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Tema: Descargas en Gases Integrantes: López Darwin M!ina Car!s "#irz A!e$an%er &a!encia C'sar Gases Generalmente los gases son excelentes aislantes, pero tienen una tensión disruptiva menor que los aislantes sólidos y líquidos, lo que conlleva a una descarga.
Descargas En Gases ( Disr#pción Una descarga eléctrica en un medio gaseoso, es un fenómeno en el que un gas empieza a conducir electricidad debido a la ionización de sus átomos plasma!, como consecuencia consecuencia de la in"uencia de un campo eléctrico.
#! $olumna de plasma, formada por la ionización del medio gaseoso. %! &egión de los electrodos, electrodos, región anódica próxima al ánodo '!! y región catódica próxima próxima al cátodo (!!, esta )ltima, de gran importancia, ya que es donde surgen los electrones, que, *unto con los iones, son las partículas fundamentales en los procesos de descarga.
C!asi)cación %e !as %escargas e!'ctricas en gases +n el actual estado de la técnica, las descargas eléctricas en gases se clasican genéricamente, tendiendo a dos criterios-
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Aten%ien% a !a *#ente %e inización %e! gas +, Descargas e!'ctricas n espnt-neas n a#t.manteni%as +n este tipo de descargas, la conductividad eléctrica del gas se mantiene mediante fuentes exteriores de ionización como son fuentes de alta temperatura o fuentes de radiación de diferentes tipos, principalmente de onda corta, como los rayos o las radiaciones ultravioletas o la radiación gamma!. /i se calienta un gas, parte de sus moléculas adquieren una energía lo bastante elevada, como para producir la ionización de otras moléculas del gas, al c0ocar éstas con las primeras.
/, Descargas e!'ctricas espnt-neas a#t.manteni%as +n este tipo de descargas, la conductividad eléctrica es mantenida por la propia descarga, sin ninguna participación de una fuente exterior de calor o radiación. +n este tipo de descargas, también se dan procesos de termo ionización y fotoionización, pero no tienen su origen en fuentes externas, sino en la radiación y calor generados en la misma descarga.
Aten%ien% a !a r#pt#ra %e! gas +, Descargas e!'ctricas parcia!es 1as descargas parciales son descargas eléctricas de peque2a energía y duración transitoria, en las que el medio gaseoso no es atravesado por completo por la corriente, no produciéndose la ruptura del mismo.
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/, Descargas e!'ctricas %isr#pti0as 1as descargas disruptivas son aquellas descargas eléctricas, en las que la corriente consigue atravesar por completo el gas que separa a los electrodos a diferente potencial.
+n las descargas disruptivas, el gas ionizado produce un camino que permite el paso de la corriente de un electrodo a otro. 3tendiendo a la tensión y corriente producidas durante las descargas disruptivas, se pueden diferenciar cinco fases, mostradas esquemáticamente en la siguiente gura.
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4tra importante forma de clasicar las descargas eléctricas en medios gaseosos, es analizando su respuesta tensión ( corriente en adelante, v(i! característica-
+n la siguiente gura, se representa de forma esquemática, la respuesta v(i característica de los distintos tipos de descarga eléctrica en gases-
Descarga Twnsen%
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$omo se aprecia en la gura #%, para tensiones peque2as, la corriente de la descarga crece con la tensión zona 3 ( 5!. +sto ocurre, 0asta que la tensión adquiere un valor de saturación, debido a que el tiempo de transito de las cargas es menor que el tiempo de creación de dic0as cargas. 6ara tensiones superiores a la de saturación zona $ ( 7!, la descarga se desarrolla por mecanismos de multiplicación por avalanc0a, con emisión de electrones por parte del cátodo, denominada 8zona de descarga 9o:nsend; zona $ ( 7!, que es una región de descarga oscura no provoca ninguna emisión de radiación lumínica! y se dan corrientes muy débiles #<(= 3!. +n el punto 7, se pueden dar dos situaciones( 5a*as presiones ( 6resiones atmosféricas
Tensión %e ignición 1 tensión %e r#pt#ra %e gases +n las siguientes guras, se pueden observar sus valores para diferentes tipos de gases-
Descarga e!'ctrica %isr#pti0a en gases: C2ispa 1 arc e!'ctric
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$omo se 0a visto en el apartado anterior, los diferentes regímenes en los que se pueden encontrar una descarga eléctrica, es decir, descarga 9o:nsend, descarga luminiscente, descarga corona o arco eléctrico, son estados estables o cuasi(estables. 6or el contrario, las descargas de c0ispa en adelante, se denominarán simplemente c0ispas!, es un régimen de descarga inestable, es decir, es un régimen de transición 0acia un periodo más estable, como es el régimen de arco eléctrico.
Descargas %isr#pti0as %e c2ispa 1os fenómenos de ruptura eléctrica que llevan a la creación de los plasmas de las c0ispas son fenómenos comple*os. 1a ruptura es demasiado rápida para ser explicada satisfactoriamente por repetitivas avalanc0as de electrones, a través de emisiones secundarias del cátodo, como en las descargas a ba*a presión. 6or el contrario, las rupturas se deben al rápido crecimiento de un canal débilmente ionizado llamado streamer, de un electrodo al siguiente.
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Streamer psiti0 1a transición de la avalanc0a al streamer ocurre sólo cuando la avalanc0a primaria, 0a cruzado la distancia de separación entre los electrodos y alcanza el ánodo. 1a avalanc0a no 0a crecido lo suciente y el campo generado por la distribución espacial de carga no es lo sucientemente fuerte para crear una región ionizada, antes de alcanzar el ánodo. +ntonces el streamer comienza en el ánodo y crece 0acia el cátodo, de a0í que se le denomine streamer positivo o dirigido 0acia el cátodo.
Streamer negati0 +l campo creado por la distribución espacial de carga de la avalanc0a primaria, es lo sucientemente alto para crear el streamer, antes incluso, de llegar al ánodo. 1a transición entre la avalanc0a y el streamer se produce en el espacio de separación entre electrodos. /i esta transición avalanc0a(streamer ocurre cerca del cátodo, se denomina negativa o dirigida al ánodo.
Transición entre streamer 1 c2ispa $uando el streamer cubre la distancia entre electrodos, la fase de ruptura se completa y empieza la fase de descarga. 1a transición entre un canal débilmente ionizado, que recorre la separación entre electrodos 0asta un canal fuertemente ionizado c0ispa! se conoce poco. 1a explicación más lógica es que en el streamer, que es perfectamente conductor, su cabecera tiene el mismo potencial que el electrodo. +n un streamer positivo, la cabecera tiene el mismo potencial que el ánodo. $uando la cabecera está próxima al cátodo, toda la diferencia de potencial, se localiza en el peque2ísimo espacio entre dic0a cabecera y el cátodo.
Descargas %isr#pti0as %e arc: Arc E!'ctric /i la corriente de la descarga se mantiene, se pasa de la c0ispa al arco eléctrico. 1os fenómenos en el cátodo son extremadamente comple*os, debido a los procesos eléctricos, térmicos y la interacción con el plasma generado y mantenido durante la descarga.
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Región %e! c-t% 1a descarga de arco se organiza de tal forma que crea una fuerte emisión de electrones desde el cátodo, por e*emplo, mediante aumento de la temperatura o creando un campo eléctrico en su supercie. +sta alta densidad de corriente es verdaderamente una de las características esenciales del arco eléctrico. +n el cátodo se generan los electrones necesarios para la supervivencia del arco eléctrico.
Región %e! -n% +n el ánodo, también se originan fenómenos físicos comple*os. 1a corriente eléctrica se suele distribuir en una zona más amplia que la del cátodo, por lo que la densidad de corriente es inferior y no se producen erosiones tan signicativas como en el cátodo.
C!#mna %e 3!asma Una gran cantidad de energía se disipa en la columna de arco debido al efecto >oule, conducción térmica y radiación. +n el e*e de la columna, la temperatura del plasma ronda los ? e@ A<.<<< BC! y la densidad de
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electrones es de aproximadamente #<#A cm(D, pero estos valores dependen del tipo de gas, de la corriente y presión.
