СЕЛФ

38

и С.Б. Каравашкин

5. Физические процессы, способствующие образованию металлических мостиков

Чтобы выявить физические явления, которые могли бы способствовать образованию мостиков, следует учесть ряд факторов, которые ранее обсуждались и анализировались. Прежде всего, следует учесть малость межконтактного промежутка, который может быть легко перемкнут, если будут выявлены силы, способствующие сближению участков поверхностей контактов. Во-вторых, как мы выяснили выше, контактные поверхности в области развития ливневых дуг расплавлены достаточно сильноточным разрядом, который обеспечивается индуктивной нагрузкой. В-третьих, процессу образования металлических мостиков предшествует высокочастотный высоковольтный колебательный процесс, который способен создавать в области ливневой дуги значительные электродинамические и магнитодинамические усилия. Наконец, в-четвёртых, как мы видели выше, мостики способны образовываться при любой полярности напряжений на контактах.

Исходя из перечисленных условий, мы сразу можем сказать, что такие процессы как конденсация материала катода и анода, как и случайное перемыкание контактного промежутка инородным телом, не могут обеспечить всего комплекса указанных свойств. Это обусловлено тем, что, например, при случайном перемыкании контактного промежутка мы не имели бы столь стабильной и закономерной последовательности развития ливневой дуги. Случайность попадания в область промежутка инородных проводящих тел всегда придавала бы этому процессу нерегулярный характер, что не наблюдается в эксперименте. Конденсация же материала катода и анода была бы возможна только в случае, когда перед монотонным участком ливневой дуги имела бы место короткая дуга, распад которой мог бы привести к процессу конденсации. Но как мы видели на осциллограммах, процессу образования мостика предшествует высокочастотный разряд, в котором просто не способна в достаточном количестве образоваться плазма, материал которой мог бы конденсироваться. К тому же, данный разряд протекал бы до тех пор, пока существовали бы условия для его поддержания. Но как мы могли убедиться, мостик образуется независимо от исчерпания энергии, поддерживающей разряд. Более того, сам факт затухающих колебаний в начале монотонного участка свидетельствует о том, что часть колебательной энергии рассеивается после образования мостика.

В принципе, после того, как наиболее популярные факторы оказываются непригодными для описания процесса образования мостиков, остаётся две наиболее реальных возможности, - это электростатическое стягивание жидких капель материала электродов и перемыкание промежутка плазменными струями. При этом наиболее вероятно, что оба явления имеют место в зависимости от условий на контактах и могут реализовываться даже в одной ливневой дуге на различных её стадиях. Поэтому мы вкратце обоснуем феноменологию обоих физических процессов.

Для того, чтобы обосновать возможность образования жидкого металлического мостика путём электростатического стягивания участков поверхностей контактов, следует обратить внимание на напряжённость поля в промежутке, возникающую на этапе высокочастотных высоковольтных колебаний, предшествующих образованию мостика. Ранее мы нашли, что размеры промежутка, в которых образуется мостик, оцениваются величиной (40- 80) мкм. При этом разность потенциалов, возникающая на контактах, может быть оценена величиной (1- 2) кВ. Таким образом, даже в предположении равномерного поля средняя напряжённость может быть оценена величиной 2,510⁸ В/м. Это достаточно высокая напряжённость поля, и не случайно процесс изменения ёмкости конденсаторов в высокочастотном поле, называемый "мерцанием" ёмкости, давно известен в теории надёжности радиоэлементов. "Во многих конструкциях конденсаторов постоянной ёмкости наблюдается особый вид неустойчивости, характеризующийся кратковременными изменениями (всплесками) ёмкости. Эти изменения обычно не выходят за пределы десятых и сотых долей процента, однако являются недопустимыми, если конденсаторы работают в цепях задающих частоту генераторов. Впервые это явление было обнаружено в керамических конденсаторах, сделанных из материалов с большой величиной и с электродами из вожжённого серебра. В дальнейшем это же явление было обнаружено и в слюдяных, стеклоэмалевых, плёночных конденсаторах. Общей чертой всех этих конструкций было наличие электродов в виде неплотных металлических плёнок, полученных вжиганием, распылением или химическим осаждением" [34, с. 183]. "Было также замечено, что мерцание не проявляется при весьма малых напряжениях на конденсаторе и бывает наиболее интенсивным при больших напряжениях, когда можно наблюдать даже искрение на поверхности электродов" [34, с. 183].