In der Elektrizität ist eine Korona-Entladung eine elektrische Entladung, die durch die Ionisation einer Flüssigkeit verursacht ist, die einen Leiter umgibt, der elektrisch gekräftigt wird. Die Entladung wird vorkommen, wenn die Kraft (potenzieller Anstieg) des elektrischen Feldes um den Leiter hoch genug ist, um ein leitendes Gebiet zu bilden, aber nicht hoch genug elektrische Depression zu verursachen oder zu nahe gelegenen Gegenständen funkend. Es wird häufig als ein bläulicher (oder andere Farbe) Glühen in der Luft neben spitzen Metallleitern gesehen, die Hochspannungen tragen.

Einführung

Eine Korona ist ein Prozess, durch den ein Strom von einer Elektrode mit einem hohen Potenzial in eine neutrale Flüssigkeit, gewöhnlich Luft, durch das Ionisieren dieser Flüssigkeit fließt, um ein Gebiet von Plasma um die Elektrode zu schaffen. Die Ionen haben schließlich Pass-Anklage zu nahe gelegenen Gebieten des niedrigeren Potenzials oder Wiedervereinigung erzeugt, um neutrale Gasmoleküle zu bilden.

Wenn der potenzielle Anstieg (elektrisches Feld) an einem Punkt in der Flüssigkeit groß genug ist, zerfällt die Flüssigkeit an diesem Punkt in Ionen, und es wird leitend. Wenn ein beladener Gegenstand einen scharfen Punkt hat, wird die Luft um diesen Punkt an einem viel höheren Anstieg sein als anderswohin. Die Luft in der Nähe von der Elektrode kann ionisiert werden (teilweise leitend), während entferntere Gebiete nicht tun. Wenn die Luft in der Nähe vom Punkt leitend wird, hat es die Wirkung, die offenbare Größe des Leiters zu vergrößern. Da das neue leitende Gebiet weniger scharf ist, kann sich die Ionisation nicht vorbei an diesem lokalen Gebiet ausstrecken. Außerhalb dieses Gebiets der Ionisation und des Leitvermögens finden die beladenen Partikeln langsam ihren Weg zu einem entgegengesetzt beladenen Gegenstand und werden für neutral erklärt.

Wenn die Geometrie und der Anstieg solch sind, dass das ionisierte Gebiet fortsetzt zu wachsen, bis es einen anderen Leiter an einem niedrigeren Potenzial, ein niedriger Widerstand erreicht, wird der leitende Pfad zwischen den zwei gebildet, auf einen elektrischen Kreisbogen hinauslaufend.

Korona-Entladung formt sich gewöhnlich an hoch gekrümmten Gebieten auf Elektroden wie scharfe Ecken, Punkte, Ränder von Metalloberflächen oder kleine Diameter-Leitungen planend. Die hohe Krümmung verursacht einen hohen potenziellen Anstieg an diesen Positionen, so dass die Luft zusammenbricht und Plasma dort zuerst bildet. Um Korona-Bildung zu unterdrücken, werden Terminals auf der Hochspannungsausrüstung oft mit rund gemachten Gestalten des glatten großen Diameters wie Bälle oder Ringe entworfen, und Korona-Ringe werden häufig zu Isolatoren von Hochspannungsübertragungslinien hinzugefügt.

Koronen können positiv oder negativ sein. Das wird durch die Widersprüchlichkeit der Stromspannung auf der hoch gekrümmten Elektrode bestimmt. Wenn die gekrümmte Elektrode in Bezug auf die flache Elektrode positiv ist, sagen wir, dass wir eine positive Korona haben, wenn negativ wir sagen, dass wir eine negative Korona haben. (Sieh unten für mehr Details.) Die Physik von positiven und negativen Koronen sind auffallend verschieden. Diese Asymmetrie ist ein Ergebnis des großen Unterschieds in der Masse zwischen Elektronen und positiv beladenen Ionen mit nur dem Elektron, das in der Lage ist, einen bedeutenden Grad zu erleben, unelastischen Stoß bei allgemeinen Temperaturen und Druck zu ionisieren.

Ein wichtiger Grund dafür, Koronen zu denken, ist die Produktion des Ozons um Leiter, die Korona-Prozesse in Luft erleben. Eine negative Korona erzeugt viel mehr Ozon als die entsprechende positive Korona.

Anwendungen der Korona-Entladung

Korona-Entladung hat mehrere kommerzielle und industrielle Anwendungen.

• Die Schinderei-Verminderung über eine flache Oberfläche
• Eliminierung von unerwünschten elektrischen Anklagen von der Oberfläche des Flugzeuges im Flug und so Vermeiden der schädlichen Wirkung von nicht kontrollierten elektrischen Entladungspulsen auf der Leistung von Luftfahrt-Systemen
• Fertigung des Ozons
• Sanitization von Lache-Wasser
• Das Schrubben von Partikeln von Luft in der Klimaanlage von Systemen (sieh elektrostatischen Ausfällapparat)
• Eliminierung von unerwünschtem flüchtigem organics, wie chemische Schädlingsbekämpfungsmittel, Lösungsmittel oder Agenten der chemischen Waffen, von der Atmosphäre
• Verbesserung von wetability oder 'Oberflächenspannungsenergie' von Polymer-Filmen, um Vereinbarkeit mit Bindemitteln oder Druckfarben zu verbessern
• Das Fotokopieren
• Luft ionisers
• Produktion von Fotonen für die Fotografie von Kirlian, um fotografischen Film auszustellen
• EHD Trägerraketen, Heber und andere ionische Windgeräte
• Stickstoff-Laser
• Oberflächenbehandlung für die Gewebekultur (Polystyrol)
• Ionisation einer gasartigen Probe für die nachfolgende Analyse in einem Massenspektrometer oder einem Ionenbeweglichkeitsspektrometer
• Kühl werdende Halbleiterbestandteile für Computerchips (sieh Halbleiteranhänger)

Koronen können verwendet werden, um beladene Oberflächen zu erzeugen, der eine Wirkung ist, die im elektrostatischen Kopieren (das Fotokopieren) verwendet ist. Sie können auch verwendet werden, um particulate Sache von Luftströmen durch die erste Aufladung von der Luft und dann den Übergang des beladenen Stroms durch einen Kamm der Wechselwidersprüchlichkeit zu entfernen, die beladenen Partikeln auf entgegengesetzt beladene Teller abzulegen.

Die freien Radikalen und in Korona-Reaktionen erzeugten Ionen können verwendet werden, um die Luft von bestimmten schädlichen Produkten durch chemische Reaktionen zu schrubben, und können verwendet werden, um Ozon zu erzeugen.

Probleme durch Korona-Entladungen verursacht

Koronen können hörbar und Radiofrequenz-Geräusch besonders in der Nähe von elektrischen Energieübertragungslinien erzeugen. Sie vertreten auch einen Macht-Verlust, und ihre Handlung auf atmosphärischem particulates, zusammen mit dem verbundenen Ozon und der NOx Produktion, kann auch für die menschliche Gesundheit nachteilig sein, wo Starkstromleitungen Wohngebiete durchbohren. Deshalb wird Energieübertragungsausrüstung entworfen, um die Bildung der Korona-Entladung zu minimieren.

Korona-Entladung ist allgemein unerwünscht in:

• Elektrische Energieübertragung, wo es verursacht:
• Macht-Verlust
• Hörbares Geräusch
• Elektromagnetische Einmischung
• Purpurrotes Glühen
• Ozon-Produktion
• Isolierungsschaden
• Innerhalb von elektrischen Bestandteilen wie Transformatoren, Kondensatoren, elektrische Motoren und Generatoren. Korona beschädigt progressiv die Isolierung innerhalb dieser Geräte, zu Frühausrüstungsmisserfolg führend. Eine Form des Angriffs ist das Ozon-Knacken von elastomer Sachen wie O-Ringe.
• Situationen, wo Hochspannungen im Gebrauch sind, aber Ozon-Produktion soll minimiert werden
• Statische Elektrizitätsentladung

Koronen können durch Korona-Ringe, toroidal Geräte unterdrückt werden, die dienen, um das elektrische Feld über das größere Gebiet auszubreiten und den Feldanstieg unter der Korona-Schwelle zu vermindern.

Mechanismus der Korona-Entladung

Korona-Entladung resultiert, wenn das elektrische Feld stark genug ist, um eine Kettenreaktion zu schaffen: Elektronen in der Luft kollidieren mit Atomen hart genug, um sie zu ionisieren, mehr Elektronen schaffend, die mehr Atome ionisieren. Der Prozess ist:

1. Ein neutrales Atom oder Molekül, in einem Gebiet des starken elektrischen Feldes (wie der hohe potenzielle Anstieg in der Nähe von der gekrümmten Elektrode) werden durch ein natürliches Umweltereignis (zum Beispiel ionisiert, durch ein ultraviolettes Foton oder kosmische Strahl-Partikel geschlagen), um ein positives Ion und ein freies Elektron zu schaffen.
2. Das elektrische Feld beschleunigt diese entgegengesetzt beladenen Partikeln in entgegengesetzten Richtungen, sie trennend, und ihre Wiederkombination verhindernd, und jedem von ihnen kinetische Energie gebend.
3. Das Elektron hat ein viel höheres Verhältnis der Anklage/Masse und wird so zu einer höheren Geschwindigkeit beschleunigt als das Ion. Es gewinnt genug Energie vom Feld, dass, wenn es ein anderes Atom schlägt, es es ionisiert, ein anderes Elektron herausschlagend, und ein anderes positives Ion schaffend. Diese Elektronen werden beschleunigt und kollidieren mit anderen Atomen, weiter electron/positive-ion Paare schaffend, und diese Elektronen kollidieren mit mehr Atomen, in einem Kettenreaktionsprozess genannt eine Elektronlawine. Sowohl positive als auch negative Koronen verlassen sich auf Elektronlawinen. In einer positiven Korona werden alle Elektronen nach innen zur nahe gelegenen positiven Elektrode angezogen, und die Ionen werden nach außen zurückgetrieben. In einer negativen Korona werden die Ionen nach innen angezogen, und die Elektronen werden nach außen zurückgetrieben.
4. Das Glühen der Korona wird durch Elektronen veranlasst, die sich mit positiven Ionen wiederverbinden, neutrale Atome zu bilden. Wenn das Elektron zu seinem ursprünglichen Energieniveau zurückweicht, veröffentlicht es ein Foton des Lichtes. Die Fotonen dienen, um andere Atome zu ionisieren, die Entwicklung von Elektronlawinen aufrechterhaltend.
5. In einer bestimmten Entfernung von der Elektrode wird das elektrische Feld niedrig genug, dass es nicht mehr genug Energie den Elektronen gibt, um Atome zu ionisieren, wenn sie kollidieren. Das ist der Außenrand der Korona. Außerhalb dessen bewegen sich die Ionen durch die Luft, ohne neue Ionen zu schaffen. Die äußeren bewegenden Ionen werden von der entgegengesetzten Elektrode angezogen und erreichen sie schließlich und verbinden sich mit Elektronen von der Elektrode, um neutrale Atome wieder zu werden, den Stromkreis vollendend.

Thermodynamisch ist eine Korona sehr Nichtgleichgewichtsprozess, ein Nichtthermalplasma schaffend. Der Lawine-Mechanismus veröffentlicht genug Energie nicht, das Benzin im Korona-Gebiet allgemein zu heizen und es zu ionisieren, wie es in einem elektrischen Kreisbogen oder Funken vorkommt. Nur eine kleine Zahl von Gasmolekülen nimmt an den Elektronlawinen teil und wird ionisiert, Energien in der Nähe von der Ionisationsenergie 1 - 3 ev habend, der Rest des Umgebungsbenzins ist Umgebungstemperatur nah.

Die Anfall-Stromspannung der Korona oder Korona-Beginn-Stromspannung (CIV) kann mit dem Gesetz (1929) des Piepsens gefunden werden, das von empirischen Beobachtungen formuliert ist. Spätere Papiere haben genauere Formeln abgeleitet.

Elektrische Eigenschaften

Der durch die Korona getragene Strom wird durch die Integrierung der aktuellen Dichte über die Oberfläche des Leiters bestimmt. Der Macht-Verlust wird durch das Multiplizieren des Stroms durch die Stromspannung bestimmt.

Positive Koronen

Eigenschaften

Eine positive Korona wird als ein gleichförmiges Plasma über die Länge eines Leiters manifestiert. Es kann häufig gesehen werden, blau/weiß glühend, obwohl viele der Emissionen im ultravioletten sind. Die Gleichförmigkeit des Plasmas schuldet sich zur homogenen Quelle von sekundären Lawine-Elektronen, die in der Mechanismus-Abteilung unten beschrieben sind. Mit derselben Geometrie und Stromspannungen scheint es ein wenig kleiner als die entsprechende negative Korona infolge des Mangels an einem nichtionisierenden Plasmagebiet zwischen den inneren und Außengebieten. Es gibt viele weniger freie Elektronen in einer positiven Korona, wenn im Vergleich zu einer negativen Korona, außer sehr in der Nähe von der gekrümmten Elektrode: vielleicht ein Tausendstel der Elektrondichte und ein Hundertstel der Gesamtzahl von Elektronen.

Jedoch werden die Elektronen in einer positiven Korona in der Nähe von der Oberfläche des gekrümmten Leiters, in einem Gebiet des hoch-potenziellen Anstiegs konzentriert (und deshalb haben die Elektronen eine hohe Energie), wohingegen in einer negativen Korona viele der Elektronen in den Außen-, Niedrig-Feldgebieten sind. Deshalb, wenn Elektronen in einer Anwendung verwendet werden sollen, die eine hohe Aktivierungsenergie verlangt, können positive Koronen eine größere Reaktion Konstanten unterstützen als entsprechende negative Koronen; obwohl die Gesamtzahl von Elektronen, die Zahl einer sehr hohen Energie niedriger sein kann, können Elektronen höher sein.

Koronen sind effiziente Erzeuger des Ozons in Luft. Eine positive Korona erzeugt viel weniger Ozon als die entsprechende negative Korona, weil die Reaktionen, die Ozon erzeugen, relativ niedrige Energie sind. Deshalb führt die größere Zahl von Elektronen einer negativen Korona zu einer vergrößerten Produktion.

Außer dem Plasma, im einpoligen Gebiet, ist der Fluss von der niedrigen Energie positive Ionen zur flachen Elektrode.

Mechanismus

Als mit einer negativen Korona wird eine positive Korona durch ein exogenous Ionisierungsereignis in einem Gebiet des hohen potenziellen Anstiegs begonnen. Die Elektronen, die sich aus der Ionisierung ergeben, werden zur gekrümmten Elektrode und den positiven davon zurückgetriebenen Ionen angezogen. Durch das Erleben von unelastischen Stößen, die näher und an der gekrümmten Elektrode näher sind, werden weitere Moleküle in einer Elektronlawine ionisiert.

In einer positiven Korona werden sekundäre Elektronen, für weitere Lawinen, vorherrschend in der Flüssigkeit selbst, im Gebiet außerhalb des Plasmas oder Lawine-Gebiet erzeugt. Sie werden durch die Ionisation geschaffen, die durch die Fotonen verursacht ist, die von diesem Plasma in den verschiedenen De-Erregungsprozessen ausgestrahlt sind, die innerhalb des Plasmas nach Elektronkollisionen, die Thermalenergie vorkommen, die in jenen Kollisionen befreit ist, die Fotonen schaffen, die ins Benzin ausgestrahlt werden. Die Elektronen, die sich aus der Ionisierung eines neutralen Gasmoleküls ergeben, werden dann zurück zur gekrümmten Elektrode elektrisch angezogen, haben ins Plasma angezogen, und beginnen so den Prozess, weitere Lawinen innerhalb des Plasmas zu schaffen.

Wie gesehen werden kann, wird die positive Korona in zwei Gebiete geteilt, um die scharfe Elektrode konzentrisch. Das innere Gebiet enthält Ionisieren-Elektronen und positive Ionen, als ein Plasma, die Elektronlawine in diesem Gebiet handelnd, viele weitere Paare des Ions/Elektrons schaffend. Das Außengebiet besteht fast völlig aus den langsam abwandernden massiven positiven Ionen, sich zur ungekrümmten Elektrode zusammen mit, in der Nähe von der Schnittstelle dieses Gebiets, sekundärer Elektronen bewegend, die durch Fotonen befreit sind, das Plasma verlassend, ins Plasma wiederbeschleunigt. Das innere Gebiet ist als das Plasmagebiet, der Außen-als das einpolige Gebiet bekannt.

Negative Koronen

Eigenschaften

Eine negative Korona wird in einer ungleichförmigen Korona manifestiert, sich gemäß den Oberflächeneigenschaften und Unregelmäßigkeiten des gekrümmten Leiters ändernd. Es erscheint häufig als Büschel der Korona an scharfen Rändern, der Zahl von Büscheln, die sich mit der Kraft des Feldes verändern. Die Form von negativen Koronen ist ein Ergebnis seiner Quelle von sekundären Lawine-Elektronen (sieh unten). Es scheint ein wenig größer als die entsprechende positive Korona, weil Elektronen erlaubt wird, aus dem Ionisieren-Gebiet zu treiben, und so setzt das Plasma eine Entfernung außer ihm fort. Die Gesamtzahl von Elektronen und Elektrondichte sind viel größer als in der entsprechenden positiven Korona. Jedoch sind sie einer vorherrschend niedrigeren Energie, infolge, in einem Gebiet des niedrigeren potenziellen Anstiegs zu sein. Deshalb, während für viele Reaktionen die vergrößerte Elektrondichte die Reaktionsrate vergrößern wird, wird die niedrigere Energie der Elektronen bedeuten, dass Reaktionen, die eine höhere Elektronenergie verlangen, an einer niedrigeren Rate stattfinden können.

Mechanismus

Negative Koronen sind komplizierter als positive Koronen im Aufbau. Als mit positiven Koronen beginnt das Herstellen einer Korona mit einem exogenous Ionisationsereignis, das ein primäres Elektron erzeugt, das von einer Elektronlawine gefolgt ist.

Vom neutralen Benzin ionisierte Elektronen sind im Unterstützen des negativen Korona-Prozesses durch das Erzeugen sekundärer Elektronen für weitere Lawinen nicht nützlich, weil die allgemeine Bewegung von Elektronen in einer negativen Korona von der gekrümmten Elektrode äußer ist. Für die negative Korona statt dessen ist der dominierende Prozess, der sekundäre Elektronen erzeugt, die fotoelektrische Wirkung von der Oberfläche der Elektrode selbst. Die Arbeitsfunktion der Elektronen (die Energie, die erforderlich ist, die Elektronen von der Oberfläche zu befreien), ist beträchtlich niedriger als die Ionisationsenergie von Luft bei Standardtemperaturen und Druck, es eine liberalere Quelle von sekundären Elektronen unter diesen Bedingungen machend. Wieder ist die Energiequelle für die Elektronbefreiung ein energiereiches Foton von einem Atom innerhalb des Plasmakörpers, der sich nach der Erregung von einer früheren Kollision entspannt. Der Gebrauch von ionisiertem neutralem Benzin als eine Quelle der Ionisation wird weiter in einer negativen Korona durch die hohe Konzentration von positiven Ionen verringert, die sich um die gekrümmte Elektrode sammeln.

Unter anderen Bedingungen kann die Kollision der positiven Arten mit der gekrümmten Elektrode auch Elektronbefreiung verursachen.

Der Unterschied, dann, zwischen positiven und negativen Koronen, hinsichtlich der Generation von sekundären Elektronlawinen, ist, dass in einer positiven Korona sie durch das Benzin erzeugt werden, das das Plasmagebiet, die neuen sekundären Elektronen umgibt, die nach innen reisen, wohingegen in einer negativen Korona sie durch die gekrümmte Elektrode selbst, die neuen sekundären Elektronen erzeugt werden, die äußer reisen.

Eine weitere Eigenschaft der Struktur von negativen Koronen ist, dass weil die Elektronen nach außen treiben, stoßen sie auf neutrale Moleküle und, mit electronegative Molekülen (wie Sauerstoff und Wasserdampf), verbinden sich, um negative Ionen zu erzeugen. Diese negativen Ionen werden dann von der positiven ungekrümmten Elektrode angezogen, den 'Stromkreis' vollendend.

Eine negative Korona kann in drei radiale Gebiete um die scharfe Elektrode geteilt werden. Im inneren Gebiet kollidieren energiereiche Elektronen unelastisch mit neutralen Atomen und verursachen Lawinen, während sich Außenelektronen (gewöhnlich einer niedrigeren Energie) mit neutralen Atomen verbinden, um negative Ionen zu erzeugen. Im Zwischengebiet verbinden sich Elektronen, um negative Ionen zu bilden, aber normalerweise ungenügende Energie zu haben, Lawine-Ionisation zu verursachen, aber ein Teil eines Plasmas infolge der verschiedenen Widersprüchlichkeit der Art-Gegenwart und die Fähigkeit zu bleiben, an charakteristischen Plasmareaktionen teilzunehmen. Im Außengebiet, nur einem Fluss von negativen Ionen und, in einem kleineren und radial abnehmenden Ausmaß, finden freie Elektronen zur positiven Elektrode statt. Die inneren zwei Gebiete sind als das Korona-Plasma bekannt. Das innere Gebiet ist ein in Ionen zerfallendes Plasma, die Mitte ein in Ionen nichtzerfallendes Plasma. Das Außengebiet ist als das einpolige Gebiet bekannt.

Beispiele

Korona-Entladung kann um Automobilzündkerze-Leitungen gesehen werden, die getragen geworden sind.

Siehe auch

• Atmosphärischer Druck chemische Ionisation
• Dielektrische Barriere-Entladung
• Fotografie von Kirlian
• Liste von Plasma (Physik) Artikel
• Ozon
• Ozon, der kracht
• St. Elmo Feuer
• Junhong Chen, "Direkt-aktuelle Korona Erhöhte Chemische Reaktionen", Doktorarbeit, Universität Minnesotas, der USA. August 2002.

Außenverbindungen

• Flamme-Laboratorium-Forschung — viel Information über Korona-Eigenschaften & das Gesetz des Piepsens
• Universität von Villanova — das Modellieren der Korona für verschiedene Elektrode-Konfigurationen
• Die Information über die Unterschiede zwischen der Korona, dem Funken und der Bürste entlädt
• Zusatzinformation über Korona, seine Effekten, Eigenschaften und vorbeugende Maßnahmen
• Dielektrische Phänomene in der Hochspannungstechnik