Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


–азр€д в газе, сохран€ющийс€ после прекращени€ действи€ внешнего иониза≠тора, называетс€ самосто€тельным




–ассмотрим услови€ возникновени€ са≠мосто€тельного разр€да. ѕри боль≠ших напр€жени€х (области VЦVI), возникающие под дей≠ствием внешнего ионизатора электроны сильно ускоренные электрическим полем, сталкива€сь с нейтральными молекулами газа, ионизируют их. ¬ результате чего образуютс€ вторичные электроны и поло≠жительные ионы (процесс 1 на рис. 158). ѕоложительные ионы движутс€ к катоду, а электроны Ц к аноду. ¬торичные элек≠троны вновь ионизируют молекулы газа, и, следовательно, общее количество электро≠нов и ионов будет возрастать по мере продвижени€ электронов к аноду лавино≠образно. Ёто €вл€етс€ причиной увеличени€ электрического тока (см. рис. область V). ќписанный процесс назы≠ваетс€ ударной ионизацией.

ќднако ударной ионизации под дей≠ствием электронов недостаточно дл€ под≠держани€ разр€да при удалении внешнего ионизатора. ƒл€ этого необходимо, чтобы электронные лавины Ђвоспроизводилисьї, т. е. чтобы в газе под действием каких-то процессов возникали новые электроны. “а≠кие процессы схематически показаны на рис. 158: ”скоренные полем положи≠тельные ионы, удар€€сь о катод, выбивают из него электроны(процесс 2); ѕоло≠жительные ионы, сталкива€сь с молекула≠ми газа, перевод€т их в возбужденное состо€ние, переход таких молекул в нор≠мальное состо€ние сопровождаетс€ ис≠пусканием фотона (процесс 3); ‘отон, поглощенный нейтральной молекулой, ионизирует ее, происходит так называе≠мый процесс фотонной ионизации молекул (процесс 4); ¬ыбивание электронов из катода под действием фотонов (про≠цесс 5).

Ќаконец, при значительных напр€же≠ни€х между электродами газового проме≠жутка наступает момент, когда положи≠тельные ионы, обладающие меньшей дли≠ной свободного пробега, чем электроны, приобретают энергию, достаточную дл€ ионизации молекул газа (процесс 6), и к отрицательной пластине устремл€ютс€ ионные лавины.  огда возникают кроме электронных лавин еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличе≠ни€ напр€жени€ (область VI на рис.).

¬ результате описанных процессов число ионов и электронов в объеме газа лавинообразно возрастает, и разр€д становитс€ самосто€тельным, т. е. сохра≠н€етс€ и после прекращени€ действи€ внеш≠него ионизатора. Ќапр€жение, при кото≠ром возникает самосто€тельный разр€д, называетс€ напр€жением пробо€. ƒл€ воздуха это составл€ет около 30 000 ¬ на каждый сантиметр рассто€ни€.

¬ зависимости от давлени€ газа, кон≠фигурации электродов, параметров внеш≠ней цепи можно говорить о четырех типах самосто€тельного разр€да: тлеющем, искровом, дуговом и коронном.

1. “леющий разр€д. ¬озникает при ни≠зких давлени€х. ≈сли к электродам, впа€нным в стекл€нную трубку длиной 30÷50 см, приложить посто€нное напр€жение в несколько сотен вольт, постепенно отка≠чива€ из трубки воздух, то при давлении ≈ 5,3÷6,7 кѕа возникает разр€д в виде свет€щегос€ извилистого шнура краснова≠того цвета, идущего от катода к аноду. ѕри дальнейшем понижении давлени€ шнур утолщаетс€, и при давлении ≈ 13 ѕа разр€д имеет вид, схематически изобра≠женный на рис..

 

 

Ќепосредственно к катоду прилегает тонкий свет€щийс€ слой 1 Ц первое катод≠ное свечение, или катодна€ пленка, затем следует темный слой 2 Ц катодное темное пространство, переход€щее далее в свет€щийс€ слой 3 Ц тлеющее свечение, имеющее резкую границу со стороны като≠да, постепенно исчезающую со стороны анода. ќно возникает из-за рекомбинации электронов с положительными ионами. — тлеющим свечением граничит темный промежуток 4 Ц фарадеево темное про≠странство, за которым следует столб иони≠зированного свет€щегос€ газа 5 Ц поло≠жительный столб. ѕоложительный столб существенной роли в поддержании разр€≠да не имеет. Ќапример, при уменьшении рассто€ни€ между электродами трубки его длина сокращаетс€, в то врем€ как катод≠ные части разр€да по форме и величине остаютс€ неизменными. ¬ тлеющем разр€≠де особое значение дл€ его поддержани€ имеют только две его части: катодное тЄм≠ное пространство и тлеющее свечение. ¬ катодном тЄмном пространстве происхо≠дит сильное ускорение электронов и поло≠жительных ионов, выбивающих электроны с катода (вторична€ эмисси€). ¬ области тлеющего свечени€ же происходит удар≠на€ ионизаци€ электронами молекул газа. ќбразующиес€ при этом положительные ионы устремл€ютс€ к катоду и выбивают из него новые электроны, которые, в свою очередь, оп€ть ионизируют газ и т. д. “аким образом непрерывно поддерживаетс€ тлеющий разр€д.

ѕри дальнейшем откачивании трубки при давлении ≈ 1,3 ѕа свечение газа ос≠лабевает и начинают светитьс€ стенки трубки. Ёлектроны, выбиваемые из катода положительными ионами, при таких разре≠жени€х редко сталкиваютс€ с молекулами газа и поэтому, ускоренные полем, удар€≠€сь о стекло, вызывают его свечение, так называемую катодолюминесценцию. ѕо≠ток этих электронов исторически получил название катодных лучей.

“леющий разр€д широко используетс€ в технике. “ак как свечение положитель≠ного столба имеет характерный дл€ каж≠дого газа цвет, то его используют в газо≠светных трубках дл€ свет€щихс€ надписей и реклам (например, неоновые газораз≠р€дные трубки дают красное свечение, аргоновые Ц синевато-зеленое). ¬ лампах дневного света, более экономичных, чем лампы накаливани€, излучение тлеющего разр€да, происход€щее в парах ртути, по≠глощаетс€ нанесенным на внутреннюю по≠верхность трубки флуоресцирующим ве≠ществом (люминофором), начинающим под воздействием поглощенного излучени€ светитьс€. —пектр свечени€ при соответ≠ствующем подборе люминофоров близок к спектру солнечного излучени€. “леющий разр€д используетс€ дл€ катодного напы≠лени€ металлов. ¬ещество катода в тлею≠щем разр€де вследствие бомбардировки положительными ионами, сильно нагрева≠€сь, переходит в парообразное состо€ние. ѕомеща€ вблизи катода различные пред≠меты, их можно покрыть равномерным слоем металла.

2. »скровой разр€д. ¬озникает при больших напр€женност€х электрического пол€.(≈ 3·106 ¬/м) в газе, наход€щемс€ под давлением пор€дка атмосферного. »скра имеет вид €рко свет€щегос€ тонкого канала, сложным образом изогнутого и разветвленного.

ќбъ€снение искрового разр€да даетс€ на основе стримерной теории, согласно которой возникновению €рко свет€щегос€ канала искры предшествует по€вление слабосвет€щихс€ скоплений ионизованно≠го газа. Ёти скоплени€ называютс€ стримерами. —тримеры возника≠ют не только в результате образовани€ электронных лавин посредством ударной ионизации, но и в результате фотонной ионизации газа. Ћавины, догон€€ друг друга, образуют провод€щие мостики из стримеров, по которым в следующие мо≠менты времени и устремл€ютс€ мощные потоки электронов, образующие каналы искрового разр€да. »з-за выделени€ при рассмотренных процессах большого коли≠чества энергии газ в искровом промежутке нагреваетс€ до очень высокой температу≠ры (примерно 104  ), что приводит к его свечению. Ѕыстрый нагрев газа ведет к по≠вышению давлени€ и возникновению удар≠ных волн, объ€сн€ющих звуковые эффек≠ты при искровом разр€де Ц характерное потрескивание в слабых разр€дах и мощ≠ные раскаты грома в случае молнии, €вл€≠ющейс€ примером мощного искрового раз≠р€да между грозовым облаком и «емлей или между двум€ грозовыми облаками.

»скровой разр€д используетс€ дл€ воспламенени€ горючей смеси в двигате≠л€х внутреннего сгорани€ и предохране≠ни€ электрических линий передачи от пе≠ренапр€жений (искровые разр€дники). ѕри малой длине разр€дного промежутка искровой разр€д вызывает разрушение (эрозию) поверхности металла, поэтому он примен€етс€ дл€ электроискровой точ≠ной обработки металлов (резание, сверле≠ние). ≈го используют в спектральном ана≠лизе дл€ регистрации зар€женных частиц (искровые счетчики).

3. ƒуговой разр€д. ≈сли после зажи≠гани€ искрового разр€да от мощного источника постепенно уменьшать рассто€≠ние между электродами, то разр€д стано≠витс€ непрерывным Ц возникает дуговой разр€д. ѕри этом сила тока резко воз≠растает, достига€ сотен ампер, а напр€же≠ние на разр€дном промежутке падает до нескольких дес€тков вольт. ƒуговой разр€д можно получить от источника низкого напр€жени€ мину€ стадию искры. ƒл€ этого электроды (например, угольные) сближают до соприкосновени€, они сильно раскал€ютс€ электрическим током, потом их развод€т и получают электрическую дугу (именно так она была открыта русским учЄным ¬. ¬. ѕетровым). ѕри атмосферном дав≠лении температура катода приблизительно равна 3900  . ѕо мере горени€ дуги угольный катод заостр€етс€, а на аноде образуетс€ углубление Ц кратер, €вл€ю≠щийс€ наиболее гор€чим местом дуги.

ѕо современным представлени€м, ду≠говой разр€д поддерживаетс€ за счет вы≠сокой температуры катода из-за интенсив≠ной термоэлектронной эмиссии, а также термической ионизации молекул, обуслов≠ленной высокой температурой газа.

ƒуговой разр€д находит широкое при≠менение в народном хоз€йстве дл€ сварки и резки металлов, получени€ высококаче≠ственных сталей (дугова€ печь), освеще≠ни€ (прожекторы, проекционна€ аппара≠тура). Ўироко примен€ютс€ также дуго≠вые лампы с ртутными электродами в кварцевых баллонах, где дуговой разр€д возникает в ртутном паре при откачанном воздухе. ƒуга, возникающа€ в ртутном паре, €вл€етс€ мощным источником уль≠трафиолетового излучени€ и используетс€ в медицине (например, кварцевые лампы). ƒуговой разр€д при низких давлени€х в парах ртути используетс€ в ртутных выпр€мител€х дл€ выпр€млени€ перемен≠ного тока.

4.  оронный разр€д Ц высоковольт≠ный электрический разр€д, который возникает при высоком (например, атмосферном) давлении в неоднородном поле (напри≠мер, вблизи электродов с большой кривизной поверхности, остриЄ игольчатого электрода).  огда напр€женность пол€ вблизи остри€ достигает 30 к¬/см, то во≠круг него возникает свечение, имеющее вид короны, чем и вызвано название этого вида разр€да.

¬ зависимости от знака коронирующего электрода различают отрицательную или положительную корону. ¬ случае от≠рицательной короны рождение электронов, вызывающих ударную ионизацию молекул газа, происходит за счет эмиссии их из катода под действием положительных ионов, в случае положительной Ц вслед≠ствие ионизации газа вблизи анода. ¬ естественных услови€х корона возника≠ет под вли€нием атмосферного электриче≠ства у вершин мачт кораблей или деревьев (на этом основано действие молниеотводов). Ёто €вление получило в древности на≠звание огней св€того Ёльма. ¬редное действие короны вокруг проводов высоковольтных линий электропередач состоит в возникновении токов утеч≠ки. ƒл€ их снижени€ провода высоковоль≠тных линий делаютс€ толстыми.  оронный разр€д, €вл€€сь прерывистым, становитс€ также источником радиопомех.

»спользуетс€ коронный разр€д в элек≠трофильтрах, примен€емых дл€ очистки промышленных газов от примесей. √аз, подвергаемый очистке, движетс€ снизу вверх в вертикальном цилиндре, по оси которого расположена коронирующа€ проволока. »оны, имеющиес€ в большом количестве во внешней части короны, осе≠дают на частицах примеси и увлекаютс€ полем к внешнему некоронирующему элек≠троду и на нем оседают.  оронный разр€д примен€етс€ также при нанесении порош≠ковых и лакокрасочных покрытий.

 

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-09-20; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 571 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

“ак просто быть добрым - нужно только представить себ€ на месте другого человека прежде, чем начать его судить. © ћарлен ƒитрих
==> читать все изречени€...

2269 - | 2014 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.013 с.