RIGIDITA' DIELETTRICA E SCARICA NEI GAS Flashcards
- Cos’è la rigidità dielettrica? Unità di misura?
- Cosa significa avere un isolante a livello di composizione?
- Che tipi di isolamenti esistono? Come possono essere?
Esiste un valore di tensione abbastanza improvviso per cui il dielettrico perde le sue caratteristiche di isolante, avviene quindi una scarica elettrica e questo quindi porta alla distruzione totale o parziale del dielettrico
- La rigidità dielettrica la misuriamo in KV/cm e KV/mm
- Avere un isolante significa avere un materiale formati da elettroni fortemente legati al nucleo, quindi gli elettroni non hanno movimento, per questo motivo isolano al contrario dei conduttori.
- Abbiamo due tipi di isolamenti:
Isolamenti auto-ripristinanti e quelli non auto-ripristinanti, cioè una volta che finisce la funzione causa, finisce anche la funzione effetto, cioè significa che il materiale non ha subito un danno permanente, esempio l’area con l’arco elettrico.
Un isolamento solido non è un isolamento auto ripristinante.
Gli isolamenti possono essere solidi, liquidi o gassosi.
Tra gli isolamenti gassosi ricordiamo per eccellenza l’aria che è un isolamento auto-ripristinante
Che tipi di rigidità dielettrica esistono?
Esistono 3 tipi di rigidità dielettrica:
In alternata
In continua
Ad impulso [ impulso di manovra ( apro e chiudo il circuito), impulso atmosferico].
Da cosa dipende la rigidità dielettrica?
La rigidità dielettrica dipende dalla geometria, dalla omogeneità del materiale, dalle condizioni ambientali.
- Geometria: la tensione di scarica aumenta con lo spessore, ma non in modo lineare, se 1 cm d’aria contiene 30 KV, 2 cm non conterranno 60 KV.
- Condizioni ambientali:
Pressione
Temperatura
Umidità
Se per esempio aumento la temperatura e inizio a scaldare il materiale isolante, questo significa che l’energia che do agli elettroni sta aumentando e quindi questi si possono liberare con maggiore facilità dal mio isolante.
La rigidità dielettrica decresce al aumentare della temperatura e / o pressione.
Come possiamo determinare la rigidità dielettrica?
Scrivere anche la formula del valore di dispersione.
La rigidità dielettrica dipende dalla geometria, dalla omogeneità del materiale, dalle condizioni ambientali.
- Geometria: la tensione di scarica aumenta con lo spessore, ma non in modo lineare, se 1 cm d’aria contiene 30 KV, 2 cm non conterranno 60 KV.
- Condizioni ambientali:
Pressione
Temperatura
Umidità
Se per esempio aumento la temperatura e inizio a scaldare il materiale isolante, questo significa che l’energia che do agli elettroni sta aumentando e quindi questi si possono liberare con maggiore facilità dal mio isolante.
La rigidità dielettrica decresce al aumentare della temperatura e / o pressione.
Che cos’à la ionizzazione per urto? Quando avviene? Spiegarne il fenomeno.
Qual’è il suo coefficiente?
Quando parliamo di ionizzazione per urto, dobbiamo innanzi tutto dire che ci troviamo nella materia. Nella materia, es. gas sono presenti degli atomi e delle molecole.
Gli atomi sono costituiti da elettroni. Ora se noi andassimo ad aumentare il potenziale in un materiale, questi elettroni tenderebbero ad uscire dal catodo e a dirigersi all’anodo con direzione radiale, quella del campo elettrico.
Nel cammino questi elettroni acquisiscono energia e possono andare ad urtare altri atomi.
L’urto può quindi dar luogo a 2 fenomeni:
- Fenomeno di ionizzazione per urto, cioè l’elettrone ha
l’energia sufficiente per ionizzare ( strappare un elettrone
all’atomo).
- L’urto non ha tale energia e quindi non succede nulla.
Durante la ionizzazione riesco a strappare un elettrone e quindi da una carica libera di muoversi ora diventano due cariche libere e uno ione positivo, quindi ho 2 elettroni e uno ione positivo. La massa dello ione è molto maggiore rispetto quella dell’elettrone.
Infine l’elettrone raggiunge l’anodo e quindi questa rimane una carica spaziale positiva. Questo si ripete a valanga.
Il fenomeno di ionizzazione per urto viene valutato secondo un coefficiente alfa.
Cos’è il fenomeno di attaccamento?
Il fenomeno di attaccamento avviene sempre quando ho un elettrone che esce dal catodo, questa volta però l’elettrone incontra un atomo elettronegativo, l’elettrone quindi rimane attaccato.
L’atomo con l’elettrone attaccato diventa uno ione negativo.
Lo ione viaggia a velocità molto basse e quindi questo non comporta la formazione di altri fenomeni.
Se uno ione positivo incontra uno ione negativo si ha nuovamente un atomo neutro.
Cosa comportano questi fenomeni (ionizzazione e attaccamento) su un isolante?
Idealmente su un isolante non sono presenti cariche libere, noi però stiamo considerando determinate condizioni in cui è presente una d.p. quindi gli elettroni possono uscire dal catodo e andare a deformare pesantemente il campo elettrico.
Esperimento di Townsend ( ipotesi, materiali usati )
L’obiettivo era quello di cercare di capire come avvenisse la scarica. Townsend utilizzò un condensatore a facce piane, un amperometro per misurare la corrente. Ipotizzo inoltre piccole distanze e si mise in determinate condizioni ambientali, pressione, temperatura e umidità.
Dal grafico notiamo diversi comportamenti, inizialmente si ha un’aumento di corrente proporzionale con la tensione, dopo si ha una corrente catodica, si ipotizza che sia nulla, anche se effettivamente non l’ho è, infine se si aumenta ancora la tensione si arriva ad un valore di corrente infinito con la scarica.
Primo modello di Townsend, spiegazione e formule
Cosa indica alfa?
1) dn/n=alfadx 2) i=ioe^alfa*d
1) ci indica il numero di elettroni che vengono prodotti dall’urto.
2) Ci indica il numero di elettroni che arrivano all’anodo.
Townsend ipotizzò che la scarica avvenisse per un fenomeno di ionizzazione per urto.
- Alfa ci dice il numero di urti per cm di cammino.
2° ipotesi di Townsend
Scrivere anche la formula.
Townsend si accorse che la corrente che circolava nel circuito era maggiore della corrente con la sola ionizzazione per urto, quindi la corrente dovuta al coefficiente alpha, per questo motivo introdusse un nuovo parametro Gamma.
Questo parametro entra in gioco sempre dalla ionizzazione.
Una volta che è avvenuta la ionizzazione, oltre agli elettroni, si avranno anche degli ioni positivi che andranno in
direzione opposta e andranno quindi dall’anodo al catodo.
Quando gli elettroni arrivano al catodo si avranno nuovi elettroni e quindi anche altra energia.
Proporzionalità fra tensione di scarica, cosa non ci dice il modello di Townsend.
Legge di Paschen, collegamento con Townsend
IL modello di Townsend ci descrive un fenomeno circoscritto da un campo ben preciso
di applicazioni.
Secondo l’ipotesi di Townsend gli ioni che vanno ad urtare generano altri elettroni, questo significherebbe che la tensione di scarica è dipendente dalla struttura atomica del materiale, [ NON VERO].
Inoltre ci dice dalla formula che l’esponenziale cresce con la lunghezza e anche questo non è vero, perché significherebbe che aumentando la distanza tra gli elettrodi aumenterebbe la scarica.
Il modello di Townsend può spiegare una delle leggi fondamentali di Paschen.
La legge di Paschen ci dice la tensione di scarica Vs= f(p*d)
Tensione di scarica in funzione della pressione e della distanza tra gli elettrodi.
Questo è vero perché se ci ricordiamo il fenomeno di ionizzazione per urto, sappiamo che gli elettroni escono dal catodo e dirigendosi verso l’anodo acquistano energia.
Questo dipenderà dalla pressione perché se noi aumentiamo la pressione il gas sarà meno rarefatto e questo significa che le molecole e gli atomi sono più vicine tra di loro e quindi la distanza diminuisce. Diminuendo questa distanza gli elettroni non hanno l’energia necessaria per ionizzare, questo significa che per avere la scarica dovrò aumentare notevolmente la tensione applicata.
LA DISTANZA TRA I DUE ATOMI E’ DETTA DISTANZA DI LIBERO CAMMINO MEDIO.
Se diminuisco la pressione ora avrò che la distanza tra atomi aumenta e quindi gli elettroni nel libero cammino medio acquisteranno più energia, quindi la tensione che dovremmo applicare per far avvenire la scarica sarà minore.
Teoria di Meek
Secondo Meek la scarica elettrica avviene quando il campo elettrico radiale è maggiore o uguale al campo elettrico dato dalla tensione applicata.
Durante la ionizzazione per urto si creano cariche spaziale positive e negative, queste a forma di cono STREAMER.
Inizialmente si aveva un campo elettrico E0 dato dalla tensione applicata, successivamente si vengono a creare vettori forza aggiuntivi, quindi cariche + andranno in direzione del catodo e cariche - andranno in direzione dell’anodo.
Il campo E0 sarà diverso quindi a seconda che ci sia o meno la carica spaziale o meno, questa andrà a deformarmi pesantemente il campo elettrico
