Методы обеспечения практического использования электрогидравлического эффекта

Сверхдлинный разряд

Основой, обеспечивающей многообразные технологические возможности электрогидравлического эффекта, является предло­женный в 1950 г. способ получения сверхдлинных разрядов в проводящих жидкостях, осуществляемый путем предельного уменьшения активной (т. е. соприкасающейся с жидкостью) площади положительного электрода при одновременном увеличе­нии активной площади отрицательного электрода [4, 7]. Способ позволяет получать в проводящих жидкостях прорастание стриме­ров на значительные расстояния, в силу чего возникают разряды с большой длиной и поверхностью канала, способной интенсивно отдавать свою энергию в окружающее пространство. К выводу о возможности получения таких разрядов автор первоначально пришел в результате логических рассуждений.

Усилить эффект гидравлического удара можно, лишь создав все условия для максимально эффективного преобразования электрической энергии в механическую, имея в виду, что искра есть то орудие, которое передает энергию в окружающую жидкость. А поскольку энергия передается жидкости через поверх­ность канала искрового разряда, то очевидно, что энергия будет тем больше, чем больше будет поверхность. Наиболее существен­ным при решении этой задачи оказалось то, что искровой разряд развивается в жидкости, а именно в воде, и то, что химические процессы, возникающие при этом, являются фактором, определяю­щим характер всего процесса преобразования энергии. Оказалось также, что при этом весьма существенную роль играет закон Кольрауша, или закон аддитивности электропроводности различ­ных ионов в растворах.

В воде, где практически существуют только два вида ионов: положительные Н⁺ и отрицательные ОН~, основная, определяю­щая весь процесс разряда роль принадлежит иону ОН". В самом деле, электроны, срывающиеся с ионов'ОН~ и вливающиеся затем в канал стримера, определяют не только самое его существо­вание, но и его длину, ибо чем их будет больше, тем дальше прорастет стример, тем длиннее будет разряд, меньше потери

на электропроводность и выше механический КПД разряда. В то же время ион Н⁺ (или гидроксоний Н₃О⁺) не принимает участия в росте стримеров и с этой точки зрения бесполезен для всего процесса разряда.

Таким образом, задача состояла в том, чтобы создать противо­положные для ионов разных знаков условия: всемерно затруднять условия образования новых ионов Н⁺, и одновременно с этим всячески облегчать условия их разрядки; возможно более облег­чать условия образования новых ионов ОН" с одновременным обеспечением их преимущественной разрядки не на электрод, а на растущий стример с тем, чтобы всячески стимулировать этим его рост в длину.

Создать такие условия оказалось возможным без сложных и дорогостоящих устройств и изменения химического состава воды благодаря изменению формы электродов.

Действительно, при резком уменьшении активной, соприкасаю­щейся с водой поверхности положительного электрода (путем мак­симальной его изоляции по всей длине, кроме переднего конца) и одновременном резком увеличении активной поверхности отри­цательного электрода в воде между электродами возникает значи­тельная асимметрия поля и, как следствие этого,— особая ионная атмосфера (преимущественно одного знака), способствующая ин­тенсивному прорастанию стримера в жидкости.

Такая асимметрия поля создает 'в области между электрода­ми благоприятные условия для быстрой нейтрализации ионов Н ⁺ и обогащения жидкости ионами ОН". Ионы Н⁺ легко разряжа­ются на обширный отрицательный электрод, тогда как образова­ние новых ионов Н⁺ при минимальной поверхности положительно­го электрода очень затруднено. В результате происходит резкое уменьшение общего числа ионов Н⁺ в объеме между электродами. Реакция жидкости в этом объеме становится щелочной. В то же время ионы ОН~, легко получая новые заряды от обширного отрицательного электрода, насыщают межэлектродное простран­ство и активно разряжаются, но не на сам, почти весь изолиро­ванный положительный электрод, а преимущественно на растущий от положительного электрода стример. Между электродами возникает отрицательный объемный заряд из ионов ОН^, легко отдающий свои электроны в растущий канал стримера, вследствие чего он и прорастает на значительные расстояния, определяя сверхдлинный канал искрового разряда при данных параметрах импульса.

Количественный сдвиг ионного равновесия в сторону преобла­дания ионов ОН допустим действием закона Кольрауша, тем более, что этот закон справедлив не только для межэлектродного промежутка, но и в остальном объеме жидкости, где заряд ионов преимущественно противоположен (Н ⁺ ).

Особая роль иона ОН" и ионов вообще и определяет тот факт, что в жидкостях со слабой ионной проводимостью (типа воды) за

счет ионов ОН сверхдлинные разряды возникают легко и поэтому коэффициент преобразования энергии в них особенно высок. Таким образом, резкая асимметрия поля, возникающая при реализации описанного способа получения сверхдлинных разрядов, есть необ­ходимое условие, обеспечивающее более высокий механический КПД и тем самым определяющее смысл электрогидравлического преобразования энергии.

С применением данного способа разряды в проводящей жид­кости типа воды становятся при равных параметрах импульса в десятки раз длиннее и осуществляются при напряжении в 100 кВ с градиентом около 1 кВ/см длины рабочего искрового проме­жутка. С повышением напряжения градиент нелинейно падает, что позволяет при напряжениях в несколько сотен киловольт получать в воде многометровые разряды.

Таким образом, простое уменьшение активной поверхности положительного электрода с одновременным резким увеличением активной поверхности отрицательного электрода позволило пол­ностью решить все поставленные задачи, в результате чего обыч­ный, наблюдавшийся Т. Лейном, Д. Пристли, Ф. Фрюнгелем и другими исследователями маленький и слабый искровой разряд в воде превратился в сверхдлинный искровой разряд, способный легко передавать энергию наружу, обеспечивая этим высокий механический КПД нового способа промышленной трансформа­ции электрической энергии в механическую [14, 19].

Существенный интерес представляет рассмотрение условий движения ионов в непосредственной близости от острия изолиро­ванного положительного электрода различных электрогидравличе­ских устройств. На рис. 2.1,а показана конфигурация электри­ческого поля в момент подачи импульса на электроды, а на рис. 2.1,6 — в момент уже проросшего стримера. Из анализа динамики развития процесса следует, что в начальный момент около острия электрода образуется область высокой напряжен­ности поля (ЕязЗб кВ/см), в силу чего происходят вытеснение из этой области положительных ионов Н⁺ и обогащение ее объема отрицательными ионами ОН". В указанной области возникает значительный объемный заряд противоположного электроду зна­ка, что в высшей степени облегчает возникновение, а главное, быстрое прорастание мощных стримеров и, как следствие, «замыкание» электродов.

Из рассмотрения рис. 2.1,а, б также можно заключить, что по мере роста стримера область высокой напряженности оказы­вается связанной с его передним концом, т. е. перемещается вместе с ним. Стример выступает здесь как своеобразный «выдвижной электрод», площадь которого возрастает по мере его удаления от конца положительного электрода, что должно увели­чивать'и величину возникающих потерь. Однако конфигурация поля вокруг поверхности стримера по всей его длине оказывается крайне благоприятной для возникновения и существования окру-

Рис. 2.1. Схемы электрического поля в жидкости; а — при подаче

импульса на электроды; б — при прорастании стримера;

/ — эквипотенциальные поверхности поля; 2—силовые линии поля;

3 — стример; 4 — оболочка канала стримера

жающего его «облака» отрицательных ионов ОН", а значит, и газовой оболочки от разрядившихся ионов, надежно изолирующей канал стримера от непроизводительных потерь. Стример, почти проросший до второго электрода, даже в момент замыкания им обоих электродов по-прежнему имеет максимальную напряжен­ность поля на своем переднем конце. И здесь поле вдоль стримера также равномерно и также способствует существованию облака

' 47

отрицательных ионов ОН . Из сопоставления этапов развития поля следует, что по мере роста стримера об часть, за'нятая отрицательным объемным зарядом, как бы расплывается вдоль всей поверхности стримера, имея максимум концентрации на его переднем конце.

По мере роста стримера рост усов стримера назад и в направле­нии, перпендикулярном к оси основного канала стримера, затруд­няется. Именно на этом основана предложенная конструкция электрода с выдвижным от торца изоляции острием стержня. При этом торец изоляции удаляется из области высоких напряжен-ностей поля, что делает его наименее уязвимым для разрушения стримерами.

На приведенных схемах показан случай, когда стример имеет только один канал, без ветвей, развивающийся прямолинейно вдоль продолжения оси электрода, что на практике случается редко. Как правило, стример; даже одноканальный, имеет практи­чески много небольших усов — ветвей, отходящих в стороны от главного канала 'вдоль силовых линий поля. Главный канал стримера, как правило, также не прямолинеен. В подобном случае конфигурация линий поля, конечно, будет сильно иска­жена взаимным влиянием полей усов, кривизной ветвей и глав­ного канала, но принципиальная картина поля будет совершенно аналогична приведенной.

Зная конфигурацию поля в каждый из моментов роста стриме­ра, можно представить и поведение ионов. На рис. 2.2 схематично показано поведение ионов вблизи острия положительного электро­да. Отрицательные ионы ОН~ отдают свои электроны в канал стримера, определяя этим его постепенное удлинение — «прорас­тание» в объем жидкости между электродами. При движении в канал эти электроны следуют по силовым линиям поля. Поло­жительные ионы Н⁺ выталкиваются из зоны концентрации ионов ОН™ действием сил поля, при этом их движение совершается также по силовым линиям поля. Это имеет существенное значение для объяснения еще одного явления — так называемого «ион­ного противопотока». Кроме того, подобное представление, о ха­рактере их перемещения служит еще одним подтверждением положения о самоперемещающейся газово-ионной «самоизоля­ции» стримера при его росте и развитии в жидкости, -г

В самом деле, если картина движения ионов по схеме на рис. 2.2 сохраняется в основном до полного замыкания стримером обоих электродов, то, следовательно, истинная конфигурация поля в этот момент в точности совпадает с той, которая была приведена на рис. 2.1, б. Тогда многие ионы Н ⁺ , двигаясь ко второму электроду только по силовым линиям поля (вдоль них), будут вынуждены двигаться в совершенно, казалось бы, противополож­ном направлении — вдоль канала стримера, образуя в непосред­ственной близости от него окружающий его поток положитель­ных ионов Н ⁺ , направленный к положительному электроду.

Рис. 2.2. Схема движения ионов в межэлектродном проме­жутке:

/ — растущий стример; 2 — силовые линии поля; 3 — направление
> , движения ионов

Опыт показывает, что такого рода поток действительно суще­ствует. Для обнаружения его достаточно на пути стримера в жидкости поставить лист бумаги и пробить ее стримером или разрядом. При этом края образовавшегося отверстия оказывают­ся вывернутыми в сторону, обратную направлению кажущегося движения стримера, т. е: они выворачиваются в ту сторону, в кото­рую двигались электроны в канале — в сторону положительного электрода.

Согласно нашим представлениям о происходящем процессе, это сделали не электроны. Края бумаги были загнуты в эту сторону потоком положительных ионов, как рубашкой окружавших об­ласть повышенной концентрации отрицательных ионов и вывер­нувших края бумаги, которые продолжали движение по инерции уже после,того, как разряд пробил бумагу и прекратился. Таким образом, около выступающего из изоляции острия положительно­го электрода при импульсном наложении поля создаются усло­вия, когда тяжелые малоподвижные ионы ОН~, мешая друг другу разрядиться на острие положительного электрода, получат лучшие условия для этого, разряжаясь на быстро растущий стример. Быстрые, легкоподвижные ионы Н⁺, интенсивно выталкиваясь из зоны, окружающей острие электрода, тем самым создают около него зону повышенной концентрации отрицательных ио­нов — зону повышенной щелочности, зону окислительных реакций. По мере перемещения к отрицательному электроду концентрация

4 Зак. 1

Иное дело — степень ионизации. Хотя повышение ее значения, казалось бы, и желательно, ибо число ионов в единице объема жид­кости при этом растет, но тем не менее, учитывая большие потери энергии, возникающие по этой причине в предразрядный период, следует с осторожностью рекомендовать ее увеличение выше некоторого предела определяемого упомянутыми выше условиями.

Состояние взаимоторможения ионов сохраняется стабильным, а ионы остаются практически неподвижными все время, пока сохраняется неизменность крутизны фронта нарастания или спада импульса напряженности поля. Малейшие изменения нарастания или спада крутизны фронта импульса будут изменять условия процесса взаимоторможения и неподвижности ионов,, изменять ту стабильность, которая установилась, и вызывать перемещение ионов относительно друг друга. Следовательно, стабильность нарастания или спада крутизны фронта импульса напряженности поля является определяющим фактором в сохранении данной жидкостью свойств импульсного 'Диэлектрика, приобретенных ею при импульсном приложении поля.

Если ток — это фактор, определяющий количество ионов, уча­ствующих в процессе взаимного перемещения, то напряжен­ность поля — фактор, определяющий энергию и скорость переме­щения этих ионов. Крутизна фронта импульса тока определяется скоростью вступления в процесс общего перемещения все новых и новых ионов. Крутизна фронта импульса напряженности поля определяет скорость сообщения этим ионам дополнительной энер­гии, определяет изменение скорости их взаимного перемещения. Поэтому можно сделать вывод, что если крутизну фронта импуль­сов тока и напряжения согласовать, то средняя энергия, приходя­щаяся на один заряд — ион, может остаться постоянной. Другими словами, по мере увеличения количества вступающих в процесс движения ионов одновременно и равномерно может увеличивать­ся (или даже уменьшаться) энергия, приходящаяся на один заряд — ион. Таким образом, условия, вызывающие явление само­торможения, превратившие данную жидкость в импульсный диэлектрик, могут оставаться стабильными сколь угодно долго, стоит лишь обеспечить условия этой стабильности.

Под термином «самоторможение» следует понимать длительный относительный покой двух или нескольких ионов, тесно контакти­рующих своими силовыми электрическими полями с другими ионами и пребывающих в состоянии относительного покоя строго определенное некоторыми условиями время. Этими условиями являются броуновское движение, конвекция и энергия электри­ческого поля, действующего на ионы (ибо можно допустить существование и таких полей, под влиянием сил которых ионы просто «раздавят» друг друга, а жидкость превратится при этом в какое-то новое вещество). Этот случай представляет интерес при изучении явлений сверхмощного импульсного электролиза, осуществляемого при сверхвысоких напряженностях поля.

При движении в жидкости происходит торможение ионов за счет сопротивления движению, аналогичного трению, за счет упру­гих столкновений, приводящих к потере скорости ионов, и неупру­гих столкновений (явление «взаимоудержания»), приводящих к временной остановке движения ионов, а также за счет инерци­онных потерь скорости при изменениях направления движения ионов. Можно предположить также, что тяжелые, малоподвижные ионы при своем движении в электрическом поле перемещаются относительно прямолинейно, тогда как легкие, подвижные ионы движутся по криволинейным траекториям, «огибая» тяжелые ионы. При прямом столкновении тяжелого и легкого ионов из-за большой разницы их линейных размеров возможность «огибания» легким ионом более тяжелого становится затруднительной, в силу , чего явление взаимоторможения облегчается.

Специфические свойства геля, которые позволяют не только резко уменьшать скорости движения ионов, но и полностью их затормаживать (например, при повышении объемного содержания или изменении структуры или свойств геля), представляют боль­шой интерес для практического использования импульсных диэлектриков. Большое многообразие видов, свойств и структур гелей позволяет использовать их очень широко.

Ионы в гелях движутся подобно ионам, проходящим через сетку сверхтонких капилляров. При этом их скорости уменьшаются с уменьшением диаметра и под влиянием свойств поверхности капилляров. Допустимо предположение о возможности полной «закупорки» отверстия капилляра ионным «тромбом», состоящим из одного или нескольких однотипных ионов, и поэтому о полном прекращении перемещения по капилляру всех других ионов.

Таким образом, использование гелей наилучшим образом будет способствовать торможению ионов, поскольку поры гелей практи­чески соответствуют отверстиям капилляров минимально воз­можного диаметра.

Способность гелей тормозить движение ионов хорошо ил-- люстрирует следующий опыт. На электроды, выполненные в со­ответствии с принципом получения сверхдлинного разряда и раз­мещенные в ванне, заполненной водным гелем желатина, подава­лось импульсное напряжение (47 = 50 кВ, С = 0,1 мкФ). При рас­стоянии между электродами, равном 5,0 см, на прямой поляр­ности (положительный электрод изолирован по всей длине, кроме переднего края) искрового разряда не возникало. Были заметны слабые стримеры длиной около 0,5—0,8 см у положительного электрода. Искровой пробой наступил только при сближении электродов на расстояние до 1,0 см и градиенте около 50 кВ/см. После того как гель полностью распался, искровой пробой насту­пал уже при расстоянии между электродами до 25 см и градиенте около 2 кВ/см.

При перемене полярности искровой пробой не наступал при расстоянии между электродами 0,5 см, стример реверсивного

Зак. 1

разряда развивался от конца отрицательного электрода в проти­воположную положительному электроду сторону на расстояние до 5,0 см. В полностью распавшемся геле пробой наступал при расстоянии между электродами, равном 1 см, или одновременном реверсивном разряде длиной до 20 см. Очевидно, что при достаточ­ном содержании геля любой ион, начиная с самого тяжелого, может быть полностью заторможен в порах геля и проводимость геля в соответствии с законом Кольрауша станет обеспечиваться уже другими ионами. Кроме того, необходимо отметить, что ха­рактер движения ионов в порах геля и вблизи них имеет много общего с характером движения ионов около острия электрода, и это дает возможность по нашему желанию повышать содержа­ние ионов одного знака в заданном участке объема геля. В част­ности, имея дело с водной основой геля и затормозив, например, ион ОН , можно либо резко повысить в каком-то определенном объеме концентрацию этих ионов в порах геля и вблизи них, либо, наоборот, резко повысить в другом объеме концентрацию ионов Н⁺ и, буквально «забив» ими все поры геля, создать около пор изолирующую эти поры атмосферу положительных ионов. В результате можно получить относительно устойчивые «скопле­ния» ионов одного знака в локальных объемах геля.

После разделения этих временно связанных объемов в них окажется сосредоточенным объемный заряд какого-либо одного знака, а это при соединении разноименных объемов проводником приведет к последующему выравниванию зарядов, т. е. к появле­нию тока в проводнике, соединяющем эти объемы. Таким обра­зом, устройство для реализации подобной задачи приобретет все свойства гальванического элемента и позволит получить новый вид аккумуляторов — гелевый аккумулятор, а также даст в руки ис­следователей метод разделения ионов в жидкостях-гелях. Отме­тим, что хотя все гели обладают способностью более или менее быстро распадаться и терять свои первоначальные свойства, тем не менее подбором гелей и стабилизацией их свойств можно сохранить гели от распада в течение заданного времени.

Именно поэтому использование диэлектрических свойств, воз­никающих в импульсных полях, особенно интересно и перспективно применительно к гелям. Используя особенности гелей, представля­ется возможным управлять движением ионов^у обоих электродов, добиваясь нужного эффекта.

Так, для создания импульсного конденсатора следует обеспе­чить высокую концентрацию положительных ионов Н⁺ у его рабочих поверхностей, затормозив движение отрицательных ионов ОН или удалив их как можно дальше от этих поверхностей [36]. При этом «облако» положительных ионов Н⁺, плотно окру­жившее заданный электрод (рабочую поверхность конденсатора), создаст вокруг нее идеальную непробиваемую «самоизоляцию».

Следует указать, что если торможением ионов в геле можно не допустить тот или иной ион к определенному электроду и тем

самым создать возле него избыток или недостаток других ионов, то на этом возможности этого явления по существу и заканчи­ваются. Однако при специальном формировании конфигурации силовых линий электрического поля можно также добиться ряда положительных результатов, например, не допустить роста стри­меров в заданном направлении, исключить возможность опасной концентрации ионов любого знака в заданном объеме рабочей камеры и т. д'. Все эти возможности следует использовать при проектировании различных типов электрогидравлических уст­ройств.

Поскольку условием возникновения и существования импульс­ных диэлектриков является наличие ионов, то не только жидкости, но при определенных условиях и „газы, и твердые тела (и даже плазма) могут становиться импульсными диэлектриками. Это об­стоятельство значительно расширяет возможности их применения. Так, возможно создание как высоко-, так и низкотемпературных вакуумных и жидкостных устройств, работающих при обычных температурах. Кроме этого, используя указанные свойства гелей, можно создать устройства типа диодов, триодов и других много­электродных устройств с управляемыми электродами для исполь­зования их в радиотехнике и электронике. Однако наиболее пер­спективными, по нашему мнению, будут устройства, работающие на переходных или смешанных средах: твердо-жидких (типа геля, глины), жидкостно-газовых (типа пены) или твердо-газовых (типа пыли).

По нашим представлениям, электрические процессы, происхо­дящие ъ нервных клетках живых организмов, протекают с исполь­зованием принципов импульсной электрохимии и особенно прин­ципов работы импульсных диэлектриков. Для практического -использования импульсных диэлектриков необходимо также учитывать, что электрические потери в импульсных, диэлектриках определяют практическую ценность их как диэлектриков, обуслов­ливаются прежде всего электропроводностью их среды и умень­шаются вместе с уменьшением электропроводности.

Роль каждого вида ионов в импульсных диэлектриках строго определена и локальна. Одни из них, например ионы ОН~, опреде­ляют рост стримеров, например, при реализации сверхдлинного или реверсивного разряда. Другие, например ионы Н⁺, полезны для целей создания надежной изоляции от пробоя. В то же время ион Н⁺ определяет потери на проводимость в силу его высокой подвижности, и для уменьшения этих потерь необходимо всемерно уменьшать активную поверхность положительного электрода., сохраняя, однако, ионы и ионную проводимость, т. е. сохраняя потери, ибо без ионов, а следовательно, и без какой-то минималь­но необходимой ионной проводимости импульсные диэлектрики невозможны. Но, заменяя электропроводность одних- ионов электропроводностью других, можно свести эти потери к минимуму и получить необходимый результат.

Таким образом, уменьшение проводимости среды импульсного диэлектрика и ее сохранение на необходимом уровне может осуществляться различными способами: полным или частичным торможением содержащихся в среде ионов; исключением одного или нескольких ионов из общего процесса проводимости; созда­нием необходимой концентрации опеределенных ионов в заданной части рабочего объема. Наиболее рационально одновременное использование всех указанных способов.

Также необходимо учитывать, что потери на проводимость ока­зываются минимальными при импульсном приложении электриче­ского поля и, казалось бы, должны уменьшаться и далее — с умень­шением длительности импульса и увеличением его крутизны. Однако это не совсем так. Специфические свойства ионов за­ставляют предполагать, что, хотя потери и уменьшаются с увеличе­нием крутизны и уменьшением длительности импульса, но основ­ным фактором, определяющим потери в импульсных диэлектриках, будет параметр, характеризующий стабильность нарастания или спада крутизны фронта импульса, создавшего поле.

В частности, именно по этой причине проводимость жидкости для постоянного тока меньше, чем для переменного, так как потери на проводимость будут в нем меньше по сравнению с пе­ременным, где спад и нарастание поля крайне нестабильны. Подобно тому, как вибрация способствует быстрому уплотнению гравия в бетоне или быстрому прохождению любого материала сквозь сито при просеивании, так и отсутствие «монотонности» (стабильности) крутизны спада и нарастания переменного тока подобно вибратору способствует тому, что ионы значительно быст­рее «просеиваются» друг через друга при движении к электродам. Отсюда следует, что потери будут оставаться стабильными до тех пор, пока будет,сохраняться стабильность нарастания или спада переменного тока, пока будет оставаться неизменной крутиз­на нарастания или спада фронта импульса, создавшего поле. Это вовсе не означает, что импульсный диэлектрик должен исполь­зоваться все это время. Напротив, стабильность состояния им­пульсного диэлектрика, обеспечивающая его идеальную работу в течение длительного времени, может сохраниться и также успешно использоваться в любой период этого времени.

Все изложенное позволяет рекомендовать обычную воду для практического использования ее в качестве материала импульсно­го диэлектрика в устройствах, ,питаемых импульсами длитель­ностью 10~⁴—10~³ с и короче [36, 41]. При этом потери будут уменьшаться с увеличением крутизны фронта импульса. Потери будут максимальными с приближением крутизны фронта к импуль­су практически нулевой амплитуды, а минимальными — с прибли­жением крутизны к импульсу бесконечно крутой амплитуды. Отсюда следует, что потери будут минимальными и на тех участ­ках кривой импульса, где нарастание или спад происходят линейно, без флуктуации, и что в целях сохранения высоких качеств

Рис. 2.21. Схема участков потерь для импульса напряжения при работе

на прямой полярности (а) и на обратной полярности (б):

1 — участки наименьших потерь; 2—участок несколько больших потерь; 3 —

участок максимальных потерь

импульсного диэлектрика следует обеспечивать, кроме прочих, и это условие.

На рис. 2.21, а приведена схема импульса напряжения при работе на прямой полярности, на которой показаны те участки, где потери могут быть минимальными и где они вынужденно максимальны, а на рис. 2.21,6 — аналогичная схема для случая работы на обратной полярности для тех же параметров длины искры, напряжения и емкости. Из сопоставления этих двух схем следует, что при работе на одинаковых параметрах импульса, но на обратной полярности жидкость, как импульсный диэлектрик, «работает» более эффективно и экономично и оказывается способ­ной во много раз дольше сохранять свойства импульсного диэлект­рика, чем в случае работы устройств на прямой полярности.

Магнитное поле при реверсивном разряде имеет свои особен­ности. Из сравнения рис. 2.21, а и 2.21, б следует, что зависимости тока и напряжения реверсивного разряда и разряда при работе на прямой полярности совершенно различны и по форме кривых и по характеру нарастания и спада. Однако зависимости на рис. 2.21,6 соответствуют реверсивному разряду «в чистом виде», т. е. когда разряд возникает при максимально изолиро­ванном отрицательном электроде и очень сильно развитой актив­ной поверхности пластины положительного электрода. По мере увеличения площади отрицательного и ум&ньшения площади по^ ложительного электрода кривые тока и напряжения реверсивного разряда будут все более походить на кривые тока и напряжения разряда при работе на прямой полярности, приведенные на рис. 2.21, а.

Таким образом, и на реверсивном разряде работа всех уст­ройств, использующих импульсные диэлектрики, будет происхо­дить в условиях, когда вид и форма кривых тока и напряжения будут очень близки к их канонической форме при обычном разряде на прямой полярности.

Все вышеизложенное послужило основой для создания импульсных конденсаторов, кабелей, выпрямителей, вентилей, диодов, выключателей импульсных токов, принципиальные схемы которых были предложены еще в начале 50-х годов.

где со — частота вынуждающей ЭДС; С — емкость контура.

Глава 3