ترشحات کرونا
ترشحات کرونا - این یک پدیده مرتبط با یونیزاسیون هوا در یک میدان الکتریکی با شدت بالا (درخشش گازها در یک میدان الکتریکی غیر یکنواخت با شدت بالا) است.
مناطق با تنش بالا اغلب به دلیل ناهمگنی میدان الکتریکی تشکیل می شوند که این اتفاق می افتد:
1) هنگام انتخاب پارامترهای نادرست در طول فرآیند طراحی؛
2) در نتیجه آلودگی ناشی از کار؛
3) در نتیجه آسیب مکانیکی و فرسودگی تجهیزات.
میدان‌های مشابهی در الکترودهایی با انحنای سطحی بسیار بزرگ (نقاط، سیم‌های نازک) تشکیل می‌شوند. هنگامی که شدت میدان به مقدار حد مجاز هوا (حدود 30 کیلو ولت بر سانتی متر) می رسد، درخششی در اطراف الکترود ظاهر می شود که شبیه پوسته یا تاج است (از این رو نام آن است). تخلیه کرونا برای تمیز کردن گازها از گرد و غبار و سایر آلاینده ها (رسوب کننده الکتریکی)، برای تشخیص وضعیت سازه ها استفاده می شود (به شما امکان می دهد ترک های موجود در محصولات را تشخیص دهید). وقوع تخلیه کرونا در خطوط برق نامطلوب است، زیرا باعث تلفات قابل توجهی در انرژی منتقل شده می شود. به منظور کاهش انحنای نسبی الکترودها، از خطوط چند سیم (3، 5 یا بیشتر سیم که به روشی خاص چیده شده اند) استفاده می شود.
انواع تاج و مشخصات آنها
تاج "شعله مانند" منفی. این نوع تاج معمولاً روی یک هادی با بار منفی رخ می دهد، به عنوان مثال در طول نیمه موج منفی ولتاژ شبکه. این نوع تاج شبیه شعله ای است که شکل، جهت و اندازه آن مدام در حال تغییر است. این تاج به تغییرات پارامترهای محیطی بسیار حساس است. وقوع آن همچنین منجر به ظاهر شدن یک سیگنال صوتی در تقریباً دو برابر فرکانس صنعتی (مثلاً 100 هرتز) یا مضربی از آن می شود.
برک آوت ها
خرابی ها معمولاً بین دو صفحه فلزی عایق اما نزدیک به یکدیگر رخ می دهد. جریان نشتی در امتداد تکیه گاه باعث ایجاد سطوح ولتاژ خاصی بین صفحات و در نتیجه تخلیه بین آنها می شود. این تخلیه ها معمولاً به سختی قابل محلی سازی هستند، زیرا هیچ اتصال مستقیمی به خط ولتاژ بالا وجود ندارد. در دوربین CoroCAM این شکاف های جرقه به صورت اجسام کوچک، پایدار و بسیار روشن ظاهر می شوند. صدای تولید شده توسط این تخلیه ها نسبت به تاج های منفی گام بالاتری دارد و به نظر می رسد که ارتباطی با فرکانس توان ندارد. شکاف جرقه معمولا باعث تداخل بزرگ رادیویی و تلویزیونی می شود (به عنوان مثال، تداخل رادیویی RI بالا).
ترشحات کرونا درخشش مثبت
یک تخلیه تاج درخشش مثبت بر روی یک هادی با بار مثبت (به عنوان مثال، در طول نیمه موج مثبت ولتاژ شبکه) تشکیل می شود. معمولا در نواحی با گوشه های تیز دیده می شود. این نوع تاج از نظر اندازه کوچک است و به صورت درخششی در اطراف یک مکان خاص ظاهر می شود. این یک منبع تخلیه کرونا نسبتا ضعیف است و سیگنال شنیداری بسیار کمی تولید می کند.
کرونا/ترشح از نظر وقوع چقدر جدی است؟ولتاژ تداخل رادیویی (RIV)؟
نکات کلی:
تمام شکاف های جرقه باعث تداخل جدی رادیویی می شوند.
اگر کرونا به طور کامل با چشم غیر مسلح (شب ها) قابل مشاهده باشد، باعث تداخل شدید رادیویی می شود. (از CoroCAM برای یافتن سریع همه منابع کرونا استفاده کنید و سپس سعی کنید آنها را با چشم غیر مسلح ببینید.)
تاج درخشش مثبت تداخل رادیویی قابل توجهی ایجاد نمی کند.
کاربرد ترشحات کرونا
تصفیه گاز الکتریکی (رسوب کننده های الکتریکی).
یک ظرف پر از دود به طور ناگهانی کاملاً شفاف می شود اگر الکترودهای فلزی تیز متصل به یک ماشین الکتریکی به داخل آن وارد شوند و تمام ذرات جامد و مایع روی الکترودها رسوب کنند. توضیح آزمایش به شرح زیر است: به محض احتراق تاج در سیم، هوای داخل لوله به شدت یونیزه می شود. یون های گاز به ذرات گرد و غبار می چسبند و آنها را شارژ می کنند. از آنجایی که یک میدان الکتریکی قوی در داخل لوله وجود دارد، ذرات باردار گرد و غبار تحت تأثیر میدان به سمت الکترودها حرکت می کنند و در آنجا ته نشین می شوند.
شمارنده ذرات
شمارشگر ذرات گایگر مولر شامل یک استوانه فلزی کوچک است که مجهز به پنجره ای پوشیده از فویل و یک سیم فلزی نازک است که در امتداد محور استوانه کشیده شده و از آن عایق شده است. کنتور به مداری حاوی منبع جریانی که ولتاژ آن چندین هزار ولت است متصل می شود. ولتاژ لازم برای ظاهر شدن تخلیه تاج در داخل کنتور انتخاب می شود.
هنگامی که یک الکترون با حرکت سریع وارد شمارنده می شود، دومی مولکول های گاز داخل شمارنده را یونیزه می کند و باعث می شود ولتاژ لازم برای احتراق تاج کمی کاهش یابد. تخلیه در متر اتفاق می افتد و یک جریان کوتاه مدت ضعیف در مدار ظاهر می شود. برای تشخیص آن، یک مقاومت بسیار بالا (چند مگا اهم) به مدار وارد می شود و یک الکترومتر حساس به موازات آن متصل می شود. هر بار که یک الکترون سریع به شمارنده برخورد می کند، صفحه الکترومتر خم می شود.
چنین شمارنده‌هایی امکان ثبت نه تنها الکترون‌های سریع، بلکه به طور کلی هر ذره باردار و سریع در حال حرکت را که قادر به تولید یونیزاسیون از طریق برخورد هستند را ممکن می‌سازد. شمارشگرهای مدرن به راحتی ورود حتی یک ذره به آنها را تشخیص می دهند و بنابراین با اطمینان کامل و وضوح بسیار واضح تأیید می کنند که ذرات باردار اولیه واقعاً در طبیعت وجود دارند.
میله برق گیر
تخمین زده می شود که حدود 1800 رعد و برق به طور همزمان در جو کل کره زمین رخ می دهد که به طور متوسط حدود 100 رعد و برق در ثانیه ایجاد می کند. و اگرچه احتمال اصابت صاعقه به هر فردی ناچیز است، با این وجود صاعقه صدمات زیادی را به همراه دارد. این نکته کافی است که امروزه حدود نیمی از تصادفات در خطوط برق بزرگ ناشی از رعد و برق است. بنابراین حفاظت در برابر صاعقه یک وظیفه مهم است.
لومونوسوف و فرانکلین نه تنها ماهیت الکتریکی رعد و برق را توضیح دادند، بلکه نشان دادند که چگونه میله صاعقه می تواند برای محافظت در برابر برخورد صاعقه ساخته شود. صاعقه گیر سیم بلندی است که انتهای بالایی آن بالای بالاترین نقطه ساختمان حفاظت شده تیز و تقویت می شود. انتهای پایین سیم به یک ورق فلزی متصل می شود و ورق در سطح آب خاک در زمین مدفون می شود. در طوفان رعد و برق، بارهای القایی بزرگی روی زمین ظاهر می شود و یک میدان الکتریکی بزرگ در سطح زمین ظاهر می شود. کشش آن در نزدیکی هادی های تیز بسیار زیاد است و بنابراین یک تخلیه تاج در انتهای میله صاعقه مشتعل می شود. در نتیجه بارهای القایی نمی توانند روی ساختمان جمع شوند و رعد و برق رخ نمی دهد. در مواردی که رعد و برق اتفاق می افتد (و چنین مواردی بسیار نادر است)، به صاعقه گیر برخورد می کند و بارها بدون آسیب به ساختمان وارد زمین می شوند.
در برخی موارد، ترشحات کرونا از یک میله صاعقه به حدی قوی است که یک درخشش به وضوح قابل مشاهده در نوک آن ظاهر می شود. این درخشش گاهی در نزدیکی سایر اجسام نوک تیز ظاهر می شود، به عنوان مثال، در انتهای دکل های کشتی، نوک درختان تیز و غیره. این پدیده چندین قرن پیش مورد توجه قرار گرفت و باعث وحشت خرافی در بین ملوانانی شد که ماهیت واقعی آن را درک نکردند.
تحت تاثیر ترشحات کرونا
رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک مؤثرترین دستگاه‌های تمیزکننده گاز هستند، زیرا... هزینه های عملیاتی برای نگهداری آنها، در مقایسه با سایر جمع کننده های گرد و غبار و خاکستر، بسیار کمتر است. در عین حال، رسوب‌دهنده‌های الکتریکی به طور کامل الزامات یک دستگاه جمع‌آوری گرد و غبار مطلق را برآورده می‌کنند.
تاسیسات تصفیه گاز الکتریکی شامل یک رسوب دهنده الکتریکی و یک واحد قدرت می باشد. گازی که باید تصفیه شود وارد یک رسوب‌دهنده الکتریکی می‌شود که الکترودهای آن با ولتاژ بالا تغذیه می‌شوند؛ تخلیه تاج بین الکترودها رخ می‌دهد که در نتیجه فضای بین الکترود با یون‌های گازی با بار منفی پر می‌شود که تحت تأثیر یک میدان الکتریکی، از الکترودهای تاج به سمت الکترودهای بارش حرکت می کند.
الکترودهای بارش به صورت صفحه ای، لوله ای، جعبه ای، میله ای، جیبی، شیاردار، C شکل، لاله ای شکل و غیره تقسیم می شوند.
بر اساس روش حذف گرد و غبار، رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک به دو دسته مرطوب و خشک تقسیم می‌شوند. در رسوب‌دهنده‌های الکتریکی خشک، تکان دادن الکترودها با استفاده از روش‌های ضربه چکشی، ضربه‌پالسی، ارتعاشی و غیره انجام می‌شود. در رسوب‌دهنده‌های الکتریکی مرطوب، شستشوی دوره‌ای یا مداوم الکترودها انجام می‌شود. بر اساس جهت حرکت گاز تصفیه شده، رسوب دهنده های الکتریکی به دو دسته عمودی و افقی تقسیم می شوند. علاوه بر این، رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیکی می‌توانند تک منطقه‌ای باشند، که در آن شارژ و ته نشینی ذرات در یک منطقه انجام می‌شود، و دو ناحیه‌ای - که در آن شارژ و ته نشینی در مناطق مختلف انجام می‌شود: یونیزر و رسوب‌دهنده.
رسوب دهنده الکترواستاتیک لوله ای Sturtevant
بر اساس اصل ایجاد تخلیه تاج، رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیکی با نقاط تخلیه تاج ثابت و نقاط تخلیه تاج غیرثابت در دسترس هستند.
بر اساس نوع سیستم الکترود تاج، رسوب‌دهنده‌های الکترواستاتیک را می‌توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد: الکترودهای تاج قاب و الکترودهای تاج آزادانه معلق. تکان دادن الکترودهای جمع کننده و تاج با استفاده از ضربه، لرزش چکشی، سیستم ضربه-پالس، مکانیسم های لرزش، شستشوی دوره ای و مداوم انجام می شود.
فیزیک تخلیه تاج به طور مفصل در کتاب N.A. Kaptsov "تخلیه کرونا و کاربرد آن در رسوب‌دهنده‌های الکتریکی" منتشر شده در سال 1947 مورد بحث قرار گرفته است. پدیده تخلیه الکتریکی در گازها با چندین نظریه تخلیه توضیح داده شده است. شالوده اولین نظریه - نظریه بهمن - توسط تاونسند در سال 1900 پایه گذاری شد. 30 سال بعد، این نظریه در آثار روگوفسکی بیشتر توسعه یافت و همانطور که N.A. Kaptsov می نویسد، "تا کنون به عنوان مبنایی برای توضیح عمل کرده است. پدیده ترشحات کرونا». نظریه دوم - تئوری پلاسمای تخلیه گاز - از سال 1924 توسط لانگروم و مکتب او ایجاد شده است، اما به گفته N.A. Kaptsov، این نظریه مستقیماً با توضیح فیزیک تخلیه کرونا مرتبط نیست. نظریه سوم - نظریه پلاسمای همدما - در سال های قبل از جنگ توسط النباس و دیگر فیزیکدانان هلندی ایجاد شد.
رسوب دهنده برقی RION-S
نظریه چهارم، نظریه جریان ساز، در کار لوب ظاهر می شود و به دلیل "تلاش های متعدد برای توضیح پدیده های مشاهده شده در مراحل اولیه رعد و برق و تخلیه جرقه به طور کلی" ایجاد شده است.
در همان سال 1947، کتاب دیگری از N.A. Kaptsov منتشر شد - "پدیده های الکتریکی در گازها و خلاء"، که در آن او ماهیت تخلیه کرونا را به شرح زیر توضیح داد:
تخلیه کرونا در فشارهای نسبتاً بالا در تمام مواردی که میدان در شکاف تخلیه به دلیل شعاع کوچک انحنای سطح یک یا هر دو الکترود بسیار ناهموار است، رخ می‌دهد. در حین تخلیه کرونا، شکستگی ناقص شکاف تخلیه گاز رخ می دهد که با شکست جرقه بعدی تکمیل می شود.
همه می دانند که انواع مختلفی از تخلیه الکتریکی وجود دارد. اما همه به یاد نمی آورند که چگونه هستند و چگونه با یکدیگر تفاوت دارند. بیایید سعی کنیم آن را بفهمیم.
بیایید با این واقعیت شروع کنیم که 4 نوع ترشح وجود دارد: ترشحات درخشش، جرقه، تاج و قوس.
ترشح براق
دو الکترود را در نظر بگیرید که در یک لوله شیشه ای لحیم شده اند. بیایید مقداری ولتاژ بین الکترودها اعمال کنیم. برای اینکه بتوانیم جرقه ای را ببینیم، باید یک فروپاشی هوا رخ دهد. اما در فشار اتمسفر این ولتاژ کافی نیست. بیایید فشار در لوله را کاهش دهیم! ابتدا شاهد یک تخلیه مستقل (که حتی پس از قطع ولتاژ می سوزد) به شکل یک سیم نازک خواهیم بود. با کاهش بیشتر فشار، طناب روشن تر و قوی تر می شود تا زمانی که کل لوله را پر کند. اما درخشش لوله را به طور ناهموار پر می کند. ما این ترشحات را دود کردن می نامیم.
بنابراین، تخلیه درخششی یک تخلیه مستقل (این مهم است) است که در یک گاز با فشار کاهش یافته رخ می دهد، که در آن یکی از الکترودها (کاتد) به دلیل بمباران آن توسط یون های مثبت در گاز، الکترون ساطع می کند. همچنین شایان ذکر است که ضخامت طناب به فشار * فاصله بین الکترودها بستگی دارد.
ما شما را به تماشای یک ویدیوی فوق العاده دعوت می کنیم که به وضوح درک شما از ماهیت این پدیده را تکمیل می کند و یک آزمایش عالی را نشان می دهد!
تخلیه جرقه
حالا بیایید به یک تخلیه جرقه نگاه کنیم. همه چیز در اینجا ساده تر است: شکل رعد و برق دارد - یعنی شکل خطوط شکسته که به آنها کانال جرقه می گویند. رعد و برق یک تخلیه جرقه است و الکترودها جفت ابر زمینی یا دو ابر هستند.
می توان آن را با استفاده از هر دو منبع AC و DC به دست آورد. همچنین، بر خلاف یک تخلیه تابشی، در فشارهایی مطابق با اتمسفر ظاهر می شود. جریان در این نوع تخلیه معمولاً در مقایسه با تخلیه درخشان ضعیف تر است.
و مکانیسم تشکیل چنین تخلیه ها بسیار ساده است: قدرت میدان الکتریکی به اندازه کافی زیاد است، به طوری که الکترون در این میدان موفق می شود بین برخوردهای همسایه مقداری انرژی به دست آورد. و این انرژی برای یونیزه کردن مولکول های هوا - به عنوان مثال، نیتروژن و اکسیژن کافی است. پس از این، افزایش بهمن مانند در تعداد الکترون ها رخ می دهد - که جرقه ایجاد می کند. اما چرا ما می توانیم آن را ببینیم؟ الکترون ها نه تنها مولکول ها را یونیزه می کنند، بلکه آنها را تحریک می کنند (به اصطلاح نوترکیبی). این انرژی تحریک به تشعشع تبدیل می شود که ما می توانیم آن را مشاهده کنیم.
یکی دیگر از پدیده های جالب تخلیه جرقه کشویی است. هنگامی که قدرت میدان بین الکترودها از قدرت شکست گاز (هوا) بیشتر باشد، روی سطح یک دی الکتریک جامد در مرز گاز تشکیل می شود. این ترشحات نقش های زیبایی را بر روی سطح به جا می گذارد که به آن فیگورهای لیختنبرگ می گویند.
لیختنبرگ روی سطح یک صفحه پلکسی گلاس نقش بسته است
ترشحات کرونا
تخلیه های قبلی در یک میدان الکتریکی یکنواخت رخ داده است. و اگر بسیار ناهمگن باشد، ممکن است ترشحات کرونا در آن ظاهر شود. چیست؟
اغلب، ناهمگنی زمانی ظاهر می شود که سطح یکی از الکترودها دارای انحنای زیاد (سیم نازک، نوک) باشد. و در اطراف این الکترود است که یک درخشش مشخص ظاهر می شود، به نظر می رسد مانند یک پوسته یا تاج - از این رو نام.
یک واقعیت جالب این است که در این مورد وجود الکترود دوم ضروری نیست: آنها می توانند به عنوان اجسام زمینی اطراف عمل کنند. به هر حال، آتش سنت المو، که گاهی اوقات در انتهای ماچا شکل می گیرد، یک ترشح تاج است.
فرآیند تشکیل این نوع تخلیه برای الکترودهای دارای بار مثبت و منفی متفاوت است. در مورد یک الکترود منفی، درخشش مانند یک تخلیه جرقه تشکیل می شود: به لطف میدان الکتریکی، الکترون ها در مسیر آزاد خود (فاصله بین برخوردهای مجاور) انرژی کافی برای یونیزه کردن اتم های هوا به دست می آورند. اما در این حالت جرقه ای رخ نمی دهد، زیرا با افزایش فاصله از الکترود، قدرت میدان به دلیل ناهمگنی بیشتر کاهش می یابد. اما اگر می‌توانستیم تنش را افزایش دهیم، بله، جرقه‌ای ترشح می‌شود.
در مورد الکترود مثبت، تاج فقط می تواند در الکترودی با شعاع انحنای زیاد تشکیل شود. برعکس، میدان الکتریکی در خود الکترود بسیار ضعیف است؛ بر این اساس، الکترون ها به دلیل قدرت میدان نمی توانند شتاب بگیرند. بنابراین، یونیزاسیون حجمی در اینجا انجام می شود که توسط الکترون های نزدیک الکترود مثبت ایجاد می شود. اما همانطور که در مورد الکترود منفی، با افزایش قدرت میدان، یک تخلیه جرقه دریافت خواهیم کرد.
تخلیه قوس
بیایید یک تخلیه جرقه را بازتولید کنیم. اگر اکنون فاصله بین الکترودها را کاهش دهیم، در نقطه ای از زمان تخلیه قطع می شود و پیوسته می شود. چنین تخلیه ای تخلیه قوس نامیده می شود.
بنابراین، ما به 4 نوع مختلف از ترشحات نگاه کرده ایم. همانطور که احتمالا متوجه شدید، برخی از آنها به شدت با انواع دیگر مرتبط هستند و ما می توانیم یک نوع را از نوع دیگری دریافت کنیم. این یک بار دیگر ثابت می کند که طبیعت یکی است و اغلب پدیده های مختلف صرفاً جنبه های مختلف یک پدیده فیزیکی هستند.
یک گروه بزرگ از رزمندگان روم باستان در یک لشکرکشی شبانه بودند. رعد و برق نزدیک می شد. و ناگهان صدها نور مایل به آبی بالای تیم ظاهر شد. نوک نیزه های رزمندگان روشن شد. به نظر می رسید که نیزه های آهنین سربازان بدون سوختن می سوختند!
هیچ کس ماهیت این پدیده شگفت انگیز را در آن روزها نمی دانست و سربازان تصمیم گرفتند که چنین درخششی روی نیزه ها پیروزی آنها را پیش بینی کند. سپس این پدیده را آتش کاستور و پولوکس - به نام قهرمانان دوقلو اسطوره ای نامیدند. و بعداً آنها به چراغ های Elmo تغییر نام دادند - پس از نام کلیسای سنت المو در ایتالیا، جایی که آنها ظاهر شدند.
چنین نورهایی به ویژه اغلب بر روی دکل کشتی ها مشاهده می شد. فیلسوف و نویسنده رومی لوسیوس سنکا می گوید که در هنگام رعد و برق، "به نظر می رسد ستارگان از آسمان فرود می آیند و روی دکل کشتی ها می نشینند." در میان داستان های متعدد در این باره، شهادت ناخدای یک کشتی بادبانی انگلیسی جالب توجه است.
این اتفاق در سال 1695 در دریای مدیترانه، در نزدیکی جزایر بالئاریک، در طی یک طوفان رعد و برق رخ داد. کاپیتان از ترس طوفان دستور داد بادبان ها را پایین بیاورند. و سپس ملوانان بیش از سی چراغ المو را در مکان های مختلف کشتی دیدند. در صفحه هواشناسی دکل بزرگ، ارتفاع آتش به بیش از نیم متر رسید. کاپیتان ملوانی را با دستور حذف آن فرستاد. از طبقه بالا بلند شد و فریاد زد که آتش مانند موشکی که از باروت خام ساخته شده خش خش می کند. به او دستور داده شد که آن را همراه با بادگیر پایین بیاورد و پایین بیاورد. اما به محض اینکه ملوان صفحه هواشناسی را برداشت، آتش به انتهای دکل پرید، جایی که برداشتن آن غیرممکن بود.
تصویر حتی چشمگیرتر در سال 1902 توسط ملوانان کشتی موراویا مشاهده شد. در حالی که از جزایر کیپ ورد خارج شده بود، کاپیتان سیمپسون در فهرست کشتی نوشت: «یک ساعت تمام رعد و برق در دریا می درخشید. طناب های فولادی، بالای دکل ها، نوک ها، انتهای بوم های بار - همه چیز می درخشید. به نظر می‌رسید که هر چهار فوت لامپ‌های روشن روی عرشه‌ها آویزان می‌شدند و چراغ‌های درخشانی در انتهای دکل‌ها و اسکله‌ها می‌درخشیدند.» درخشش با صدایی غیرعادی همراه بود:
گویی هزاران سیکادا در وسایل جا خوش کرده بودند، یا انگار چوب خشک و علف خشک با صدای ترق می‌سوختند...»
آتش سنت المو متنوع است. آنها به شکل یک درخشش یکنواخت، به شکل چراغ های سوسو زن فردی، مشعل ها می آیند. گاهی آنقدر شبیه شعله های آتش هستند که برای خاموش کردن آن عجله می کنند.
هواشناس آمریکایی، همفری، که نورهای المو را در مزرعه خود مشاهده کرد، شهادت می دهد: این پدیده طبیعی، "تبدیل هر گاو نر به هیولایی با شاخ های آتشین، تصور چیزی فراطبیعی را ایجاد می کند." این را فردی می گوید که به دلیل موقعیت خود، به ظاهر نمی تواند از چنین چیزهایی غافلگیر شود، اما باید آنها را بدون احساسات غیر ضروری و تنها با تکیه بر عقل سلیم بپذیرد.
به جرأت می‌توان گفت که اکنون نیز، علی‌رغم تسلط - به هر حال دور از جهان‌شمول - جهان‌بینی علمی طبیعی، افرادی خواهند بود که اگر در موقعیت همفری بودند، در شاخ گاو آتشین چیزی فراتر از کنترل عقل می‌دیدند. . در مورد قرون وسطی چیزی برای گفتن وجود ندارد: پس به احتمال زیاد همان شاخ ها به عنوان دسیسه های شیطان دیده می شوند.
تخلیه کرونا، کرونا الکتریکی، نوعی تخلیه تابشی است که زمانی رخ می دهد که یک ناهمگنی آشکار میدان الکتریکی در نزدیکی یک یا هر دو الکترود وجود دارد. میدان‌های مشابهی در الکترودهایی با انحنای سطحی بسیار بزرگ (نقاط، سیم‌های نازک) تشکیل می‌شوند. در طول تخلیه تاج، این الکترودها با یک درخشش مشخص احاطه می شوند که به آن تاج یا لایه تاج نیز می گویند.
ناحیه غیر درخشان ("تاریک") فضای بین الکترود مجاور تاج، منطقه بیرونی نامیده می شود. کرونا اغلب روی اجسام بلند و نوک تیز (چراغ‌های سنت المو)، اطراف سیم‌های خط برق و غیره ظاهر می‌شود. تخلیه کرونا در فشارهای مختلف گاز در شکاف تخلیه رخ می‌دهد، اما در فشارهایی که کمتر از اتمسفر نیست به وضوح خود را نشان می‌دهد.
ظاهر ترشحات کرونا با یک بهمن یونی توضیح داده می شود. همیشه تعداد معینی یون و الکترون در یک گاز وجود دارد که از دلایل تصادفی ناشی می شود. با این حال، تعداد آنها به قدری کم است که گاز عملاً الکتریسیته را هدایت نمی کند.
در یک قدرت میدان به اندازه کافی بالا، انرژی جنبشی انباشته شده توسط یون در فاصله بین دو برخورد می تواند برای یونیزه کردن یک مولکول خنثی در هنگام برخورد کافی باشد. در نتیجه، یک الکترون منفی جدید و یک باقیمانده با بار مثبت - یک یون - تشکیل می شود.
هنگامی که یک الکترون آزاد با یک مولکول خنثی برخورد می کند، آن را به یک الکترون و یک یون مثبت آزاد تقسیم می کند. الکترون ها پس از برخورد بیشتر با مولکول های خنثی دوباره آنها را به الکترون ها و یون های مثبت آزاد و غیره تقسیم می کنند.
این فرآیند یونیزاسیون یونیزاسیون ضربه ای نامیده می شود و کاری که برای حذف الکترون از اتم باید صرف شود، کار یونیزاسیون نامیده می شود. کار یونیزاسیون به ساختار اتم بستگی دارد و بنابراین برای گازهای مختلف متفاوت است.
الکترون‌ها و یون‌هایی که تحت تأثیر یونیزاسیون ضربه تشکیل می‌شوند، تعداد بارهای گاز را افزایش می‌دهند و به نوبه خود تحت تأثیر میدان الکتریکی به حرکت در می‌آیند و می‌توانند یونیزاسیون ضربه‌ای اتم‌های جدید ایجاد کنند. بنابراین، فرآیند خود را تقویت می کند و یونیزاسیون در گاز به سرعت به مقدار بسیار زیادی می رسد. این پدیده شبیه بهمن برفی است، بنابراین این فرآیند بهمن یونی نامیده شد.
اجازه دهید یک سیم فلزی ab به قطر چند دهم میلی متر را روی دو تکیه گاه عایق بالا بکشیم و آن را به قطب منفی یک ژنراتور که ولتاژ چند هزار ولتی تولید می کند وصل کنیم. قطب دوم ژنراتور را به زمین خواهیم برد. نتیجه یک نوع خازن است که صفحات آن سیم و دیوارهای اتاق است که البته با زمین ارتباط برقرار می کند.
میدان در این خازن بسیار ناهمگن است و شدت آن در نزدیکی یک سیم نازک بسیار زیاد است. با افزایش تدریجی ولتاژ و مشاهده سیم در تاریکی، می توانید متوجه شوید که در یک ولتاژ خاص، یک درخشش ضعیف (کرونا) در نزدیکی سیم ظاهر می شود که سیم را از همه طرف می پوشاند. با صدای خش خش و صدای ترق خفیف همراه است.
اگر یک گالوانومتر حساس بین سیم و منبع وصل شود، با ظاهر شدن یک درخشش، گالوانومتر جریان قابل توجهی را نشان می دهد که از ژنراتور از طریق سیم ها به سیم و از آن از طریق هوای اتاق به دیوارها می گذرد. بین سیم و دیوارها توسط یون های تشکیل شده در اتاق در اثر یونیزاسیون ضربه منتقل می شود.
بنابراین، درخشش هوا و ظهور جریان نشان دهنده یونیزاسیون شدید هوا تحت تأثیر میدان الکتریکی است. تخلیه تاج می تواند نه تنها در نزدیکی سیم، بلکه در نوک و به طور کلی در نزدیکی هر الکترود رخ دهد، که در نزدیکی آن یک میدان ناهمگن بسیار قوی تشکیل می شود.
کاربرد ترشحات کرونا
تصفیه گاز الکتریکی (رسوب کننده های الکتریکی). یک ظرف پر از دود به طور ناگهانی کاملاً شفاف می شود اگر الکترودهای فلزی تیز متصل به یک ماشین الکتریکی به داخل آن وارد شوند و تمام ذرات جامد و مایع روی الکترودها رسوب کنند. توضیح آزمایش به شرح زیر است: به محض احتراق تاج در سیم، هوای داخل لوله به شدت یونیزه می شود. یون های گاز به ذرات گرد و غبار می چسبند و آنها را شارژ می کنند. از آنجایی که یک میدان الکتریکی قوی در داخل لوله وجود دارد، ذرات باردار گرد و غبار تحت تأثیر میدان به سمت الکترودها حرکت می کنند و در آنجا ته نشین می شوند.
شمارنده ذرات
شمارشگر ذرات گایگر مولر شامل یک استوانه فلزی کوچک است که مجهز به پنجره ای پوشیده از فویل و یک سیم فلزی نازک است که در امتداد محور استوانه کشیده شده و از آن عایق شده است. کنتور به مداری حاوی منبع جریانی که ولتاژ آن چندین هزار ولت است متصل می شود. ولتاژ لازم برای ظاهر شدن تخلیه تاج در داخل کنتور انتخاب می شود.
هنگامی که یک الکترون با حرکت سریع وارد شمارنده می شود، دومی مولکول های گاز داخل شمارنده را یونیزه می کند و باعث می شود ولتاژ لازم برای احتراق تاج کمی کاهش یابد. تخلیه در متر اتفاق می افتد و یک جریان کوتاه مدت ضعیف در مدار ظاهر می شود. برای تشخیص آن، یک مقاومت بسیار بالا (چند مگا اهم) به مدار وارد می شود و یک الکترومتر حساس به موازات آن متصل می شود. هر بار که یک الکترون سریع به شمارنده برخورد می کند، صفحه الکترومتر خم می شود.
چنین شمارنده‌هایی امکان ثبت نه تنها الکترون‌های سریع، بلکه به طور کلی هر ذره باردار و سریع در حال حرکت را که قادر به تولید یونیزاسیون از طریق برخورد هستند را ممکن می‌سازد. شمارشگرهای مدرن به راحتی ورود حتی یک ذره به آنها را تشخیص می دهند و بنابراین با اطمینان کامل و وضوح بسیار واضح تأیید می کنند که ذرات باردار اولیه واقعاً در طبیعت وجود دارند.
میله برق گیر
تخمین زده می شود که حدود 1800 رعد و برق به طور همزمان در جو کل کره زمین رخ می دهد که به طور متوسط حدود 100 رعد و برق در ثانیه ایجاد می کند. و اگرچه احتمال اصابت صاعقه به هر فردی ناچیز است، با این وجود صاعقه صدمات زیادی را به همراه دارد. کافی است به این نکته اشاره کنیم که در حال حاضر حدود نیمی از تصادفات در خطوط برق بزرگ ناشی از رعد و برق است. بنابراین حفاظت در برابر صاعقه یک وظیفه مهم است.
لومونوسوف و فرانکلین نه تنها ماهیت الکتریکی رعد و برق را توضیح دادند، بلکه نشان دادند که چگونه میله صاعقه می تواند برای محافظت در برابر برخورد صاعقه ساخته شود. صاعقه گیر سیم بلندی است که انتهای بالایی آن بالای بالاترین نقطه ساختمان حفاظت شده تیز و تقویت می شود. انتهای پایین سیم به یک ورق فلزی متصل می شود و ورق در سطح آب خاک در زمین مدفون می شود.
در طوفان رعد و برق، بارهای القایی بزرگی روی زمین ظاهر می شود و یک میدان الکتریکی بزرگ در سطح زمین ظاهر می شود. کشش آن در نزدیکی هادی های تیز بسیار زیاد است و بنابراین یک تخلیه تاج در انتهای میله صاعقه مشتعل می شود. در نتیجه بارهای القایی نمی توانند روی ساختمان جمع شوند و رعد و برق رخ نمی دهد. در مواردی که رعد و برق اتفاق می افتد (و چنین مواردی بسیار نادر است)، به صاعقه گیر برخورد می کند و بارها بدون آسیب به ساختمان وارد زمین می شوند.
در برخی موارد، ترشحات کرونا از یک میله صاعقه به حدی قوی است که یک درخشش به وضوح قابل مشاهده در نوک آن ظاهر می شود. این درخشش گاهی در نزدیکی سایر اجسام نوک تیز ظاهر می شود، به عنوان مثال، در انتهای دکل های کشتی، نوک درختان تیز و غیره. این پدیده چندین قرن پیش مورد توجه قرار گرفت و باعث وحشت خرافی در بین ملوانانی شد که ماهیت واقعی آن را درک نکردند.
در شرایط میدان های الکترومغناطیسی به شدت ناهمگن، در الکترودهایی با انحنای زیاد سطوح بیرونی، در برخی شرایط می تواند تخلیه تاج آغاز شود - یک تخلیه الکتریکی مستقل در یک گاز. یک نوک مناسب برای یک پدیده شکل داده شده می تواند: نوک، سیم، زاویه، دندان و غیره باشد.
شرط اصلی برای شروع تخلیه این است که در نزدیکی لبه تیز الکترود باید قدرت میدان الکتریکی نسبتاً بالاتری نسبت به بقیه مسیر بین الکترودها وجود داشته باشد و اختلاف پتانسیل ایجاد کند. برای هوا در شرایط عادی (در فشار اتمسفر)، مقدار محدود کننده شدت الکتریکی 30 کیلو ولت بر سانتی متر است؛ در این شدت، درخشش ضعیفی در نوک الکترود ظاهر می شود که از نظر شکل شبیه یک تاج است. به همین دلیل به این ترشحات، ترشحات کرونا می گویند.
چنین تخلیه ای با فرآیندهای یونیزاسیون مشخص می شود که فقط در نزدیکی الکترود کرونا اتفاق می افتد، در حالی که الکترود دوم ممکن است کاملاً عادی به نظر برسد، یعنی بدون تشکیل تاج. تخلیه‌های کرونا را می‌توان گاهی در شرایط طبیعی مشاهده کرد، به عنوان مثال، در بالای درختان، زمانی که این امر با الگوی توزیع میدان الکتریکی طبیعی (قبل از رعد و برق یا در هنگام کولاک) تسهیل می‌شود.
فرآیند تشکیل ترشحات کرونا به شرح زیر انجام می شود. یک مولکول هوا به طور تصادفی یونیزه می شود و یک الکترون آزاد می کند. الکترون در میدان الکتریکی نزدیک نوک شتاب را تجربه می کند و به انرژی کافی می رسد که به محض برخورد با مولکول بعدی در مسیر خود، آن را نیز یونیزه می کند و الکترون دوباره به بیرون پرواز می کند. تعداد ذرات باردار که در میدان الکتریکی نزدیک نوک آن حرکت می کنند مانند بهمن افزایش می یابد.
اگر الکترود تاج تیز یک الکترود منفی (کاتد) باشد، در این صورت تاج منفی نامیده می شود و بهمنی از الکترون های یونیزاسیون از نوک تاج به سمت الکترود مثبت حرکت می کند. تشکیل الکترون های آزاد با گسیل ترمیونی در کاتد تقویت می شود.
هنگامی که بهمنی از الکترون‌ها که از نوک آن حرکت می‌کنند به منطقه‌ای می‌رسند که در آن قدرت میدان الکتریکی دیگر برای یونیزاسیون بیشتر بهمن کافی نیست، الکترون‌ها با مولکول‌های هوای خنثی ترکیب می‌شوند و یون‌های منفی را تشکیل می‌دهند که سپس به حامل‌های جریان در منطقه خارج از تاج می‌شوند. تاج منفی یک درخشش یکنواخت مشخص دارد.
در حالتی که منبع تاج، الکترود مثبت (آند) باشد، حرکت بهمن های الکترونی به سمت نوک و حرکت یون ها از نوک به بیرون هدایت می شود. فرآیندهای نوری ثانویه در نزدیکی نوک بار مثبت به بازتولید الکترون‌هایی که باعث بهمن می‌شوند کمک می‌کنند. دور از نوک، جایی که قدرت میدان الکتریکی برای اطمینان از یونیزاسیون بهمن کافی نیست، حامل های جریان یون های مثبت باقی می مانند که به سمت الکترود منفی حرکت می کنند. مشخصه یک کرونا مثبت استریمرهایی است که در جهات مختلف از نوک پخش می‌شوند و در ولتاژهای بالاتر، جریان‌ها ظاهر کانال‌های جرقه به خود می‌گیرند.
کرونا روی سیم های خطوط برق فشار قوی نیز امکان پذیر است و در اینجا این پدیده منجر به تلفات برق می شود. برای مقابله با این پدیده، سیم‌های خطوط برق را بسته به ولتاژ روی خط به چند قطعه تقسیم می‌کنند تا تنش‌های موضعی نزدیک سیم‌ها کاهش یابد و اصولاً از تشکیل کرونا جلوگیری شود.
هنگامی که آب و هوا (دما و رطوبت) به تلفات کرونا کمک می کند، توصیه می شود ولتاژ خط را تا یک مقدار مشخص کاهش دهید. بنابراین، برای جلوگیری از کرونا در خطوط با ولتاژ 110 کیلو ولت، سطح مقطع سیم برابر با حداقل 95 میلی‌متر مربع، برای 150 کیلو ولت - 120 میلی‌متر مربع، برای 220 کیلو ولت - 240 میلی‌متر مربع است.
علاوه بر این، خطوط برق فشار قوی از حلقه‌های ضد کرونا استفاده می‌کنند که حلقه‌هایی از مواد رسانا، معمولاً فلزی هستند که به پایانه یا سایر بخش‌های سخت‌افزاری تجهیزات فشار قوی متصل می‌شوند. نقش حلقه تاج این است که گرادیان میدان الکتریکی را توزیع کرده و حداکثر مقادیر آن را به زیر آستانه کرونا کاهش دهد و در نتیجه از تخلیه کامل کرونا جلوگیری کند و یا حداقل اثرات مخرب تخلیه از تجهیزات ارزشمند به حلقه منتقل شود.
تخلیه کرونا در تصفیه کننده های گاز الکترواستاتیک و همچنین برای تشخیص ترک در محصولات کاربرد عملی پیدا می کند. در فناوری کپی - برای شارژ و تخلیه فتودرام و برای انتقال پودر جوهر به کاغذ. علاوه بر این، با استفاده از تخلیه تاج، می توانید فشار داخل یک لامپ رشته ای (بر اساس اندازه تاج در لامپ های یکسان) را تعیین کنید.