Несамостійний газовий розряд - студопедія
Процес проходження ел. струму через газ звані. газовим розрядом.
Розрізняють 2 види розрядів: самостійний і несамостійний.
Якщо електропровідність газу створ. зовн. ионизаторами, то ел. ток в ньому звані. ненайвидатніші. газовим розрядом. V
Розглянути. ел. схему, сост. з конденсатора, гальванометра, вольтметра і джерела струму.
j = # 947; * E - закон Ома для ел. струму в газах.
При досить сильному ел. поле в газі починається процес самоіонізаціі, завдяки якому струм може існувати без зовнішнього іонізатора. Такого роду ток називається самостійним газовим розрядом. Процеси самоіонізаціі в загальних рисах полягає в наступному. В природ. ум. в газі завжди є невелика кількість вільних електронів та іонів. Вони створюються такими природ. ионизаторами, як космич. промені, випромінювання радіоактивних речовин, сприяння в грунті і воді. Досить сильне ел. поле може розігнати ці частинки до таких швидкостей, при яких їх кінетична енергія перевищить енергію іонізації, коли електрони і іони, зіткнувшись на шляху до електродів з Нейт. молекулами будуть іонізувати ці молекули. Обр. при зіткненні нові вторинні електрони і іони також розгін. полем і в свою чергу іонізують нові нейтр. молекули. Описана самоіонізація газів називається ударною полізаціей. Вільні електрони викликають ударну іонізацію вже при Е = 10 3 В / м. Іони ж можуть викликати ударну іонізацію тільки при Е = 10 5 В / м. Ця різниця зумовлена рядом причин, зокрема тим, що для електронів довжина вільного пробігу значно більше, ніж для іонів. Тому іони набувають необхідну для ударної іонізації енергію при меншій напруженості поля, ніж іони. Однак і при не дуже сильних полях "+" іони відіграють важливу роль в самоіонізаціі. Справа в тому, що енергія цих іонів ок. достатньою для вибивання електронів з металів. Тому розігнані полем "+" іони, б'ючись об металевий котод джерела поля, вибивають з котода електорони. Ці вибиті електрони розм. полем і пооізводят ударну іонізацію молекул. Іони і електрони, енергія яких недостатня для ударної іонізації можуть проте при зіткненні з молекулами приводити їх в возб. стан, тобто викликати деякі енергетичні зміни в ел. оболонках нейтр. атомів і молекул. Возб. атом або молекула через деякий час переходить в нормальний стан, при цьому вона випускає фотон. Випускання фотонів виявляється в світінні газів. Крім того, фотон, погл. будь-якої з молекул газу може іонізувати її, такого роду іонізація називається фотоннойіонізаціей. Частина фотонів потрапляє на котод, вони можуть вибити з нього електрони, які потім викличуть ударну іонізацію нейтр. молекул.
В результаті ударної і фотонної іонізації і вибивання електронів з коду "+" іонами фотонами кількість фотонів і електронів у всьому обсязі газу різко (лавиноподібно) зростає і для існування струму в газі не потрібен зовнішній іонізатор, а розряд стає самостійним. ВАХ газового розряду виглядає наступним чином.
На ділянці Оа струм впливає ≈
U, тобто за законом Ома. Це пояснюється тим, що зі збільшенням U зростає швидкість упорядкованого руху іонів і електронів, а отже і кількість ел-ва, прох. в одиницю часу до електродом. Уч. аb є перехідну область, де порушується лінійна залежність I від U. Уч. bс соотв. току насичення, тобто току, який обумовлений усіма іонами і електронами, створені зовнішнім іонізатором за 1 с. і які за той же час підходять, а електронів. Величина струму насичення
потужності іонізатора. При досить великій напрузі Uс починається самоіонізація, а при подальшому збільшенні напруги настає самостійний газовий розряд. Таким чином, ділянка Ос кривої відповідає несамостійного газового розряду, а гілка кривої, що лежить правіше, з самост. газовому розряду.
Разом з тим вид розряду залежить від тиску, температури і хімічного складу газу, а також від матеріалу, форми, розмірів і взаємного розташування електронів. Розглянемо основні види самост. розряду.
Види самостійних розрядів - тліючий, дугового, іскровий, коронний.
а) тліючий розряд Набр. в газі при низькому тиску від сотих часток до декількох мм. рт. ст. і великий напруженості поля ≈8000 В / м. Якщо тліючий розряд відбувається в довгій циліндр. трубці, наповненою газом, то можна візуально розрізняти ряд різко розмежованих областей розряду.
Оскільки в розряджений. газі мала конц. іонів, то загальна кількість - у енергії, вид. в газі невеликим. Тому свічок. розряджений. газу звані. холодним. Холодне свічення набл. а лампах денного світла. У них також ісп. тліючий розряд. В цьому випадку трубки заповнюються парами ртуті з домішкою аргону, а стінки трубки покр. зсередини флуоресцирующим в - вом - люмінофором. Під дією світіння, які даються Hg і аргоном, люмінофор світиться. Такі лампи економічніше ламп розжарювання і дають спектр, близький до спектру денного світла. У лаб. досл. тліючий розряд ісп. в якості джерела іонних і електронних пучків. Прикладом Тл. розряду в їсть. умовах явл. полярне сяйво.
б) дугового розряд виникає при сравн. не б. U ≈ 60В між двома близько роз. один від одного електродами. При атм. тиску має T o близько 5000 - 6000 К і опору. осліп. яскравим світінням. Щільність струму в дуговому розряді сягає неск. тисяч ампер / м 2. дугового розряду обумовлений в осн. термоел. емісією розпеченого катода. (Термоел. Емісія - випускання електронів Раскал. Тілами). Порівнюючи. нагрів катода происх. за рахунок теплоти, вид. струмом в місці зіткнення електродів, які мають великий опір. Після цього електроди розсуваються і емітуються електрони викликаючи. в просторі між електронами ударну іонізацію.
Після цього катод постач. в накальную стані за рахунок бомбардування його "+" іонами. Анод ж бомбардируется потужним потоком електронів і в результаті нагрівається ще сильніше, ніж катод. Це призводить до того, що анод інтенсивно випаровується і на його нове освічене поглиблення - кратер. Кратер є найяскравішим місцем дуги. У 1802 р В.В.Петров був отриманий дугового розряд. В даний час цей вид розряду ісп. для зварювання металів, виплавки спец. сталей в дугових печах для освітлення.
Дугового розряд в ртутних парах, нах. при зниженому тиску дуже багатий УФ - променями, тому ртутні дугові лампи ісп. в якості джерела
УФ - променів для наукових досліджень і для лікувальних цілей. Балони виготовлення. з кварцового скла, майже не поглинаючи. УФ - промені, тому ці лампи ще звані. кварцовими.
в) іскровий розряд, що происх. при напруженості поля ≈ 3 * 10 5 В / м.
У газах, нах. при норм. і покращення. тиску він має вигляд що світиться звивистого розгалуженого каналу, миттєво виникає між електродами. Цей канал отримав назву стримера. Розряд носить переривчастий в часі характер: канал то спалахує, то гасне і опору. сильним тріском. Іскровий розряд обумовлений електронними та іон. лавинами, викликаними ударної і фотонної іонізації і вибиванням електронів з катода "+" іонами.
При цих процесах вид. велике - у енергії, тому газ в каналі розряду нагрів. до дуже високих T ≈ 10 4 К, що навіть зумовлено його світіння. Тріск іскрового розряду обумовлений звуковими хвилями, що виникають при різкому розширенні нагрів. в каналі газу. Прикладом грандіозного іскрового розряду в природних умовах явл. блискавка. Вона являє собою ел. іскру, пробігаючу між грозовою хмарою і землею або між двома грозовими хмарами. Довжина блискавки може досягати декількох км. Діаметр каналу ≈ 25см. Сила струму в каналі 10 5А, тривалість блискавки 10 -6 с. У лаб. умовах за допомогою іскор. розряду отримую плазму. Іскор. розряд ісп. для запоб. ел. ліній передач від перенапруги, а також для воспл. горючої суміші в ДВЗ. При малій довжині газорозрядної проміжку іскровий розряд викликаючи. разруш. нов. - металу. На цьому засновано іскрове різання металу.
г) коронний розряд виникає при нормальному і підвищеному тиску газу, який нах. в неоднорідному ел. поле. Зазвичай це близько загострити. частин електрода. Зовні коронний розряд являє собою фіолетове світіння газу, супроводжується шипінням. Коронний розряд обумовлений ударної іонізацією газових молекул електронами і іонами, які розганяються до великих швидкостей ел. полем. Ці поля, як відомо, існують поблизу загострити. електродів. Світло випромінюється возб. молекулами газу при переході їх в нормальний стан. Коронний розряд виникає близько проводів високої напруги. На коронному розряді заснована дія громовідводу. Сильне ел. поле, що виникає в атмосфері під час грози викликає хороший розряд у вершини громовідводу. Цей розряд безперервно відводить в землю ел. заряди і тим самим запоб. будівлі від ударів блискавки або приймає удар на себе.