No.2ベストアンサー
- 回答日時:
正確なところが分からないのですが、空気の絶縁破壊電圧は、理論的には、電極の形状によって左右されないはずです。(理論的に、どうしてかは些か心もとないのですが)。
電極の形状によって、絶縁破壊が破れる時間、つまり、電極に高電圧を印加した時、印加の瞬間から何秒後に火花が飛ぶか、つまり、絶縁が破れるかは、変化すると思えます。
参考URLに簡単に紹介されてる「ストリーマー理論」では、絶縁破壊の起こるメカニズムとして、高電圧電場により、空気分子の電子が加速運動され、これが他の分子に衝突して、更に電子を生み出し、加速度的な空気分子のプラズマ化と、運動電子を生み出すことによって、経路(ストリーム)ができ、この経路を伝って電気が流れ、これが「絶縁破壊」であるとされます。
この場合、電極間距離が身近かければ、この現象は、低電圧でも起こり、他方、距離が大きいと、より高い電圧が必要になります。
ストリーマー現象は、電極の電場により、電子が牽引力を受けて加速度運動することで開始する訳で、同じ電圧であれば、電子に作用する力は同等になり、理論的に、放電が起こる最低電圧は、この電子加速度を起こす電場の大きさによって決まり、それは、電極の形状ではなく、端的に、印加電圧の大きさで決まると考えられます。
しかし、ストリーマー現象が、電子加速と、衝突による空気分子のプラズマ化の「雪崩現象」を前提にしていることを考えると、電極が一様な平面よりも、尖った形をしている時、この尖った先端向けて、電子の運動方向が決まって来て、雪崩現象の起こる方向も、先端へと収束するように起こるように思え、この場合、電極間の距離を超えて、電子の流れが成立した瞬間が火花の飛ぶ時ですから、電離経路が、電極が尖っていた場合、より低電圧でも成立し、放電が起こり得るという見通しが出てきます。
こういう効果を考えると、電極の形状が、絶縁破壊電圧を左右するということが出てきそうです。
しかし、電極の形状によって、絶縁破壊電圧が変化するというのは、別の理由からも出てきます。
何が関係するかは、「電流」の大きさです。流れることが可能な電流の大きさがあまりに小さい場合、別の表現では、移動できる電荷が少ない場合、十分な電流が可能な場合に較べ、絶縁破壊電圧は高くなることが考えられます。
簡単に説明すると、電場の作用で、空気中の電子が動かされる場合、電子にエネルギーを与えていることになるのです。プラス極とマイナス極のあいだの電位差が、静電気によって構成されている場合を例にすると、ストリーマー現象が進行して行く過程で、電子の移動が起こるのです。火花放電とは、電離経路の成立で、一瞬、この経路を伝って、電流が流れた時に、経路が発光し、耀き、スパークが見えるのだと云えます。
しかし、静電気の場合だと、電子の移動の進行で、電極間の電位差が低くなって来ます。そうすると、電子の移動は減ってくる訳で、減りつつも移動していると、ますます電位差は減ってきます。やがて、電極の電位差がなくなってしまいます。こういう場合、火花放電は起こりません。そして、電子の流れは、電極が平たい円盤か何かで、面積が大きい場合、あいだに挟まれた空気の量が大きく、流れ込む電子の量も多くなって、静電気だと、すぐ電位差が均衡してしまうとも考えられます。しかし、電極が互いに尖っていると、電子がそれほど多数移動しなくとも、電離経路が確立され、瞬間、静電気がすべて電極間を移動して、これが火花となります。
静電気でない場合でも、「電流」が小さい場合、面積の大きな電極を向かい合わせにしていると、回路を流れることのできる電流では、電極間の電子移動が起こっても、電離経路を形成しない可能性がありえるように思えます。あるいは、流れることのできる電子の数が少ないので、「雪崩現象」を引き起こすことができず、電離経路が形成できない可能性があるということです。
それに対し、電極が尖っていると、電離経路形成に必要な電子量は、相対的に少なくて済み、平たい、面積の大きな電極では、絶縁破壊が起こらない電圧でも、絶縁破壊が起こるということが考えられます。
実際に実験しないと分かりませんが、理論的な考察では、以上のような理由から、高電圧回路を流れることができる電流の大きさによって、電極の形状が、絶縁破壊電圧に影響しない場合と、影響する場合があると云えそうです。
簡単に結論を言えば:
>空気の火花電圧は、ギャップ長と電極の形状に関係しているのですか?
関係していると、概ね云えるでしょう。ただし、実験してみないと分かりません。(実験では、尖っている方が放電が起こりやすかったように思います)。(q=256283)
>冬の稲妻2
>http://homepage2.nifty.com/ToDo/cate1/kaminar2.htm
参考URL:http://homepage2.nifty.com/ToDo/cate1/kaminar2.htm
この回答へのお礼
お礼日時:2002/04/24 15:30
冬の稲妻を全部読みました。電気って楽しですね。またいろいろ楽しいサイト教えて下さい。回答し下さった文も分かりやすくやくにたちました。ありがとうございます。
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