7646488422

ĆWICZENIE 2

BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI STATYCZNEJ POWIETRZA

2. 1. WPROWADZENIE

2.1.1. Zjawisko wyładowań elektrycznych w powietrzu

Pojęcie wyładowania elektryczne obejmuje całokształt zjawisk przewodzenia prądu w dielektrykach. W gazach rozróżnia się:

wyładowania zupełne (iskra i łuk elektryczny), które dają zwarcie międzyelektrodowe o małej rezystancji;

-    wyładowania niezupełne (ulot, wyładowania świetlące i snopiaste), które przedstawiają stosunkowo duże rezystancje;

-    wyładowania niesamodzielne charakteryzujące się bardzo wielkimi rezystancjami i wymagające oprócz pola obecności zewnętrznego czynnika jonizującego.

W bardzo słabym polu elektrycznym i przy niezbyt wysokich temperaturach nośniki ładunku, a więc elektrony i jony powstają w wyniku jonizacji przestrzennej, której zasadniczymi przyczynami są następujące zjawiska:

-    rozpad ciał promieniotwórczych znajdujących się w otoczeniu,

-    promieniowanie ultrafioletowe słońca,

-    promieniowanie kosmiczne o wielkiej przenikalności.

Teoria kinetyczna gazów opisuje stan i bezładne ruchy cząstek między kolejnymi zderzeniami. Pod wpływem pola elektrycznego następuje częściowe uporządkowanie ruchów cząstek obdarzonych ładunkiem - elektronów i jonów. Cząstki te uzyskują pewną prędkość skierowaną, tj. średnią prędkość w kierunku pola elektrycznego, w wyniku której obserwuje się przepływ prądu. Gęstość prądu płynącego w obszarze międzyelektrodowym zależy od natężenia pola E, ładunku q_h ruchliwości fj, oraz koncentracji n, nośników typu /, czyli

j =    (2.1)

Gęstość jonów i elektronów w powietrzu atmosferycznym, która obok ruchliwości decyduje o wartości prądu, jest zwykle zawarta w granicach 10³    10⁴ w 1 cm³.

Rys. 2.1. Zależność gęstości prądu w powietrzu od natężenia pola

Rys. 2.1. przedstawia gęstość prądu w funkcji zmian natężenia pola wywołanego napięciem stałym. Przy wzroście natężenia pola od zera występuje najpierw proporcjonalność gęstości prądu j od natężenia pola E. Zjawisko to jest możliwe przy stałej koncentracji nośników ładunku n w obszarze - ruch skierowany nośników nie wpływa na ich gęstość. Przy dalszym wzroście natężenia pola E gęstość prądu j rośnie już wolniej niż proporcjonalnie i przy wartości E„ mamy do czynienia z prądem nasyceniowym j„, który pozostaje stały mimo wzrostu napięcia. Prąd j„ jest ograniczony przez jonizację przestrzenną, w wyniku której powstaje określona liczba nośników ładunku w