Закон Пашена

Зако́н Па́шена, назван в честь Фридриха Пашена, сформулировавшего этот закон в 1889 году[1].

Кривые Пашена для гелия, неона, аргона, водорода и азота.

Де ла Рю и Мюллер (De La Rue and Muller) первыми обнаружили зависимость пробойного напряжения ${\displaystyle U}$ от произведения давления газа ${\displaystyle p}$ и расстояния между электродами ${\displaystyle L}$[2]. Однако их результаты не были замечены и процитированы в работе Пашена. Пашен исследовал зажигание разряда постоянного тока между сферическими электродами, изменяя расстояние ${\displaystyle L}$ между ними. Он показал, что пробойное напряжение ${\displaystyle U}$ зависит только от произведения ${\displaystyle pL}$, а не отдельно от давления ${\displaystyle p}$ и зазора ${\displaystyle L}$. Этот закон широко известен как закон Пашена. В соответствии с законом, наименьшее напряжение зажигания газового разряда между двумя плоскими электродами (в однородном электрическом поле) есть величина постоянная (и характерная для данного газа) при одинаковых значениях ${\displaystyle pL}$. Закон Пашена означает, что кривые зажигания ${\displaystyle U(p)}$, измеренные для различных расстояний между электродами ${\displaystyle L}$, должны наложиться друг на друга, если их построить как функцию ${\displaystyle U(pL)}$. При выполнении закона Пашена напряжение в минимуме кривой зажигания, а также произведение ${\displaystyle pL}$ должны сохраняться неизменными, постоянными.

Закон Пашена представляет собой частный случай закона подобия газовых разрядов: явления в разряде протекают одинаково, если произведение давления газа на длину разрядного промежутка остаётся величиной постоянной, а форма промежутка сохраняется геометрически подобной исходной. Однако в ряде работ было замечено, что пробойное напряжение для более длинных зазоров между электродами было заметно выше, чем для узких зазоров при неизменной величине произведения ${\displaystyle pL}$. Первыми на отклонения от закона Пашена указали Таунсенд и МакКеллум (Townsend and McCallum)[3] и МакКеллум и Клатзов (McCallum and Klatzow)[4]. Они получили, что при фиксированном ${\displaystyle pL}$ пробойные напряжения возрастают с увеличением расстояния между электродами. Отклонения от закона Пашена наблюдал также Миллер (Miller)[5], исследовавший напряжения пробоя в неоне при различных расстояниях между электродами. Правые ветви кривых зажигания в криптоне и ксеноне измерили Жак и др. (Jacques et al.)[6]. Они получили, что эти ветви с увеличением расстояния между электродами не совпадают, а смещаются в область более высоких пробойных напряжений.

Лисовский и др. (Lisovskiy, Yakovin, Yegorenkov)[7] исследовали пробой газов низкого давления в цилиндрических трубках различного радиуса ${\displaystyle R}$, при различных расстояниях ${\displaystyle L}$ между плоскими электродами, различных материалах электродов в диапазоне отношения ${\displaystyle L/R\leq 3}$. Они показали, что обычный закон Пашена для пробоя газа в постоянном электрическом поле выполняется только для коротких разрядных трубок, у которых отношение межэлектродного промежутка к радиусу трубки ${\displaystyle L/R\leq 1}$. Для бόльших значений ${\displaystyle L/R}$ нужно пользоваться модифицированным законом ${\displaystyle U=f(pL,L/R)}$. При ${\displaystyle L/R>1}$ увеличение расстояния между электродами ${\displaystyle L}$ смещает кривые зажигания ${\displaystyle U(p)}$ в область более высоких пробойных напряжений ${\displaystyle U}$ и более низких давлений газа (при выполнении обычного закона Пашена кривые зажигания с ростом расстояния между электродами смещаются в диапазон более низких давлений газа при неизменном напряжении в минимуме кривой зажигания).