1.1. Возникновение статического электричества; электрический разряд

Статическое электричество возникает всюду, где происходит движение твердых изоляторов или жидкостей – точнее, в момент их разделения. Экстремальный случай – обдувание стенки пыльным воздухом.

Напряжение разряда зависит от влажности. В сухом воздухе разряд бывает сильнее, чем во влажном. Электронные компоненты крайне чувствительны к таким разрядам. Даже разряд менее 30В может вывести их из строя или привести к неправильному срабатыванию.

Это может стать причиной необоснованного риска и непредсказуемых результатов. Вот почему электронные компоненты почти всегда оснащаются защитой.

1.2. Статическое и динамическое электричество

Под динамическим электричеством имеется в виду электрический ток, обычно производимый электростанциями и поступающий по проводам. Он проявляется как напряжение на контактах. Статическое же электричество не подпитывается каким-либо источником напряжения. Оно выступает как своего рода разовое явление, которое не может повториться немедленно и требует времени для накопления перед новым разрядом.

2. Атмосферные разряды

Гроза – электрическое атмосферное явление, при котором в мощных кучево-дождевых облаках или между облаками и земной поверхностью возникают многократные электрические разряды (молнии), сопровождающиеся громом. Грозам обычно сопутствуют шквалистые ветры, ливневые осадки, нередко с градом.

Электрические явления в атмосфере: ионизация воздуха, электрическое поле атмосферы, электрические заряды облаков и осадков, электрические токи вызывают разряды в атмосфере. Такие разряды называют атмосферным

Одной из проблем безопасности полетов самолетов являются атмосферные электрические разряды, с которыми приходится сталкиваться экипажам воздушных судов, оборудованных системой дистанционного управления.

Пилоты, знакомящиеся с самолетом, оборудованным системой дистанционного управления, обычно задают законные вопросы о том, какой эффект оказывают молнии на системы этого технически усовершенствованного самолета.

В основном молнии имеют прямой и косвенный эффект на самолет.

1. Прямой эффект вызывает физические повреждения структуры самолета. Они вызваны высокой энергией, содержащейся в разряде молнии за одну секунду. Структура самолета, созданная для представления Faraday Cage, полностью прошита, а многие части сделаны из графитового волокнистого укрепленного пластика (CFRP), и с помощью специальных технологий достигнута их электрическая проводимость.

2. Косвенный эффект молнии отражается на легком нарушении или сильном повреждении системы авионики. Это повреждение связано с электромагнитными полями, возникающими из циркуляции высоковольтного тока в структуре самолета.

Например, от удара молнии напряжение может попасть на сигналы, которые не защищены от молнии, из-за чего общий сигнальный уровень поднимется в 500 раз. Ток, который возникнет в этом случае, может быть в 300 тыс. раз выше нормального состояния. Избыток входящей энергии, который встроенные фильтры должны нейтрализовать, может быть равен 500 кВт, в то время как потребление энергии всем оборудованием при нормальных обстоятельствах намного меньше 100 Вт.

Еще одним источником электрического разряда является такое явление, как шаровая молния (ШМ), практически неослабевающий интерес к которой обусловлен по-видимому тем, что до сих пор не существует какой-то одной общепринятой модели их внутреннего строения. Время жизни наблюдаемых ШМ достигает десятков секунд и учитывая их внезапное появление слишком мало для детального исследования. Отсюда основным источником информации об ШМ становятся последствия их взаимодействия с окружающими предметами. Некоторые примеры из повреждения предметов после контакта с ШМ позволяют сделать оценки внутренней энергии, содержащейся в ШМ. Как следует из опыта контактов с ШМ, они обычно образуются вблизи источников сильных электромагнитных разрядов – при ударе молнии, при замыкании-размыкании высоковольтного или сильноточного электрооборудования, при высокочастотных импульсах мощных генераторов.

Молнии не контролируются природой. Они проводят свою энергию через крошечное острие. Концентрация этой энергии - источник физических повреждений. Задача всех защитных технологий – рассеять эту энергию. Заклепанная поверхность самолета не может полностью предохранить повреждение. Необходимо удалить статические заряды, возникшие от воздушного трения, и создать защиту от высокоинтенсивных радиационных полей.

3. Электрический разряд в газах (газовый разряд)

Особенность газов состоит в том, что электрический разряд в газах сам создает в них носители заряда – свободные электроны и ионы и обусловливает их концентрацию и распределение в объеме газа. В зависимости от давления, рода газа, процессов на электродах, плотности разрядного тока и др. возникают различные типы разрядов: тихий, тлеющий, дуговой, искровой, коронный, кистевой. По способу подведения энергии различают: разряд на постоянном токе, переменном токе низкой частоты, высокочастотный разряд и импульсный разряд.

Для примера рассмотрим одну из форм самостоятельного разряда в газах – так называемый тлеющий разряд. Для получения этого типа разряда удобно использовать стеклянную трубку длиной около полуметра, содержащую два металлических электрода.

Присоединим электроды к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт (годится электрическая машина) и будем постепенно откачивать из трубки воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остается темным, так как приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе – малинового цвета, в других газах других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество.

Различают следующие две главные части разряда: 1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название темного катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба. При подходящем давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделенные темными промежутками, так называемые страты.

Описанная форма разряда называется тлеющим разрядом. При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе все время поддерживается сильная ионизация. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются ударная ионизация и выбивание электронов с катода положительными ионами. Катодное падение потенциала зависит от материала катода и от рода газа.

В настоящее время трубки с тлеющим разрядом находят практическое применение как источник света – газосветные лампы. Для целей освещения с успехом применяются газосветные лампы, в которых разряд происходит в парах ртути, причем вредное для зрения ультрафиолетовое излучение поглощается слоем фосфоресцирующего вещества, покрывающего изнутри стенки лампы. Фосфоресцирующее вещество начинает светиться видимым светом, который добавляется к собственному свечению паров ртути, давая в результате свет, близкий по характеру к дневному свету (газосветные лампы дневного света). Такие лампы не только дают очень приятное «естественное» освещение, но и значительно (в 3-4 раза) экономичнее лампочек накаливания.