Giáo trình Cao áp - Chương 14

Ch−¬ng 14 : C¸ch ®iÖn bªn trong vμ ®Æc tÝnh chñ yÕu

14.1. C¸c tÝnh chÊt chñ yÕu cña c¸ch ®iÖn bªn trong

14.2. Phãng ®iÖn trong ch©n kh«ng

14.2.1 Giíi thiÖu

Thùc ra, ý t−ëng sö dông ch©n kh«ng lµm c¸ch ®iÖn kh«ng míi mÎ, tõ quan s¸t trªn thùc nghiÖm r»ng mét tô ®iÖn

tÝch ®iÖn nÕu ®Ó trong m«i tr−êng sÏ tù phãng ®iÖn, sù phãng ®iÖn nhanh hay phãng ®iÖn ®ét ngét phô thuéc vµo qu¸

tr×nh ion ho¸ ®iÖn m«i. Lóc ®Çu, ng−êi ta cho r»ng sù v¾ng mÆt cña c¸c vËt chÊt (ch©n kh«ng) cho phÐp cã ®−îc mét

c¸ch ®iÖn lý t−ëng víi ®iÖn trë suÊt v« cïng lãn vµ vect¬ ph©n cùc zero. Do vËy cã thÓ ngÜ r»ng tô ®iÖn sÏ tÝch ®iÖn m·i

m·i. Tuy nhiªn sau ®ã ng−êi ta nhËn ra quan niÖm nµy lµ sai. Thùc tÕ lµ cho dï ¸p suÊt cña chÊt khÝ rÊt thÊp, phãng ®iÖn

trong chÊt khÝ vÉn cã thÓ x¶y ra víi nguyªn nh©n chñ yÕu lµ ion va ch¹m (xem phÇn phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ sÏ

tr×nh bµy sau) nh−ng khi ¸p suÊt thÊp h¬n mét gi¸ trÞ nµo ®ã qu¸ tr×nh phãng ®iÖn x¶y ra hoµn toµn kh¸c, sù h×nh thµnh

phãng ®iÖn trong ch©n kh«ng b¾t ®Çu vµ ®−îc duy tr× bëi nh÷ng ®iÖn tÝch xuÊt ph¸t tõ c¸c ®iÖn cùc.

H×nh 14.1 biÓu diÔn ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn phãng ®iÖn trong khÝ nit¬ gi÷a hai ®iÖn cùc ph»ng c¸ch nhau mét kho¶ng

d=1cm víi sù thay ®æi cña ¸p suÊt.

V

P (Pa)

I II III

H×nh 14.1: Sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn phãng ®iÖn trong ®iÖn tr−êng ®ång nhÊt vµo ¸p suÊt p.

Vïng II trªn ®å thÞ 14.1 t−¬ng øng víi sù ion ho¸ chÊt khÝ, ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn phãng ®iÖn tu©n thñ ®Þnh luËt Pashen

vµ chØ lµ hµm cña tÝch pd. ë hai vïng ®Çu mót I vµ III, ®−êng cong nµy lÖch khái ®Þnh luËt nµy. Vïng III t−¬ng øng víi ¸p

suÊt cao h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, cßn vïng I øng víi ch©n kh«ng.

Trong ch©n kh«ng trung b×nh (¸p suÊt p≈10-1 Pa) qu·ng ®−êng chuyÓn ®éng tù do trung b×nh cña ®iÖn tö λ>3 m

nªn phãng ®iÖn kh«ng thÓ x¶y ra theo c¬ chÕ ion ho¸ chÊt khÝ mµ chØ cã thÓ do c¸c ®iÖn tÝch xuÊt ph¸t tõ ®iÖn cùc.

§Ó gi¶i thÝch qu¸ tr×nh h×nh thµnh vµ ph¸t triÓn cña phãng ®iÖn trong ch©n kh«ng, nhiÒu gi¶ thuyÕt ®−îc ®−a ra.

C¸c hiÖn t−îng vËt lý ®−îc xem lµ thuyÕt phôc h¬n c¶ :

gi¶i tho¸t ®iÖn tö phô thuéc chñ yÕu vµo ®iÖn tr−êng;

trao ®æi c¸c ion víi ®iÖn cùc dÉn ®Õn c¸c vi phãng ®iÖn

HiÖn t−îng phãng ®iÖn trong ch©n kh«ng kho¶ng c¸ch nhá d≤5mm ®−îc gi¶i thÝch bëi sù gi¶i tho¸t ®iÖn tö tõ bÒ

mÆt ©m cùc theo hiÖu øng Fowler-Nordheim. Víi kho¶ng c¸ch lín h¬n, nã ®−îc gi¶i thÝch bëi c¸c vi h¹t (microparticles)

vµ c¸c vi phãng ®iÖn (microdischarges).

14.2.2 HiÖn t−îng gi¶i tho¸t nhiÖt ®iÖn tö (thermoelectronic emission)