1. مبدأ عمل الفجوة الشرارة
تعمل الفجوة الشرارة على أساس مبدأ تفريغ الغاز. عندما يتم تطبيق جهد كهربائي عالٍ بما فيه الكفاية بين كهربائيين، يتم تأيين الغاز الموجود بينهما، مما يشكل قناة موصلة، وبالتالي يحدث التفريغ الشراري. هذا العملية مشابهة للظاهرة التي تحدث بين السحب والأرض أثناء الرعد. سبب تأيين الغاز هو أن قوة المجال الكهربائي قوية بما فيه الكفاية لتتيح للإلكترونات في جزيئات الغاز الحصول على طاقة كافية لتحرير نفسها من روابط الذرات أو الجزيئات، مما يشكل إلكترونات حرة وأيونات. هذه الإلكترونات الحرة والأيونات تسارع تحت تأثير المجال الكهربائي وتتصادم مع جزيئات غاز أخرى، مما يؤدي إلى المزيد من عمليات التأيين وأخيرًا إلى انهيار الغاز وتشكيل التفريغ الشراري.
وفقاً لقانون باشن، فإن جهد الانهيار للغاز هو دالة للضغط الغازي ومدى الفصل بين الكهربائيين والنوع الغازي. عند وجود نوع غازي معين وضغط معين، يوجد علاقة معينة بين مدى الفصل بين الكهربائيين وجهد الانهيار. بشكل عام، كلما كان الفصل بين الكهربائيين أكبر، كلما كان جهد الانهيار أعلى.
2. الطرق الأساسية لاستخدام الفجوة الشرارية لتحديد الجهد
معايرة جهاز الفجوة الشرارية
أولاً، يجب معايرة الفجوة الشرارية باستخدام جهد معروف. يمكن استخدام مصدر جهد قياسي، مثل مولد جهد مستمر أو متناوب عالي الدقة، وربطه بكهربائيي الفجوة الشرارية. قم بزيادة الجهد تدريجياً حتى يتم ملاحظة حدوث شرارة، وسجل قيمة الجهد والمدى الفاصل بين الكهربائيين في ذلك الوقت. على سبيل المثال، للفجوة الشرارية التي يكون الهواء وسيطاً لها، عندما يكون الفصل بين الكهربائيين 1 ملم، يتم قياس جهد الانهيار باستخدام المصدر القياسي وهو 3 كيلو فولت، مما يوفر نقطة بيانات معايرة.
من خلال تغيير الفصل بين الكهربائيين وتكرار العملية أعلاه، يمكن الحصول على سلسلة من بيانات جهد الانهيار المقابلة لمختلف الفواصل بين الكهربائيين، ويمكن رسم منحنى العلاقة بين الفصل بين الكهربائيين وجهد الانهيار. وهذا يوفر أساساً للمعايرة للقياس اللاحق لجهد غير معروف.
قياس الجهد غير المعروف
عند تحديد جهد غير معروف، قم بتوصيل مصدر الجهد غير المعروف بجهاز الفجوة الشرارية المعاير. قم بزيادة الجهد تدريجياً حتى يتم ملاحظة حدوث تفريغ شراري. قم بقياس الفصل بين الكهربائيين في ذلك الوقت، ثم استخدم المنحنى المعاير السابق للبحث عن قيمة الجهد المقابلة. تكون قيمة الجهد هذه تقريباً هي الجهد غير المعروف. على سبيل المثال، عند قياس جهد نبضة عالية، إذا تم ملاحظة حدوث شرارة عندما يكون الفصل بين الكهربائيين 2 ملم، والجهد المقابل المستخرج من المنحنى المعاير هو 6 كيلو فولت، فإنه يتم تحديد جهد النبضة العالية بأنه حوالي 6 كيلو فولت.
3. الاحتياطات ومصادر الخطأ
تأثير ظروف الغاز: النوع والضغط والرطوبة للغاز يمكن أن يكون لها تأثير كبير على جهد الانهيار. على سبيل المثال، في البيئة ذات الرطوبة العالية، زيادة محتوى بخار الماء في الهواء سوف يقلل من جهد الانهيار للغاز. لذلك، أثناء عملية القياس، يجب الحفاظ على استقرار ظروف الغاز قدر الإمكان. إذا أمكن، فمن الأفضل إجراء القياس تحت الضغط الجوي القياسي وفي بيئة جافة، أو إجراء تعديلات على التغيرات في ظروف الغاز.
تأثير شكل الكهربائيين وحالة السطح: شكل الكهربائيين (مثل الكرات أو الإبر أو الصفائح المسطحة، الخ) وحالة السطح (مثل الخشونة، وجود طبقات أكسدة، الخ) سيؤثران أيضاً على جهد الانهيار للفجوة الشرارية. الأشكال المختلفة للكهربائيين ستؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للمجال الكهربائي، مما يؤدي إلى تغيير جهد الانهيار. على سبيل المثال، بنية الكهربائيين الإبرية-الصفائحية تتركز فيها المجال الكهربائي عند طرف الإبرة، مما يجعلها أكثر عرضة للانهيار وجدهد الانهيار فيها أقل. الخشونة وطبقات الأكسدة على سطح الكهربائي قد تلتقط جزيئات الغاز أو تتغير توزيع المجال الكهربائي. لذلك، أثناء عملية القياس، يجب ضمان ثبات شكل الكهربائيين وحالة السطح، أو الأخذ بهذه العوامل بعين الاعتبار وإجراء التعديلات اللازمة.
حدود دقة القياس: قياس الجهد باستخدام الفجوة الشرارية هو طريقة خشنة نسبياً، ودقتها محدودة بالعديد من العوامل. بالإضافة إلى ظروف الغاز وعوامل الكهربائيين المذكورة أعلاه، فإن التفريغ الشراري نفسه هو عملية فورية وبعض ما هو عشوائي صعب السيطرة عليه والقياس بدقة. علاوة على ذلك، في الحالات ذات الجهد العالي، قد يحدث عدة تفريغات أو قوس مستمر، مما يؤثر أيضًا على دقة النتائج. لذلك، عادة ما تستخدم هذه الطريقة لتقدير خشن للجهد وليس لقياس الجهد بدقة عالية.
