Significance, Limitations and Future Research Directions:

A descarga brilhante atmosf´erica ´e, atualmente, a forma mais eficiente de produzir ioniza¸c˜ao do ar do ponto de vista energ´etico. Isto ´e provocado devido ao fato de que apenas os el´etrons da camada mais externa dos ´atomos, ou seja, os el´etrons da camada de valˆencia s˜ao removidos. Outros meios de se produzir ioniza¸c˜ao em larga escala, como tochas de plasma ou jatos de arco el´etrico, utilizam em alguns casos mais de mil vezes mais energia do que uma descarga brilhante atmosf´erica. No entanto, uma descarga brilhante

atmosf´erica deve apresentar algumas caracter´ısticas para funcionar de forma eficiente e uniforme. De outra forma, a descarga que se formaria seria ou no estado filamentar ou poderia at´e decair para a ruptura de uma descarga em arco.

• Alta Tens˜ao El´etrica de Ruptura- Para se iniciar uma descarga el´etrica a tens˜ao aplicada nos eletrodos deve ser maior do que a tens˜ao de ruptura do diel´etrico do g´as que recobre os eletrodos. Segundo Lieberman e Lichtenberg (1994) esta tens˜ao ´e, no entanto, extremamente dependente do produto da press˜ao do g´as, p, pela distˆancia de separa¸c˜ao dos eletrodos, d. A Figura 5.2 apresenta resultados da rela¸c˜ao Tens˜ao com pd para o ar em 20o_{C. Desta forma, para a produ¸c˜ao de uma descarga brilhante} `a press˜ao atmosf´erica ´e necess´ario que a tens˜ao aplicada tenha valores na casa dos quilovolts. Por outro lado, pequenas distˆancias de separa¸c˜ao entre os eletrodos podem diminuir a m´ınima tens˜ao requerida para o in´ıcio da descarga.

Figura 5.2 – Rela¸c˜ao entre a Tens˜ao El´etrica de Ruptura com pd (LIEBERMAN; LICHTENBERG, 1994).

• Tens˜ao Alternada - Para se obter uma descarga brilhante est´avel na press˜ao at- mosf´erica uma tens˜ao el´etrica em corrente alternada na faixa de v´arios quilo-hertz ´e requerida (ver Figura 5.3). Segundo Massines et al. (1998), em uma frequˆencia menor do que 1 kHz uma descarga filamentar aparece; quando a frequˆencia ´e au- mentada para 10 kHz as caracter´ısticas da descarga brilhante surgem desde que

as outras condi¸c˜oes permane¸cam as mesmas. Entre estes dois est´agios, existe um estado de transi¸c˜ao. Sempre existe uma faixa de frequˆencia para se obter uma des- carga brilhante est´avel, que depende tamb´em do tipo de g´as e do material utilizado como barreira diel´etrica.

Figura 5.3 – Tens˜ao/corrente caracter´ısticas de uma descarga brilhante (ROTH; SHERMAN; WILKIN- SON, 1998).

• Mecanismo de Preven¸c˜ao de filamentos - Nos plasmas em altas press˜oes os el´etrons colidem mais frequentemente com os ´atomos do g´as neutro, o que faz com que avalanches de el´etrons cres¸cam em intensidade mais rapidamente. No campo el´etrico, a nuvem de el´etrons se move na dire¸c˜ao do ˆanodo com uma esteira de ´ıons atr´as, resultando em um dipolo el´etrico. A superposi¸c˜ao do campo externo aplicado com o campo el´etrico provocado por este dipolo leva `a forma¸c˜ao de duas frentes de ioniza¸c˜ao, uma na cabe¸ca e a outra na cauda da nuvem de el´etrons. O desenvolvimento da frente de ioniza¸c˜ao no lado do c´atodo ir´a levar a um r´apido desenvolvimento de um canal filamentar altamente condutivo, o que faz surgir uma ponte na fenda que separa os eletrodos. Neste regime, a fenda ´e preenchida com descargas filamentares transientes n˜ao uniformes, randomicamente distribu´ıdas. A descarga filamentar facilmente se transforma em uma indesej´avel descarga em arco. Barreiras diel´etricas s˜ao frequentemente utilizadas para controlar o aparecimento de descargas filamentares. A acumula¸c˜ao de cargas espa¸cadas na placa diel´etrica pro- duz um campo el´etrico oposto, e desta forma, diminuindo a tens˜ao el´etrica atrav´es

da fenda que separa os eletrodos, suprimindo o crescimento da intensidade da ava- lanche de el´etrons (ZHANG, 2004).

Para a manuten¸c˜ao da descarga brilhante em regime permanente e funcionando de forma est´avel e constante, algumas considera¸c˜oes quanto ao estado do g´as na qual ocorre a descarga devem ser feitas. Vale a pena sempre lembrar que agora a descarga brilhante ocorre `a press˜ao atmosf´erica e, portanto, o fluido ´e o ar. Desta forma, pode-se considerar o seguinte:

• Aumentar a Densidade L´ıquida de Cargas no G´as Antes Ruptura do Meio: Altas densidades eletrˆonicas podem aumentar a multiplica¸c˜ao de ioniza¸c˜ao em um campo el´etrico fraco e, portanto, ser´a mais f´acil produzir a descarga brilhante. Por outro lado, altas densidades de el´etrons e ´ıons, que se acumulam nas placas diel´etricas, podem aumentar em muito a intensidade do campo el´etrico no espa¸co entre os eletrodos na pr´oximo meio ciclo de tens˜ao o que, por sua vez, ir´a ajudar a produzir a descarga mais rapidamente (ZHANG, 2004).

• Aumento do Coeficiente de Ioniza¸c˜ao em um Campo El´etrico de baixa intensidade: Alguns tipos de impurezas tˆem uma grande raz˜ao de ioniza¸c˜ao, o que leva ao aumento da frequˆencia de ioniza¸c˜ao. Mas segundo Massines et al. (1998) a presen¸ca de uma grande quantidade de impurezas no ar ir´a induzir o regime filamentar na descarga brilhante.

• Presen¸ca de escoamento: Gherardi e Massines (2001) demonstraram que a pre- sen¸ca de um escoamento laminar de baixo Reynolds tem alguma influˆencia na amplitude e na frequˆencia requeridas para produzirem uma descarga brilhante at- mosf´erica.