强电场作用下,物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电,它属于一种电晕放电。
在强电场作用下,物体表面曲率大的地方(如尖锐、细小物的顶端),等电位面密,电场强度剧增,致使它附近的空气被电离而产生气体放电,此现象称电晕放电。尖端放电为电晕放电的一种,专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。故要观察尖端放电的现象,除了要有足够高的电压外,还必须有适当的形状配合,才容易做到。
尖端放电特点介绍
1.在导体的带电量及其周围环境相同情况下,导体尖端越尖,尖端效应越明显。这是因为尖端越尖,曲率越大,面电荷密度越高,其附近场强也就越强。在同一导体上,与曲率小的部位相比,曲率大的部位就是尖端。因此,设备的边、棱、角相对于平滑表面,管道的喷嘴相对于管线,细导线相对于粗导线,人的手指相对于背部等等,前者都可认为是尖端,都容易产生尖端效应。而且,即使带电体没有尖端,而与之相邻近的接地导体具有尖端,它们之间也会产生尖端效应。此时,由于静电感应,在接地体的尖端处会感应出异性电荷,并容易与带电体之间发生放电。
2.尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种。在导体带电量较小而尖端又较尖时,尖端放电多为电晕型放电。这种放电只在尖端附近局部区域内进行,使这部分区域的空气电离,并伴有微弱的荧光和嘶嘶声。因放电能量较小,这种放电一般不会成为易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。在导体带电量较大电位较高时,尖端放电多为火花型放电。这种放电伴有强烈的发光和破坏声响,其电离区域由尖端扩展至接地体(或放电体),在两者之间形成放电通道。由于这种放电的能量较大,所以其引燃引爆及引起人体电击的危险性较大。
3.火花型尖端放电随两极间距的减小而更易发生。这可由击穿电压随极间距离的减小而下降来说明。
4.尖端放电的发生还与周围环境情况有关。环境温度越高越容易放电。因为温度越高,电子和离子的动能越大,就更容易发生电离。另外,环境湿度越低越容易放电。因为湿度高时空气中水分子增多,电子与水分子碰撞机会增多,碰后形成活动能力很差的负离子,使碰撞能量减弱。再者,气压越低越容易放电。因为气压越低气体分子间距越大,电子或离子的平均自由程越大,加速时间越长,动能越大,更容易发生碰撞电离。
尖端放电现象物理公式
尖端电势相对于周围大气电势为正(负)的,称为正(负)尖端,这时与尖端符号相反的离子流入尖端,相同符号的离子远离尖端而形成离子云屏蔽层,它们造成了尖端放电的脉动性质。尖端放电的电流强度I 与很多因素有关,对于地面附近的尖端放电,电流强度及尖端放电公式是:
I=a(U-V2)(υ2+ω2)1/2
式中U是尖端与其周围环境的电势差;ω是风速;υ是离子运动速度,等于离子迁移率和环境电场强度的乘积;a、Vo是与尖端形状、高度、环境电学特征等因子有关的常数。