменить, поскольку емкость между ним и другими электродами мала. В срабатывающем искровом промежутке давление газа оптимизировано, чтобы минимизировать дрожание, а также избежать непреднамеренного срабатывания. Срабатывающие искровые разрядники изготавливаются в версиях с постоянной герметизацией с ограниченным диапазоном напряжений и в версиях с повышенным давлением пользователя с диапазоном напряжения, пропорциональным доступному диапазону давления. Срабатывающие искровые разрядники имеют много общего с другими газонаполненными трубками, такими как тиратроны, критроны, игнитроны и кроссатроны.
Срабатывающие вакуумные промежутки, или спритроны, напоминают срабатывающие искровые разрядники как по внешнему виду, так и по конструкции, но основаны на другом принципе работы. Срабатывающий вакуумный зазор состоит из трех электродов в герметичной стеклянной или керамической оболочке, которая была вакуумирована. Это означает, что, в отличие от срабатывающего искрового промежутка, срабатывающий вакуумный разрядник работает в пространстве параметров слева от минимума Пашена, где пробою способствует повышение давления. Ток между электродами ограничен до небольшого значения посредством автоэлектронной эмиссии в непроводящем состоянии. Пробой инициируется быстро испаряющимся материалом с пускового электрода или соседнего резистивного покрытия. Как только зажигается вакуумная дуга, срабатывающий вакуумный зазор заполняется проводящей плазмой, как и в любом другом искровом промежутке. Срабатывающий вакуумный зазор имеет больший диапазон рабочих напряжений, чем запаянный искровый разрядник, потому что кривые Пашена намного круче слева от минимума Пашена, чем при более высоких давлениях. Срабатываемые вакуумные зазоры также рад, потому что в непроводящем состоянии они не содержат газа, который ионизируется излучением.
Временная экспозиция лестницы Иакова 
Воспроизвести медиа Лестница Иакова в действии A Лестница Иакова (более формально, бегущая дуга высокого напряжения ) - это устройство для создания непрерывной цепочки больших искр, поднимающихся вверх. Искровой разрядник образован двумя проводами, примерно вертикальными, но постепенно расходящимися друг от друга в направлении вершины узкой V-образной формы. Он был назван в честь «лестницы в небо », описанной в Библии.
Когда высокое напряжение прикладывается к промежутку, на нижней части проводов в местах, где они находятся ближе всего друг к другу, образуется искра, быстро переходящая в электрическую дугу. Воздух разрывается примерно при 30 кВ / см, в зависимости от влажности, температуры и т. Д. Помимо падений напряжения на аноде и катоде, дуга ведет себя почти как короткое замыкание, потребляя столько же тока, сколько и электрический источник питания может подавать, а большая нагрузка резко снижает напряжение на промежутке.
Нагретый ионизированный воздух поднимается вверх, унося с собой путь тока. По мере того, как след ионизации становится длиннее, он становится все более и более нестабильным и, наконец, обрывается. Затем напряжение на электродах возрастает, и в нижней части устройства снова возникает искра.
Этот цикл приводит к экзотическому отображению электрических белых, желтых, синих или фиолетовых дуг, которую часто можно увидеть в фильмах о безумных ученых. Это устройство было основным продуктом в школах и научных выставках в 1950-х и 1960-х годах, как правило, из искровой катушки модели T или любого другого источника высокого напряжения в диапазоне 10 000–30 000 человек. диапазон напряжений, например трансформатор неоновой вывески (5–15 кВ) или схема телевизионного кинескопа (обратный трансформатор ) (10–28 кВ), а также две вешалки или стержни построен в форме буквы V. Для больших лестниц обычно используются трансформаторы микроволновых печей, соединенные последовательно, умножители напряжения и полюсные трансформаторы (полюсные скребки), работающие в обратном направлении (повышающие).
СМИ, связанные с лестницей Джейкоба на Wikimedia Commons
Воздействие дугового устройства может представлять опасность для здоровья. Образовавшаяся в воздухе дуга ионизирует кислород и азот, которые затем могут преобразовываться в реактивные молекулы, такие как озон и оксид азота. Эти продукты могут повредить слизистые оболочки. Растения также подвержены отравлению озоном. Эти опасности наиболее велики, когда дуга непрерывная и в замкнутом пространстве, например в комнате. Возникающая снаружи дуга представляет меньшую опасность, потому что нагретые ионизированные газы поднимаются в воздух и рассеиваются в атмосфере. Искровые промежутки, которые только периодически вызывают короткие искровые разряды, также минимально опасны, поскольку объем генерируемых ионов очень мал.
Дуги также могут создавать широкий спектр длин волн, охватывающий видимый свет и невидимый ультрафиолетовый и инфракрасный спектр. Очень интенсивные дуги, генерируемые такими способами, как дуговая сварка, могут производить значительное количество ультрафиолетового излучения, которое повреждает роговицу наблюдателя. Эти дуги следует наблюдать только через специальные темные фильтры, которые уменьшают интенсивность дуги и защищают глаза наблюдателя от ультрафиолетовых лучей.
 | Викибуки есть книга на тему: Чтение свечей зажигания для гонок |
Видео по лестнице Джейкоба:
