Conduzione nei gas a pressione normale

Nelle normali condizioni un gas come l’aria secca si trova ad essere un buon isolante, in quanto il suo contenuto di ioni, piccolissimo, realizza un’altrettanto piccolissima intensità di corrente al punto da non essere apprezzabile. Questo sino a quando la stessa aria non diventa sede di un campo elettrico che tende a velocizzare il movimento degli ioni presenti nell’aria, che durante il loro percorso, urtando con le molecole neutre, le scindono in ulteriori ioni positivi e negativi, determinando così il fenomeno di “ionizzazione per urto”. Il fenomeno si manifesta inizialmente con l’effetto corona intorno alla superficie delle armature, e la distanza esplosiva aumenta in conseguenza, in misura più crescente della tensione. A parità di tensione la distanza esplosiva è tanto maggiore quanto più disuniforme il campo e quanto più piccole sono le dimensioni degli elettrodi; le massime distanze si realizzano utilizzando due punte contrapposte.

Questo fenomeno a catena che si è innescato, rende gradualmente alta l’intensità di corrente di conduzione ionica fino ad assumere un’intensità tale che realizzerà il fenomeno noto come la scarica elettrica, fenomeno che si manifesta quando il campo elettrico che ha sede nel gas a temperatura e pressione normale, raggiunge il valore di 24 kV/cm ovvero il valore di rigidità dielettrica dell’aria.

La distanza fra le armature di un condensatore piano che dà luogo per una data tensione applicata alla scarica si definisce distanza distruttiva .

Quando il valore di tensione fra le armature viene gradualmente applicato, si ottengono nel caso dell’aria secca a pressione e temperatura normale, curve del tipo:

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È importante che la tensione venga applicata gradualmente, in quanto il fenomeno di ionizzazione per urto richiede un determinato tempo perché si formi un certo numero di ioni per la formazione della scarica, che non avviene se la tensione è velocemente applicata e tolta: il fenomeno indicato prende il nome di ritardo della scarica .

Applicando alle armature del condensatore la tensione che dà luogo al campo elettrico con cui si ottiene la ionizzazione per urto, e grazie al quale si viene ad avere fra le stesse armature una scarica elettrica che attraversa l’aria interposta, qualora la tensione di alimentazione rimanga presente, si ha un passaggio di intensità di corrente fra le armature (o elettrodi) di un’intensità di corrente nota come arco elettrico. Esso si manifesta come un canale gassoso, fortemente ionizzato ad alta temperatura, che si comporta come un conduttore. L’arco si può mantenere stabilmente con una tensione ridotta; nella pratica, la formazione di un arco elettrico con una bassa tensione, richiede il contatto di due elettrodi al fine di chiudere il circuito, per poi allontanarli gradualmente così che si crei la prima scintilla che ionizza l’aria circostante gli elettrodi, e la temperatura si porti a valori elevati. Si origina allora il canale gassoso incandescente dove si stabilizza l’arco elettrico.

La temperatura elevata che si crea nel fenomeno dell’arco elettrico è una condizione importante perché l’aria (gas) mantenga il grado di ionizzazione. Infatti, raffreddando l’arco, gli ioni di segno opposto perderanno energia cinetica e l’arco diventa instabile fino al suo spegnimento. E' fondamentale che rimanga incandescente l’elemento catodo che emette gli elettroni attratti dall’anodo mentre quest’ultimo può essere raffreddato.

Un arco elettrico in corrente continua presenta gli elettrodi con un consumo dissimmetrico, a differenza di un arco in corrente alternata che presenta un consumo degli elettrodi simmetrico.

La curva che prende il nome di “caratteristica discendente dell’arco”, nella relazione fra la tensione V applicata agli elettrodi e la rispettiva intensità di corrente I, dimostra che con l’aumentare dell’intensità di corrente la tensione fra gli elettrodi diminuisce, ovvero la caduta di tensione fra gli elettrodi è tanto più piccola quanto più grande è l’intensità di corrente, sino a che quest’ultima non assume un valore limite in cui la cdt decresce più lentamente.

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Pertanto se si vorrà mantenere attivo l’arco elettrico alimentando gli elettrodi con una tensione costante V, si dovrà avere una tensione maggiore della cdt provocata dallo stesso arco e la differenza (V − v) sia assorbita da un determinato resistore in serie

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Il valore di v si rileva nella curva caratteristica in corrispondenza della voluta intensità di corrente I. L’intensità di corrente del circuito sarà determinata da:

La caduta di tensione v fra gli elettrodi, si compone di una caduta di tensione anodica realizzata fra il contatto dell’anodo e l’arco, e di una caduta di tensione catodica. Tali cadute dipendono dalla natura degli elettrodi e del gas interposto, mentre la terza componente è distribuita lungo il percorso dell’arco stesso che se risulta essere breve può essere trascurabile.

fonte-Elettrotecnica Olivieri Ravelli