Sự cố điện là gì

9

Sự cố điện là gì

L. A. ASHKINAZI

Chúng ta đều biết tại sao điện áp cao được sử dụng trong đường dây truyền tải điện. Thật vậy, điện áp trong đường dây càng cao thì dòng điện trong nó càng thấp (với công suất truyền không đổi) và tổn thất nhiệt càng thấp. Có vẻ như điện áp càng cao thì càng tốt. Tuy nhiên, không tồn tại những đường dây điện có điện áp hoạt động vài triệu vôn và việc phát triển từng đường dây điện tiếp theo có điện áp lớn hơn những đường dây trước đó đòi hỏi chúng ta phải làm nhiều hơn nữa. Rõ ràng có một số tác động làm hạn chế hoạt động của điện áp đường dây điện.

Hóa ra đây chính là hiệu ứng hạn chế “công điện áp” giữa một đám mây và mặt đất (hoặc giữa hai đám mây).

Cả ánh sáng và âm thanh

Một tiếng sấm ngắn - một sự sụp đổ sâu sắc, Ánh sáng Giáng sinh và tầng ozone, Tia chớp xa xôi một lễ hội.

N. Mayorov

Ba dòng này thực tế chứa đựng tất cả thông tin về sét, mặc dù tác giả của chúng là một nhà thơ chứ không phải nhà vật lý.

Vì vậy, sét là một quá trình ngắn hạn (“ngắn”) trong khí quyển với việc tạo ra âm thanh (“sấm”) và ánh sáng (“sự ra đời của ánh sáng”) và xảy ra các phản ứng hóa học (“và ozon”). Trong quá trình này, năng lượng được giải phóng, ít nhất là ở dạng ánh sáng và âm thanh - chúng ta nhìn thấy ánh sáng và nghe thấy âm thanh.

Câu hỏi đầu tiên được đặt ra ngay lập tức là năng lượng này đến từ đâu? Đáp số rất Iden: năng lượng tích tụ trong một tụ điện, các bản tụ là mây và đất, và chất điện môi là không khí giữa chúng. Hãy thử ước tính năng lượng được lưu trữ trong hệ thống này.

Giả sử đám mây có kích thước 3×3 km và khoảng cách giữa đám mây và mặt đất là 1 km. Khi đó điện dung của tụ điện sẽ vào khoảng 0,1 µF (làm thế nào thu được giá trị này?). Mặc dù kích thước bên trong của tụ điện nhưng điện dung của nó rất khiêm tốn - trong các ứng dụng vô tuyến có những tụ điện có điện dung lớn hơn 1000 lần. Đúng, năng lượng của tụ điện tích điện cũng phụ thuộc vào điện áp và giữa đám mây và mặt đất, nó đạt tới 10^9 V. Do đó, năng lượng là khoảng 5·10^10 J (làm thế nào thu được giá trị này?), chẳng hạn, năng lượng này gấp 10^9 lần năng lượng của một tụ điện vật lý tích điện (điện dung 800 μF, điện áp 300 V).

Nhưng để làm được điều này, thậm chí không đáng kể lắm, năng lượng điện

11

Hình 2. Hai giai đoạn của sét: hình thành kênh phóng ion hóa (a) - b) và sự truyền xung dòng điện chính (e) - e)).

ánh sáng và ozone." Khí nở ra - chúng ta nghe thấy tiếng sấm.

Vì lý do nào đó, tia sét thường được vẽ từ trên xuống dưới (đám mây và Zeustrovershents ở trên cùng). Trong khi đó, xung và ánh sáng hiện tại chính bắt đầu ở phía dưới và lan truyền như một làn sóng dọc theo kênh do người dẫn đầu để lại. Tia sét, hay chính xác hơn là pha nhìn thấy được của nó, hóa ra có màu hơi xanh hướng lên trên!

Tóm lại, đây là cơ chế tạo ra sét, hoặc đánh thủng khí và đánh thủng các khoảng trống lớn (Hình 2). Trong quá trình phá vỡ các khoảng trống nhỏ, các quá trình diễn ra trên các điện cực trở nên quan trọng.

Độ bền và sự phân hủy trong chất điện môi rắn và lỏng

Sự phát triển của sự mất ổn định, tức là sự gia tăng thảm khốc của nhiễu loạn nhỏ ban đầu, về mặt tự nhiên, là một quá trình không tĩnh. Từ một quá trình không đầy đủ, chúng ta có quyền mong đợi rằng cuối cùng nó sẽ dẫn đến điều gì đó.

Y. P. Raiser. Cơ sở vật lý hiện đại của quá trình phóng điện khí

Sự phá hủy chất rắn thường tạo ra một lỗ trên mẫu và bị nóng chảy ở các cạnh. Chính vì vậy mà cái tên “điện” ra đời.

sự phân hủy nghiêm trọng." Sự phân hủy chất lỏng nguyên chất có nhiều điểm chung với sự phân hủy chất rắn (tất nhiên là không còn lỗ trống).

Có ba cơ chế phân hủy chất rắn và chất lỏng chính.

Nếu một chất bao gồm các ison (các nguyên tử được liên kết bằng liên kết ion) thì một điện trường có thể phá vỡ các liên kết này. Với cơ chế như vậy, năng lượng của liên kết càng cao thì quá trình điện càng cao. Thật vậy, một mô hình như vậy được quan sát thấy, ví dụ, đối với các tinh thể ion (Hình 3). Sau đó, điều sau đây xảy ra. Đầu tiên, nó di chuyển qua chất này, phá hủy các liên kết hóa học và tạo ra các ion tự do mới, các ion này ngay lập tức bắt đầu thực hiện “công việc bẩn thỉu” của mình. Thứ hai, tất cả các ethion lấy năng lượng từ trường và truyền cho chất đó (hãm lại khi va chạm). chất này nóng lên, tan chảy và bay hơi, dẫn đến sự phân hủy thành hơi. Thật khó để phân biệt cái gì sớm hơn và cái gì muộn hơn - tất cả các quá trình này xảy ra đồng thời. Và chúng kết thúc - tùy thuộc vào công suất của nguồn điện và điện áp đánh thủng - bằng một tiếng tách nhẹ.

12

tiếng gầm hoặc tiếng gầm (nếu sự cố ở hơi nước là giai đoạn cuối cùng thì tiếng gầm tất nhiên là mở, nhưng nếu nó không dẫn đến sự cố ở hơi nước?).

Cơ chế tiếp theo rất giống với cơ chế trước, nhưng ở đây các nguyên tử được gia tốc, ion hóa, neon và electron được chọn lọc và giải phóng năng lượng. Rõ ràng là một cơ chế như vậy sẽ diễn ra, ví dụ, trong các chất bao gồm các nguyên tử giống hệt nhau, nghĩa là trong các nguyên tố tinh khiết. Sự cố trong trường hợp này kết thúc theo cùng một cách, nhưng nó bắt đầu, một cách tự nhiên, khác - cần có một electron tự do để bắt đầu quá trình. Có nhiều lý do tại sao nó có thể tồn tại trong một chất: sự hiện diện của tạp chất, hiện tượng gần điện cực, v.v.

Cuối cùng, cơ chế sự cố thứ ba được gọi là sự mất ổn định của điện cực. Sự bất ổn là gì và theo biểu đồ, nó phát triển như thế nào? Sự bất ổn trong vật lý nói chung cũng giống như sự bất ổn trong cơ học - một độ lệch nhỏ so với trạng thái cân bằng tăng lên (một quả bóng nằm trên đỉnh một quả cầu, bị lệch một chút, không quay trở lại mà lăn xa hơn). Trong trường hợp này, sự mất ổn định phát sinh như sau. Điện trở của chất cách điện tuy cao nhưng vẫn không phải là vô hạn. Một số dòng điện đi qua nó, và do đó chất cách điện nóng lên. Khi bị nung nóng, điện trở của chất cách điện giảm (giải số lượng hạt mang điện tự do -

Hình 3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện năng của tinh thể ion nguyên vẹn vào năng lượng liên kết của mạng tinh thể.

*) Sự hấp thụ (từ tiếng Latin sorbeo - hấp thụ) - sự hấp thụ bởi chất rắn hoặc chất lỏng của bất kỳ chất nào từ môi trường.

13

Hình 4. Sự cố bề mặt.

một quá trình như vậy: lực tĩnh điện thu hút điện cực này sang điện cực khác xé ra một hạt gắn yếu vào điện cực (bụi, vết khía sau quá trình xử lý cơ học, tinh thể được ngăn cách bởi một vết nứt vi mô). Phần bị rách đi qua khe hở và khi chạm vào điện cực đối diện, nó sẽ bốc hơi. Các hạt trong hơi của vật liệu gây ra sự cố.

Và một lần nữa - đường dây điện

Rõ ràng, đã đến lúc phải tạo điều kiện để phát triển nghiên cứu cơ bản và kỹ lưỡng hơn về đổi mới chất cách điện.

J. Farrell. Sự cố điện trong chân không

Câu chuyện của chúng tôi bắt đầu từ đường dây điện cao thế. Chúng ta hãy quay lại với chúng và hướng sự chú ý của chúng ta đến các chất cách điện mà hệ thống dây điện được treo trên các giá đỡ. Những chất cách điện này - tất nhiên là bạn nhớ chúng trông như thế nào - sẽ được tạo thành từ các “tấm” riêng biệt (Hình 4).

Rõ ràng, một chiếc que thẳng dễ làm hơn một chiếc đĩa có hình dạng khá phức tạp. Tại sao chất cách điện cần có hình dạng kỳ quái như vậy? Điều gì sẽ thay đổi nếu một thanh thẳng được thay thế bằng một thanh có gân?

Chờ đợi? Tất nhiên, khoảng cách giữa các điện cực dọc theo thể tích của chất điện môi sẽ không thay đổi, nhưng khoảng cách dọc theo bề mặt của chất điện môi, tức là dọc theo ranh giới giữa chất cách điện và không khí, sẽ tăng lên. Rõ ràng là có một loại sự cố đặc biệt nào đó liên quan đến bề mặt của vật rắn. Trong thực tế, loại sự cố này được quan sát thấy trong một thí nghiệm với một khối gốm, trên các cạnh đối diện của nó có đặt một hiệu điện thế. Trong trường hợp này, đường dẫn giữa các điện cực bên trong chất điện môi trùng nhau về mức độ ảnh hưởng của chúng và điện áp đánh thủng tương ứng có tỷ lệ xấp xỉ 10:3:1. Có điều gì đó bí ẩn về điều này. Có vẻ như bề mặt đó là một khái niệm hình học thuần túy. Tại sao điện áp đánh thủng trên bề mặt lại khác với các điện áp khác? Câu trả lời là trên thực tế, bề mặt không chỉ là một khái niệm hình học.

Theo quy luật, sau khi bề mặt bị đánh thủng trên chất điện môi sẽ không bị hư hỏng. Điều này có nghĩa là sự đánh thủng vẫn xảy ra trong khí xung quanh mẫu. Nhưng tại sao kênh phân tích lại “lan rộng” theo một mô hình? Có thể nào chất khí ở gần mẫu khác với chất khí ở xa hơn không? Nhưng điều này chỉ có thể xảy ra do sự giải phóng khí từ mẫu. Thật vậy, trên bề mặt chất rắn luôn có một lớp khí hấp phụ và hơi ẩm. Để kiểm tra xem “sự phân hủy bề mặt” có xảy ra trong lớp khí đậm đặc hơn gần bề mặt mẫu hay không, bạn có thể kiểm tra thí nghiệm này. Đặt mẫu trong chân không và đun nóng. Khi đun nóng, khí và hơi ẩm hấp thụ trên bề mặt sẽ bị loại bỏ, nhưng những chất mới không bị hấp thụ vì mẫu ở trong chân không. Trong những điều kiện như vậy, ứng suất bề mặt cao hơn đáng kể. Do đó, sự đánh thủng bề mặt về cơ bản là sự đánh thủng chất khí (sét đánh nhỏ). Tuy nhiên, quá trình này đã được nghiên cứu rất kỹ lưỡng, bằng chứng là phần ngoại truyện.