VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Для проверки и уточнения физических характеристик коронного и искрового разряда собрали установку рис.1, состоящую из источника 1 высокочастотных положительных прямоугольных импульсов с амплитудой U= 7-25kV. Монтажное плато 2. Диэлектрическая штанга 3 для крепления положительного электрода-игла с устройством перемещения 5. Электродинамический микрофон 6 типа МД47. На монтажное плато помещается фольга, специально обработанная чёрным лаком, жидкими кристаллами 7.

Рис. 1.Лабораторная установка для исследования воздействия коронного - искрового разряда на алюминиевые фольги. 1. Высоковольтный преобразователь на 7-25kV. 2.Монтажное проводящее электрический ток плато. 3.Диэлектрическая штанга. 4.Отрицательный зажим преобразователя. 5.Положительный электрод типа игла с двухкоординатным преобразователем перемещения. 6.Микрофон типа МД47. 7. Фольга, покрытая жидкими кристаллами.

Электроакустические сигналы коронного, искрового разряда фиксировались с помощью датчиков. Сигнал с датчиков отображался на экране осциллографа типа С1-76. Рис.2.

Рис.2.Форма сигнала на экране осциллографа. А. Коронного разряда. В. Искрового разряда.

Пробой межэлектродного пространства сопровождается при положительной короне громким звуком. Форма акустического сигнала представлена на рис.3.

μ

Рис.3.Осциллограмма акустического сигнала при пробое разрядного промежутка.

Анализируя полученные осциллограммы, отмечаем в относительных единицах:

-в случае коронарного разряда длительность импульса 25 делений масштабной сетки;

-в случае искрового разряда ширина импульса 2 деления

Время развёртки осциллографа 50μс. Цена деления 0,5μс. Тогда длительность импульса при коронарном разряде 12,5μс. Длительность импульса при искровом разряде 1μс.

Акустический импульс затухающий. Длительность 22,5μс.

В случае коронного разряда за время одного импульса выделится тепла:

Q_к =kUIt,

где:

U=7kV=7000V, I = 200μA = 200∙10^-6A, t = 12,5μc=12,5∙10^-6с.

Q_к = 0,175∙10^-4Дж., k=1

В случае искрового разряда за время одного импульса выделится тепла:

Q_и =kUIt,

где:

U=7kV=7000V, I = 16А, t = 1μc=1∙10^-6с.

Q_и = 0,112Дж. k=1

Таким образом, при искровом разряде количество выделенного тепла в 6400 раз превышает количества тепла выделенного при коронном разряде:

QиQк= 0,1120,175∙10-4 =0,64∙10⁴ =6400.

С другой стороны при коронном разряде можно зафиксировать температуру иглы с помощью жидких кристаллов. На рис.4А. показан электрод в режиме коронного разряда 3, рис.4В – искрового 3. Для определения температуры электрода 1 на его поверхность нанесены жидкие кристаллы 2 холестерического типа с мезофазой 42-48℃. Температура отслеживалась по цвету жидких кристаллов 2. Как в первом, так и во втором случае температура электрода 45- 46℃. При температуре окружающей среды 22℃. В тоже время при искровом разряде температура в канале разряда достигает 10^4℃ [1].

Рис.4. Положительный электрод-игла.А. Режим короны.1. Электрод типа игла. 2.Плёнка жидких кристаллов с мезофазой 42-48℃.3.Коронный разряд.В. Режим искры.1. Электрод типа игла. 2.Плёнка жидких кристаллов с мезофазой 42-48℃.3.Искровой разряд. С. Градуированная шкала жидких кристаллов на мезофазу 42-48℃.

Исходная температура иглы Т₁ =22℃ , температура иглы в рабочем режиме короны Т₂=46℃, m =0,9г , C_v = 480 Дж/кг℃.

Q_к = C_v m (T₂-T₁) –количество тепла выделенное на игле коронным разрядом.

Q_и = C_v m (T₂-T₁) – количество тепла выделенное на игле искровым разрядом.

Температура определяется по цвету жидких кристаллов в данном случае она 46℃.

Как показывает опыт при работе короны 120с:

QиQк =1 или 1= IиtиIкtк,

время действия искрового разряда t_и= 1,5 ms.

Следует отметить, что разброс отпечатков искрового разряда лежит в пределах пятна коронного разряда. На рис.5 приведена иллюстрация искрового пробоя в коронном разряде. Площадь S_и, которая подвергается обработке искровым разрядом в разы меньше площади обработанной короной S_k >>S_и.

Рис.5. Переход коронного разряда в искровой разряд.1.Пятно положительного коронного разряда на жк-детекторе.2.Электрод – игла. 3.Искровой разряд

При воздействии искрового разряда происходит разрушение слоя жидких кристаллов и лакового покрытия. Зачищается поверхность фольги:

S = πR² N,

где S –площадь пятен от искрового разряда, R- средний радиус N пятен рис.6.

Рис.6. Форма отпечатка искрового разряда на фольге. Увеличение х124.

Таким образом, отработана методика исследования коронного и искрового разрядов в режиме игла - плоскость. Показан один из способов визуализации электрических и тепловых полей с помощью жидких кристаллов.

Литература.

1.Телесин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество. Учпедгиз. 1960.С.456.

Код для цитирования: Скопировать