Dzirksteļizlāde

Dzirksteļizlāde jeb elektriskā dzirkstele ir nestacionārs elektriskās izlādes veids gāzēs.
Dzirksteļizlāde pēc būtības ir līdzīga lokizlādei, tikai norisinās īsu brīdi, nevis pastāvīgi. Tā notiek, ja enerģijas avotam nepietiek jaudas, lai nodrošinātu lokizlādi vai mirdzizlādi - tad, tikko ir izveidojies strāvu vadošs plazmas kanāls starp elektrodiem, spriegums starp tiem nokrītas zem jonizācijas sprieguma un izlāde dažu mikrosekunžu laikā nodziest. Pēc tam potenciāls starp elektrodiem no jauna sāk pieaugt, līdz notiek jauna dzirksteļizlāde. Dzirksteļizlāde notiek pie atmosfēras spiedienam tuviem gāzu spiedieniem un to pavada raksturīgs troksnis jeb sprakšķis. Temperatūra dzirksteles kanālā var sasniegt 10 000 K.

Procesa būtība

Dzirksteļizlāde notiek, ja lauka intensitāte pārsniedz gāzes caursites intensitāti (gaisam atmosfēras spiedienā ap 3 MV/m). Tad brīvā noskrējiena garums ir mazs, bet lādiņu izplatīšanos nodrošina liels lokālais spriegums. Rezultātā veidojas lokālie lavīnizlādes posmi (jonizētās molekulas elektrons paātrinās, jonizē nākamo molekulu, tad jau abi paātrinās, utt. – sākas ķēdes reakcija), kas saprotamu iemeslu dēļ notiek ar nelielu ātrumu. Izlādes kanāla (t.s. strīmera) izplatīšanās sākas ar elektronu triecienjonizācijas radītajām lokālajām lavīnizlādēm pie katoda virsmas nelīdzenumiem (asumiem). Tālāk kanāls izplatās ar gaismas ātrumu, pirmo lavīnizlāžu laikā ierosinātajām gāzes molekulām izstarojot jonizējošo UV starojumu, kas, izplatoties izlādes telpā, ierosina citas lavīnizlādes. Caursiti un dzirksteļizlādes sākumu nosaka tas, vai lavīnizlādes ķēdes reakcija kļūst sazarota. Tad kanāls nonāk līdz katodam un noslēdz ķēdi – veidojas dzirkstele, kas ir stipri jonizētās gāzes (plazmas) tieva sazarota aukla. Kanālā izrautie elektroni lielajā lauka intensitātē ātri paātrinās, kas nodrošina ļoti augstu temperatūru (līdz 30 000 K elektrodu tuvumā; auklas garumā parasti ap 10 000 K) un tādējādi arī spiediena pieaugumu (kas ir cēlonis dzirksteles skaņām). Spīdēšanu nodrošina sadursmēs radīto jonu rekombinācija un ierosināto molekulu un atomu izspīdēšana (emisija). Šķidrajos un cietajos dielektriķos dzirksteļizlāde ir galvenais vadāmības nodrošinātājs (caursites ceļā).
Sākotnējai caursitei ir nepieciešams vairāku kilovoltu liels spriegums. Mazāku spriegumu gadījumā lavīnizlādes ķēde nespēj zaroties un apsīkst, jo lauka intensitāte krītas ar attālumu līdz elektroda asajam galam. Tad ap elektroda asumu veidojas izlādes kanāli, kas nespēj nonākt līdz otrajam elektrodam – koronas izlāde.
Dzirksteļizlādes kanāls pastāv diezgan īsu brīdi, jo izlādei telpā nepieciešams ļoti liels spriegums, pie kam tiek izdalīta ļoti liela enerģija. Tas viss liek izmantot kondensatorus kā enerģijas avotus, un pēc to izlādes izzūd arī dzirkstele, joniem rekombinējot zemā lauka apstākļos. Tādēļ dzirksteles kanāls veidojas no jauna katru reizi, kad uz kāda no katoda virsmas defektiem atkal var sākties gāzes caursite. Ja elektrodi it pietiekami tuvu viens otram, kas nodrošina ļoti lielu lokālo lauka intensitāti arī pie pastāvīgi uzturama sprieguma, kanāls nepaspēj sabrukt un sākas lokizlāde. Tajā galvenais elektronu avots ir termiskā emisija, un praktiski visa gāze starp elektrodiem ir jonizētajā (plazmas) stāvoklī. Elektrodi sakarst tādēļ, ka intensīvajā elektriskā laukā paātrinātie elektroni vai joni lielos daudzumos triecas pret vienu un to pašu elektroda virsmas punktu. Elektroniem pie vienāda paātrinošā sprieguma U ir daudz lielāks kustības ātrums nekā daudz smagākiem katjoniem, jo kinētiskā enerģija Eₖ = eU, kas ir proporcionāla šim spriegumam, abiem ir vienāda (ja apskata vienkārt lādētus jonus); tādēļ anods, pret kuru triecas elektroni, sakarst vairāk. Izmantojot grafīta elektrodus un lielus neoksidējošas gāzes spiedienus, var iegūt loka temperatūras līdz 50 000 K; lietojot metāla elektrodus, temperatūras ir mazākas, jo metāli spēcīgi iztvaiko, atdzesējot šajā procesā elektrodu. Tādēļ šajā pēdējā gadījumā visaugstākās temperatūras ir iegūstamas dzirksteļizlādē.

Dzirksteļizlāde dabā un tehnikā

Dabā novērojamas gigantiskas dzirksteļizlādes - zibeņi un tos pavadošās intensīvās skaņas, ko sauc par pērkonu.
Dzirksteļizlādi pielieto klasiskajā spektrālajā elementanalīzē, pārsvarā metālu sakausējumiem. Procesu apgrūtina izlādes nestabilitāte.
Dzirksteles rodas arī berzes rezultātā, ja beržas materiāli ar tieksmi uzlādēties (atdalīt lādiņnesējus).