Дослідження струму коронного розряду – МАНЛаб


Дослідження струму коронного розряду

Автор Атамась Артем
Науковий співробітник НЦ "Мала академія наук України", кандидат технічних наук. Сфера наукових інтересів: розвиток технологій наукової освіти.

Завдання роботи:

  1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
  2. Дослідити електричний струм коронного розряду за різних напруг та радіусів коронувального електроду.
  3. Здійснити аналіз отриманих результатів.
  4. Зробити висновки за результатами досліджень.

Обладнання:

Обкладинки демонстраційного плаского конденсатора, лабораторний штатив з кріпленнями, джерело живлення високовольтне ИПВ-30К, електроди з різними радіусами загострення, мікроамперметр стрілочний або мультиметр, лінійка 50 см.

Теоретична частина

Рис. 1. Обладнання для дослідження коронного розряду

Газовим розрядом називається проходження електричного струму крізь газ. Обов’язковою умовою виникнення газового розряду є наявність у газі заряджених часток – іонів та електронів. Газ може іонізуватися під дією різноманітних факторів: сильний нагрів, короткохвильове та корпускулярне випромінювання тощо.

Газові розряди, що можуть відбуватися лише під дією зовнішніх іонізаторів, називаються несамостійними.

Газові розряди, що зберігаються після припинення дії зовнішнього іонізатора, називаються самостійними. Для виникнення самостійного газового розряду необхідно, щоб напруженість електричного поля між електродами досягла певного граничного значення. Існує чотири основних типи самостійних газових розрядів:

  • тліючий;
  • іскровий;
  • коронний;
  • дуговий.

Коронний розряд виникає в різко неоднорідному електричному полі поблизу електродів, що мають велику кривизну. Коли напруженість електричного поля біля електроду сягає 30 кВ/см, починається коронний розряд, який може супроводжуватися світінням навколо електроду.

В енергетиці струм коронного розряду має велике значення, оскільки в ньому полягає механізм втрат електричної енергії під час її транспортування лініями електропередачі.

У природних умовах коронний розряд виникає під дією атмосферної електрики на загострених верхівках різних об’єктів.

Напруженість електричного поля біля електроду прямо пропорційно залежить від прикладеного до нього електричного потенціалу та обернено пропорційно залежить від радіусу його кривизни. Отже, чим менший радіус кривизни електроду, тим меншу напругу необхідно до нього прикласти для виникнення коронного розряду.

Метою практичної роботи є засвоєння методики отримання вольт-амперних характеристик коронного розряду та їх аналіз.

Електричний потенціал електрода розраховується за формулою:

φ = U⋅(h/L), (1)

де U – напруга, прикладена до конденсатора;

h – відстань від нижньої обкладинки до кінця електрода;

L – відстань між обкладинками конденсатора.

Напруженість електричного поля біля електрода визначається за формулою:

E = φ/r, (2)

де φ – електричний потенціал, прикладений до електрода;

r – радіус загострення електрода.

Хід роботи

  1. Установіть обкладинки плаского демонстраційного конденсатора на лабораторний штатив так, щоб відстань між ними дорівнювала 30 см.
  2. З’єднайте вихідні проводи високовольтного джерела живлення з обкладинками конденсатора.
  3. Установіть електрод на діелектричну підставку та розмістіть підставку з електродом на нижній обкладинці.
  4. З’єднайте електрод із нижньою обкладинкою через мікроамперметр (рис. 2).
  5. Лінійкою виміряйте відстань від нижньої обкладинки до кінця електрода.
  6. Упевніться, що вимикач на передній або задній панелі високовольтного джерела живлення вимкнений, а ручка регулювання встановлена в крайнє ліве положення, що відповідає 0 кВ.
  7. Увімкніть високовольтне джерело живлення до мережі 220 В, 50 Гц та увімкніть вимикач «Мережа» на його передній або задній панелі.
  8. За допомогою ручки регулювання встановлюйте напругу високовольтного джерела живлення та записуйте до таблиці 1 показання мікроамперметра.
  9. Проведіть такі вимірювання з різними за ступенем загострення електродами. Усі дані заносьте до таблиці 1.

Рис. 2. Схема експериментальної установки з дослідження коронного розряду

1 – обкладинки плаского конденсатора, 2 – лабораторний штатив, 3 – високовольтне джерело живлення, 4 – електрод, 5 – діелектрична підставка електроду, 6 – мікроамперметр

Аналіз даних

  1. Розрахуйте за формулою (1) значення електричного потенціалу, прикладеного до електроду; результати розрахунків заносьте до таблиці 1.
  2. Розрахуйте за формулою (2) значення напруженості електричного поля на кінці електрода; результати розрахунків заносьте до таблиці 1.
  3. Побудуйте графіки залежності струму коронного розряду від напруженості електричного поля.
  4. За отриманими табличними даними та графіками дійдіть висновків щодо впливу ступеня загострення електроду на характеристики коронного розряду.

 

Таблиця результатів

r, м
U, кВ 1 5 10 15 20 22 24 26 28 30
I, мкА
φ, В
Е, В/м
r, м
U, кВ 1 5 10 15 20 22 24 26 28 30
I, мкА
φ, В
Е, В/м
r, м
U, кВ 1 5 10 15 20 22 24 26 28 30
I, мкА
φ, В
Е, В/м
r, м
U, кВ 1 5 10 15 20 22 24 26 28 30
I, мкА
φ, В
Е, В/м