【無料配信♪】Renta !全タテコミ作品第1話

レポートの課題で「パッシェンの法則とタウンゼント放電について図を描いて説明しなさい。」という課題が出ました。
教科書などを見ているのですが、このような現象をタウンゼント放電といいますみたいな事は載っていません(タウンゼント第一係数などは見つけましたが…)
「電子なだれ」のことをタウンゼント放電というのでしょうか?
また、パッシェンの法則とはどういう関係なのでしょうか?参考URLなどありましたらよろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

タウンジェント放電(Townsend discharge)を英語で検索すれば説明は見つかると思います。


低圧ガスの中にdだけ離れた平面型の冷陰極と陽極をもつ放電管において、電極への印加電圧Vと電流をグラフに描く場合、0Vから電圧を上げていき最初に電流が指数関数的に増大する領域をタウンゼント放電と呼びます。タウンジェント放電は、生成されたイオンが陰極に衝突して2次電子を放出する(γ作用)ために起きるのですが、これらの2次電子が一定以上増えると絶縁破壊を起こして電圧が急低下しグロー放電に移行します。これが電子なだれです。
 この絶縁破壊電圧Vbと、ガス圧pおよび電極間距離dの積すなわちpdとの関係を描いたものがパッシェンの曲線です。パッシェン(Paschen)の法則はこのpdとVbのなす曲線がU字型のカーブになり、最小点が存在すると主張しています。直感的には電極間の距離dが小さい方がVbが小さくなると予想されるのに対して、全く反する結果だといえます。このことをタウンゼント放電のメカニズムから説明することができるのです。具体的な導出課程はプラズマ工学などの教科書に書かれているので調べて頂きたいのですが、pdという積が電極間にあるガス粒子の個数に比例した量であることはおもしろいところです。
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Qストリーマ理論、電子雪崩について。

ストリーマ理論、電子雪崩についてお聞きしたいことがあります。

円錐状の陽イオン柱(電極の陰極側で陽イオン密度が高い。)が放電路に形成され、陽イオン柱において電極の陰極側から陽極側に向かい二次的な電子雪崩が順次発生する時、絶縁破壊に至るのは陽極側付近での電離によって生まれた電子が陰極側に取り込まれていく間だけですか?

二次的な電子雪崩で生まれた電子はすぐに陰極側に取り込まれてしまい、そこに留まるわけではないとわたしは考えてしまっています。(わたしが見かけたストリーマ理論の図では留まっているように書かれていたように思います。)


加えて、ストリーマ理論、電子雪崩について知らない方に説明する時に、この様子を表現する良いたとえのようなものはありますか?

また、雪崩をイメージとして使う場合、雪山の斜面の高低差は何かを表現していますか?
雪が電子を表現しているとすると、陽イオンは何に表現されていますか?
電子、陽イオンの密度が高いというのはどのように表現されますか?


分かりづらい質問で申し訳ありませんが、教えて下さい。宜しくお願いします。
(お手間でなければ、参考文献等を教えていただけると大変有難いです。)

ストリーマ理論、電子雪崩についてお聞きしたいことがあります。

円錐状の陽イオン柱(電極の陰極側で陽イオン密度が高い。)が放電路に形成され、陽イオン柱において電極の陰極側から陽極側に向かい二次的な電子雪崩が順次発生する時、絶縁破壊に至るのは陽極側付近での電離によって生まれた電子が陰極側に取り込まれていく間だけですか?

二次的な電子雪崩で生まれた電子はすぐに陰極側に取り込まれてしまい、そこに留まるわけではないとわたしは考えてしまっています。(わたしが見かけたストリーマ理論の図...続きを読む

Aベストアンサー

ストリーマ理論 電子雪崩
等でサーチすると詳しい図や計算式などを含んだ解説が見つかります。
例えば次等
http://eeic09.dip.jp/index2.php?plugin=attach&refer=%E9%9B%BB%E9%9B%A2%E6%B0%97%E4%BD%93%E8%AB%96&openfile=2.pdf

Q何kV/cmで絶縁破壊が起こるか?

試料に高電圧を印加する実験を考えております。シリコンオイル中、および大気中において、何kV/cmで絶縁破壊が起こるか、ご存知の方がいらっしゃいましたら教えていただきたく存じます。有効数字は一桁程度でかまいません。

Aベストアンサー

一般的にいわれるのは
大気中:30kV/cm

また、教科書によると、
シリコン油中:80kV/2.5mm
だそうです。
ただ、絶縁破壊電界は電極間距離に依存し、一般には短い方が高電界に耐えます。

Q低電圧での絶縁破壊について

空気の絶縁破壊は一般に1mmで3kvと言われていますが、
2mm離した(鋭利でないただの鉄板と仮定)電極をわずか500v程度で強制的に絶縁破壊を起こさせたいのですが、強制的に絶縁破壊を起こさせる方法はあるでしょうか?

Aベストアンサー

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
空気の場合、大気圧=10^5 Pa×0.1 cm = 10^4 Pa・cmの絶縁破壊電圧は約3 kVとなります。
この状態からpdを減少させていく(電極間距離dが一定の場合は気圧pを下げる)と、絶縁破壊電圧は減少(両対数グラフに描くとほぼ直線的に減少)します。そして空気の絶縁破壊電圧の極小値は約300 Vで、このときのpd値は約10^2 Pa・cmです。
なお、それ以上にpdを下げると逆に絶縁破壊電圧は急上昇します。
問題の電極間距離d=2 mmの平板電極の場合、上記絶縁破壊電圧の極小を与える気圧pは約500 Pa (=100/0.2)です。
500 V程度で絶縁破壊を起こすならもう少し気圧を高くしてもOKです。

ということで、低電圧で絶縁破壊を起こすには、まず気圧を下げる方法があります。
なお、これは気体を空気に限定した場合のことで、特定の気体を封入すると著しく絶縁破壊電圧が減少します。

詳しくは、絶縁破壊が起こるには気体中の原子・分子が何らかのエネルギーにより電離され、得られた自由電子が外部電界により加速し、別の原子・分子に衝突して二次電子放出を起こし、累積的に自由電子数が増大する(電子雪崩を起こす)必要があります。
この「何らかのエネルギー」とは、一般には宇宙から降り注いでいる放射線などです。
この状態でさらに外部から強制的に光を照射するなどすると、さらに気体原子・分子の光電離により自由電子数が増大し、絶縁破壊が生じやすくなります。
また先ほど言いかけた話ですが、ペニング(Penning)効果などがあります。
これは、例えばNe中にArを0.1%混合すると、放電開始電圧は約1/4に減少するといった現象です。
これは準安定準位を持った原子・分子による寄与です。

ということで、結論としては絶縁破壊電圧を下げる方法は次のようになります。
(1) 気圧を特定値まで下げる。
(2) 光照射などの外部刺激を与える。
(3) 混合気体などの気体効果を考える。

ちなみに、針電極などの不平等電界下では絶縁破壊電圧は著しく減少します。

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
空気の場合、大気圧=10^5 Pa×0.1 cm = 10^4 Pa・cmの絶縁破壊電圧は約3 kVとなります。
この状態からpdを減少させていく(電極間距離dが一定の場合は気圧pを下げる)と、絶縁破壊電圧は減少(両対数グラフに描くとほぼ直線的に減少)します。そして空気...続きを読む

Q放電

何故放電は、とがったところで起こりやすいのでしょうか。

Aベストアンサー

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
となり、※からQ1/R1=Q2/R2=Aとおくと
 Q1/R1^2=A/R1、
 Q2/R2^2=A/R2
という具合に半径に反比例します。
したがって、小さな球ほど電界が強くなります
(つまり尖っているほど電界が強くなります)。

大きなシャボン玉と小さなシャボン玉を(ストローなどで)
つないだときに、大きなシャボン玉の方に空気が移って
小さなシャボン玉がしぼんでしまうのとなんとなく似ているような
(平均曲率に比例して(=半径に反比例して)
 表面張力による圧力が強くなるので
 式の上でも似ているといえば似ていると思うのですが)

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
と...続きを読む

Q空気中の放電距離と電圧について

交流電圧三相200Vで端子台に差し込んだファストン端子間でスパークしたような跡が発生したが、端子間に異物を接触した形跡はなく何らかの放電が発生したのではないかと思います。
200Vの電圧で約3mmの距離で放電が発生するでしょうか
ご教授の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
空中放電は、湿度その他、各種の条件次第で、予想外に低い電圧で発生してしまう事があるようです。

また何らかの原因で端子電圧が一瞬上がったような場合はそれが引き金になる場合もあります。
誘導雷による事故はそういう例が多いでしょう。

わたし自身、100Vでアーク放電の実験中、電流制限用の抵抗器本体から、反対側のアーク端子まで約10cmの間、グロー放電のような放電が起きてしまい、びっくりして放電路を離して切った事があります。
抵抗器は黒焦げになりました。(爆)
この時の光の帯は直線ではなく、弓のようにアーチを描いていたのをはっきり覚えてます。
原因は突き止められませんでしたが、手が汗ばんでいた事、暑い日だった事から水分、汗の塩分が悪さをしたのではないかと想像します。

ですので、ありえるとだけお答えします。

Qタウンゼント放電について

レポートの課題で「パッシェンの法則とタウンゼント放電について図を描いて説明しなさい。」という課題が出ました。
教科書などを見ているのですが、このような現象をタウンゼント放電といいますみたいな事は載っていません(タウンゼント第一係数などは見つけましたが…)
「電子なだれ」のことをタウンゼント放電というのでしょうか?
また、パッシェンの法則とはどういう関係なのでしょうか?参考URLなどありましたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

低圧ガス中で電圧をかけたときに、グロー放電に移行する前の、発光が見えない領域で、電子と原子(分子)との衝突電離によって電流が指数関数的に増大する、「電子なだれ」が起こっている領域での放電のことですね。
放電の本か、プラズマの教科書や高電圧工学の教科書には、書いてあると思います。
Townsend and dischargeで検索すると、沢山出てきます。

参考URL:http://science-education.pppl.gov/SummerInst/SGershman/Structure_of_Glow_Discharge.

Qエクセル、散布図でデータの一部のみの近似直線を書きたい

(1、5)、(2,8)、(3、16)、(4、25)、(5、37)というグラフをかきました。
ここでグラフのプロットは全てのデータについて表示されたままで、(3、16)、(4、25)、(5、37)だけについての近似直線を描き、式やR2値を表す方法は無いものでしょうか。
(1、5)、(2,8)というデータを消せば目的の式は得られるのですが、(1、5)、(2,8)というプロットをグラフに残したままにしたいのです。
どうぞよい知恵をお貸し下さい。

Aベストアンサー

1系列の一部のデータ範囲を対象に近似曲線を引くことは出来ないように思えます。便宜的な方法として以下が考えられます。お試しください。

■グラフの一部に近似曲線を追加する

全てのデータ範囲を選択する
|グラフウィザード 2/4 「グラフの元データ」|系列タブ|
系列1
 すでに全てのデータ範囲が対象となっている
系列2
 |追加|
 「Xの値」のボタンを押して後半のX値のセル範囲を選択する
 「Yの値」のボタンを押して後半のY値のセル範囲を選択する
グラフが作成される
全てのデータ範囲(系列1)と後半のデータ範囲(系列2)は重なっている
系列2へ近似曲線を追加する
 グラフ上、後半のデータ範囲の1要素を右クリック
 |近似曲線の追加|
 パターン・種類・オプションを指定する

■検討事項

・凡例・マーカー
無指定で系列に「系列1」・「系列2」という名前が付きます。同じ名前にすることは出来るようですが、系列2のみを消すことは出来ないようです。系列名の色を白にして見えなくする、プロットエリアのマーカーも二系列を同色とする、など考えられます。

・近似線
私は近似曲線のオプションに詳しくありませんが、全てのデータ範囲に対する近似線を引いたとして、後半のデータ範囲に対する近似線と重ならない(同形ではない)と思います。

1系列の一部のデータ範囲を対象に近似曲線を引くことは出来ないように思えます。便宜的な方法として以下が考えられます。お試しください。

■グラフの一部に近似曲線を追加する

全てのデータ範囲を選択する
|グラフウィザード 2/4 「グラフの元データ」|系列タブ|
系列1
 すでに全てのデータ範囲が対象となっている
系列2
 |追加|
 「Xの値」のボタンを押して後半のX値のセル範囲を選択する
 「Yの値」のボタンを押して後半のY値のセル範囲を選択する
グラフが作成される
全てのデ...続きを読む

Q技術系の地方上級公務員(電気職)について

こんにちは

私は大学で電気を専攻しています。
将来は地元の市役所で公務員になろうと思っています。
採用が無い年になってしまったら、院に行き次の年で受けるつもりです。


先日友人たちとその話をしたのですが、やめた方がいいと言われました。

友人曰く、土木ならともかく電気系の公務員はポストも少ないため昇進もできないし、インターネット等でよく見る平均収入よりも実際は低く、長い目で見ると民間とすごく差がつくとのことです。
ポストが少ないのも電気職の扱いが低いからとまで言っていました。

それを聞いて気持ちが揺らいでしまっています。


行政職を目指すことも考えました。しかし大学で学んだことの大半を無駄にしてしまうのもちょっと悔しいです

実際に電気は軽く見られていて昇進は遅いのか、年収は実際はどれくらいなのか、実情を知っている方教えて下さい。

Aベストアンサー

>実際に電気は軽く見られていて昇進は遅いのか、
一般的な話として、技術系の公務員というのは、そもそもポストを目指して働くような職種ではないですよ。もともと配置される職場が少ないのですから、より上のポストに就けるチャンスが少ないわけです。
ポストが欲しいなら、そもそも地方公務員にならない方がいいです。
国1を受験して、国土交通省等の技術職での採用が多い省庁で働いた方がいいんじゃないですか。

>インターネット等でよく見る平均収入よりも実際は低く、
いや、公務員の給与はもともと低いことは分かりきっているでしょう。
じゃぁ、何に魅力を感じて仕事をするかと言えば、やはり、ある程度「行政」に対して興味を持っているとか、地元が好きだからそこに住み続けたいとか、雇用が安定しているからとか、もともとそれほど高収入に興味がないとか、休暇を取りやすいとか、そういう部分でしょう。

>それを聞いて気持ちが揺らいでしまっています。
高収入が欲しい人・エリート志向が強い人は、そもそも地方公務員になってはいけません。

>行政職を目指すことも考えました。しかし大学で学んだことの大半を無駄にしてしまうのもちょっと悔しいです
仕事の内容が大学院までの専門領域と直結しないという点ですか?
それは、社会に出て仕事をすればごく一般的なことでしょう。
メーカーの研究職として就職した方にしても、大学院の内容をそのままやれてる人の方が圧倒的に少ないわけですし。
大学院までの経験が、社会で活きるわけです。
自分で考えて作業を進めていくとか、他人とコミュニケーションをとりながら問題を解決するとか、限られた時間でどのように成果を出すのかとか、そういった経験が社会で活きてくるわけです。
まぁ確かに、どうせ公務員になるなら行政職を目指した方がいいとは思いますが。

>年収は実際はどれくらいなのか、
東京都や政令市、その他の地方によってかなり変わってくると思いますが、、一般的な地方の場合、「基本給+ボーナス」だけで時間外を考えないならば、30歳以下は確実に年収500万以下だと思います。

>実際に電気は軽く見られていて昇進は遅いのか、
一般的な話として、技術系の公務員というのは、そもそもポストを目指して働くような職種ではないですよ。もともと配置される職場が少ないのですから、より上のポストに就けるチャンスが少ないわけです。
ポストが欲しいなら、そもそも地方公務員にならない方がいいです。
国1を受験して、国土交通省等の技術職での採用が多い省庁で働いた方がいいんじゃないですか。

>インターネット等でよく見る平均収入よりも実際は低く、
いや、公務員の給与はもとも...続きを読む

Qペニング効果が理解できません。

ペニング効果が理解できません。

<ペニング効果>
電子と衝突して励起したArは、次に水銀原子と衝突して水銀原子を電離しそれが放電に寄与する。Arの電離電圧が15.75eVに対して励起電圧は11.5eV、水銀の電離電圧は10.4eV。すなわち、11.5eVで電離できるので、15.75eVからみればそれだけ低い始動電圧になる。これをペニング効果という。

ここで、Arを混ぜる意味は何でしょうか??
水銀が10.4eVで電離するのであれば、準安定状態のAr(11.5eV)は必要ないように感じます。

どなたかご教授お願いいたします。

Aベストアンサー

僕の予想です。「プラズマ理工学入門 高村秀一著」を参考にしました。ただし、僕が間違ったことを書いていても、僕の理解が足りないだけで、高村秀一先生が間違っているわけではありません。

アルゴンを混ぜる理由は、2つあると思います。

1つは質問者様が仰るとおりペニング効果で、Agが直接励起する確率に加え、準安定状態のArがAgに衝突してAgが電離しArが基底状態に戻る過程が可能となるからです。後者が起こる確率が前者より(圧倒的に)高いのだと思います。

2つ目は、蛍光灯に水銀を大量に使うことができないからだと思います。
パッシェン曲線から考えると、蛍光灯の火花電圧を下げる為にはある程度のガス圧力が必要だと思います。この圧力を実現する為には大量の水銀が必要になりますが、安全な希ガスであるArで代替することで、安全性を確保できます。

僕はArの意味について、質問者様とは逆に「もともとは安全な希ガスのみを使って蛍光灯を作りたかったけれど、電離電圧が高い。そこで、水銀を少し混ぜて、励起した水銀からの光を利用することにした。」というように理解しています。

QP制御、PI制御、PID制御それぞれメリット、デメリットを教えてくれま

P制御、PI制御、PID制御それぞれメリット、デメリットを教えてくれませんか?
レポート課題で困っています。調べてみたが良くわかりませんでした。

Aベストアンサー

制御の基本は、P(比例)動作ですが、P動作だけでは通常オフセット(目標値との残留偏差)が生じます。このため、P動作のオフセットを無くすため、I(積分)動作を加え、設定値との偏差をなくすようにします。また、D動作を加えることにより、偏差を単時間に修正することができますが、積分時間を短く設定しすぎると、ハンチングが起きやすく、安定した制御が得られなくなります。D(微分)動作は、偏差の少ないうちに大きな修正動作を加え、制御結果が大きく変動するのを防ぐことができるます。ただし、微分時間を長く設定しすぎると、小さな変化に対しても、大きな出力が出てしまう為、ハンチングが生じ、制御性が安定しなくなります。

詳しくは、以下のURLを参照のこと。

参考URL:http://www.compoclub.com/products/knowledge/jidou_seigyo/jidou_seigyo4.html


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