Научная статья на тему 'Температурная зависимость характеристик электрического разряда в парах воды'

Температурная зависимость характеристик электрического разряда в парах воды Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
20
6
Поделиться
Ключевые слова
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД / НАПРЯЖЕНИЕ ПРОБОЯ / ЖИДКИЙ ЭЛЕКТРОД

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Кузьмин Г. П., Минаев И. М., Рухадзе А. А., Тихоневич О. В.

Приводятся результаты экспериментальных исследований характеристик пробоя разрядного промежутка, в котором присутствуют пары воды. Полученные результаты показывают, что напряжение пробоя между металлическими электродами, расположенными над водой, и в случае, когда один из электродов (катод) погружен в воду, существенно возрастает при температуре насыщенных паров 90 °С и выше. Этот эффект может служить объяснением особенности развития электрического разряда над поверхностью воды.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Кузьмин Г. П., Минаев И. М., Рухадзе А. А., Тихоневич О. В.,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Температурная зависимость характеристик электрического разряда в парах воды»

УДК 533.931

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ПАРАХ ВОДЫ

Г. П. Кузьмин, И. М. Минаев, А. А. Рухадзс, О. В. Тихонович

Приводятся результаты экспериментальных ■исследований характеристик пробоя, разрядного промежутка, в котором присутствуют пары, воды,. Полученные результаты, показывают, что напряжение пробоя, между металлическими электродами, расположенными над водой, и в случае, когда один из электродов (катод) погружен в воду, существенно возрастает при температуре насыщенных паров 90 °С и выше. Этот эффект может служить объяснением, особенности развития, электрического разряда над поверхностью воды.

Ключевые слова: электрический разряд, напряжение пробоя, жидкий электрод.

В работе [1] обнаружено, что электрический разряд по поверхности воды обладает свойством распространяться на некотором расстоянии от границы раздела жидкость

К настоящему времени опубликовано достаточное для понимания процесса количество работ, посвященных исследованию характеристик электрических разрядов в условиях. когда один из электродов или оба представляют собой водный раствор электролита [2 5]. Для стационарных и квазистационарных разрядов на твердых электродах эмиссия электронов из катода единственный путь переноса отрицательного заряда в разрядную плазму. В условиях электролитного катода не исключены другие возможные механизмы переноса отрицательного заряда в плазму, которые при твердотельных электродах не осуществляются. Это обусловлено специфическими свойствами ВОДНЫХ растворов электролита, такими как легкая испаряемость, ионная проводимость и т.д. [2]. В условиях, когда один из электродов является водным раствором электролита, в разрядном промежутке всегда присутствуют пары воды. Температура раствора определяется режимом работы разрядного устройства, и если в режиме одиночных импульсов

Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН, 119991 Москва, ул. Вавилова, 38, Россия.

плотность пара определяется внешней температурой, то в частотном или непрерывном режиме происходит интенсивный нагрев и испарение за счет нагрева раствора током самого разряда.

В работе представлены результаты исследований влияния водного пара на пробойные характеристики разряда с металлическими электродами, схема которого приведена на рис. 1, и разряда с катодом, покрытым слоем воды, схема которого приведена на рис. 3. В экспериментах использовалась водопроводная вода (а = 5 • 10-4 (Ом-см)-1), которую можно считать слабым раствором электролита.

Рис. 1: Схема измерений пробойных характеристик разряда с металлическими электродами. 1 - источник питания; 2 - электроды; 3 - вода; 4 - пар; 5 — кювета; 6 -нагревательный элемент; 7 - крышка.

На рис. 2 приведены результаты измерений напряжения пробоя в зависимости от температуры воды для двух значений расстояния между электродами 2.5 мм (верхняя кривая) и 1.8 мм (нижняя).

Верхняя крышка в конструкции разрядников позволяла получать условия, при которых пар можно считать насыщенным (при атмосферном давлении и заданной температуре нагревателя). Электроды располагались на расстонии Н, равном 1-2 см от поверхности воды. В качестве источника питания электрической схемы использовался импульсный модулятор (1), позволяющий получать импульсы длительностью от 1 до 10 мкс. Величина накопительной емкости - 2700 пф. Выходное напряжение источника питания в импульсе изменялось до 15 кВ. Напряжение разряда определялось при помощи киловольтметра С-196.

40 60 80 100

Т,° С

Рис. 2: Зависимость напряжения пробоя в разрядной камере (рис. 1) от температуры воды. 1 - величина разрядного промежутка 2.5 мм, 2 — 1.8 мм.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Как видно из рис. 2, напряжение пробоя снижается с увеличением температуры воды до значений температуры ^70 °С, а в дальнейшем медленно растет с увеличением температуры. В области значений температуры ~90 °С наблюдается резкий рост напряжения пробоя.

На рис. 3 представлена схема разрядной камеры для исследования температурной зависимости напряжения пробоя для разрядного промежутка, когда одним из электродов является водный раствор электролита.

Рис. 3: Схема экспериментальной установки с катодом, покрытым слоем воды. 1 - источник питания; 2 - анод; 3 - вода; 4 - пар; 5 - кювета; 6 - нагревательный элемент; 7 - крышка; 8 - катод; 9 - пояс Роговского; 10 - осциллограф.

Вода наливалась в полость (3). Непосредственно над жидкостью располагался положительный электрод - анод (2), выполненный в виде медного стержня диаметром 4 мм. Расстояние Н между ним и жидкостью можно было изменять в пределах 1-5 мм. Непосредственно в жидкости размещается плоский отрицательный электрод -катод (8), который соединяется с источником питания (1). При начальном пробое вода являлась вторым электродом.

Рис. 4: Зависимость напряжения пробоя между твердым электродом (анод) и водой от температуры воды.

На рис. 4 приведены результаты измерений напряжения пробоя в разрядной камере (рис. 3) в зависимости от температуры воды. Анод расположен над поверхностью воды на расстоянии 2 мм.

Картина разряда внешне похожа на классический скользящий разряд по поверхности диэлектрика. Разряд распространялся от места начального пробоя на водный слой, покрывающий металлический катод, и замыкался на конец электрода, выступающий из воды. Характерной особенностью такого разряда явлется то, что разряд распространяется над поверхностью воды с зазором менее 1 мм. Возможные механизмы такого типа разряда будут рассмотрены в дальнейших работах.

Температурная зависимость напряжения пробоя, представленная на рис. 4, похожа на зависимость, представленную на рис. 2. Отличие заключается в том, что резкое возрастание пробойного напряжения начинается с температуры нагреваемой жидкости около 40 °С. Этот факт скорее всего объяснется дополнительным разогревом верхнего слоя воды током самого разряда.

Таким образом, в работе обнаружено, что при электрическом разряде в присутствии паров водного раствора электролита существует зависимость напряжения пробоя от плотности паров в разрядном промежутке, и экспериментально измерена эта зависимость.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Фундаментальные проблемы релятивистской импульсной и стационарной электроники большой мощности".

ЛИТЕРАТУРА

[1] А. Ф. Александров. Д. Н. Ваулин. А. П. Ертттов, В. А. Черников. Вестник Московского Университета. сер.З. Физика. Астрономия. X 1. 1 (2009).

[2] О. В. Поляков. А. М. Б Л. Ф. Б ахтурова, Анионныи перенос отрицательного заряда из электролитного катода в газоразрядную плазму. Электронный журнал "Исследовано в России" М1р//х1шта1.аре.ге1ат.ги/аг11с1ез/2()()4/222.рс1Г.

[3] А. М. Анпилов. Э. М. Бархударов. В. А. Копьев. И. А. Коссьтй. В. П. Силаков. Одноканальный завершенный и незавершенный разряды на поверхности воды в: Трудах Электрические и спектральные характеристики. XXXIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 2006 г. (М.. ИОФАН. 2006), стр. 245.

[4] А. И. Григорьев, ЖТФ 74(5), 38 (2004).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[5] К). А. Баритов, С. М. Школьник, ЖТФ 72(3), 31 (2002).

Поступила в редакцию 27 октября 2009 г.