19225

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД

Лекция

Физика

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД Тлеющий разряд имеет свои принципиальные особенности по сравнению с другими видами газовых разрядов. Ввиду этого рассмотрим сравнительную вольтамперную характеристику основных газовых разрядов рис.1. Для получения данной экспериментально

Русский

2013-07-11

87.5 KB

8 чел.

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД

      Тлеющий разряд имеет свои принципиальные особенности по сравнению с другими видами газовых разрядов. Ввиду этого, рассмотрим сравнительную вольтамперную характеристику основных газовых разрядов (рис.1). Для получения данной экспериментальной зависимости использовался разряд в неоне при давлении 1 торр с медными электродами: расстояние между электродами 50 см, площадь поверхности электрода 10 см2. Наиболее слаботочная область (1) соответствует несамостоятельному разряду, когда для зажигания разряда требуется внешний ионизатор (УФ -излучение, электронный пучок и т.д.). Следующая область (2) принадлежит таунсендовскому самостоятельному разряду, в котором существуют механизм ионизации электронным ударом и процесс ион -электронной эмиссии на катоде. Заметим, что таунсендовский разряд не обладает свечением, т.е. считается темновым разрядом. При увеличении тока в области (3) таунсендовский разряд постепенно переходит в тлеющий разряд, что сопровождается падением напряжения на разряде. Область (4) соответствует нормальному тлеющему разряду, в котором разряд характеризуют светящиеся области, и процессы свойственные тлеющему разряду. Дальнейший рост тока в области (5) приводит к аномальному тлеющему разряду, в котором возникает нагрев катода и появление термоэмиссии, присущей дуговому разряду. В последующей области (6) напряжение на разряде резко уменьшается и разряд окончательно переходит в дуговой (7), который характеризует небольшое напряжение и дальнейший рост силы тока.

                                                                                                    Рис.1

 

                                                                               Рис.2

       Исследования тлеющего разряда, начатые в начале XIX века Фарадеем, были затем продолжены многими известными учеными. Модифицированный тлеющий разряд при уменьшении давления использовался затем в конце XIX века Рентгеном в его знаменитых экспериментах с катодными лучами. Традиционно тлеющие разряды создавались в стеклянных трубках на остаточном воздухе, либо при газовом заполнении при пониженном давлении (10-2-102 торр) (рис.2). Наибольшей светимостью, как правило, обладает положительный столб, который в зависимости от газа принимает различную окраску. Так, например, для воздуха цветовые тона фиолетово-розовые, для гелия – зеленые, для аргона и ртути – голубые, для неона – оранжево-желтые и т.д.  

      Свечение тлеющего разряда связано с наличием определенных областей, которым свойственны характерные процессы (рис.2). Ближайшим к катоду находится катодное свечение, которое в некоторых тлеющих разрядах обладает достаточной яркостью за счет процессов ионизации электронным ударом. Следующее за ним отрицательное свечение обычно более слабое по интенсивности и присутствует не у всех разрядов. Яркий для газоразрядных стеклянных трубок положительный столб обладает наибольшими размерами. Положительный столб характеризуются дрейфом заряженных частиц в электрическом поле и  процессами их диффузии. Анодное свечение, как правило, слабое и наблюдается редко. Области свечения разделяются темными пространствами (рис.2), в которых возбуждение и ионизация частиц незначительная.

         

   а)                                                                          б)

   в)                                                                           г)

                           Рис.3

       Рассмотрим характерные зависимости потенциала, напряженности электрического поля, плотности тока и концентрации заряженных частиц тлеющего разряда (рис.3). Зависимость для потенциала содержит характерный подъем в области катодного слоя с последующим медленным ростом в области положительного столба (рис.3а). Катодное падение потенциала  UК составляет около 2/3 всего приложенного напряжения к разряду и значительно превышает анодное  UА. Максимальная напряженность электрического поля (рис.3б) соответственно существует также в области катодного слоя. Плотности электронного и ионного токов достигают максимумов соответственно на аноде и на катоде соответственно (рис.3в). Электронная и ионная концентрации имеют сложные зависимости и приблизительно одинаковы в области положительного столба (рис.3г).

       Рассмотрим теоретическое описание процессов области близлежащей к катоду – катодного слоя. Данную область характеризуют сильный рост потенциала и соответственно высокие значения напряженности электрического поля (рис.3 а,б). В катодном слое доминирующими считаются процессы ионизации и дрейфового движения в электрическом поле. Процессами диффузии и рекомбинации обычно пренебрегают, т.е. считают их незначительными. Выражения для плотностей токов представляются в виде:                                            

                                                                

              

Граничные условия для значений плотностей токов на катоде и аноде записываются следующим образом:

                                           

Поэтому выражения переписываются в форме:

                   

       В результате плотности электронного и ионного токов имеют вид:

                   

Полученные формулы передают характерные моменты экспериментальных зависимостей изображенных на рис.3 а,б.    

        Рассмотрим вывод выражения для напряженности электрического поля в катодном слое с учетом пространственных зарядов. Уравнение Пуассона в одномерном случае записывается с учетом зависимостей для концентраций заряженных частиц (рис.3г) следующим образом:    

                                                                             

                              

                    

После интегрирования последнего уравнения получается следующее выражение для напряженности электрического поля:

                                       

Полученная формула передает основную тенденцию зависимости (рис.3б), которая содержит резкий спад в области катодного слоя.

                                                 

        

                       

       К неустойчивостям тлеющего разряда следует отнести: 1) ионизационно-перегревную неустойчивость, 2) контракцию (шнурование) разряда, 3) страты. Ионизационно-перегревная неустойчивость наблюдается в некоторых видах сильноточных тлеющих разрядов. Контракция (шнурование) разряда имеет место также при достаточно сильных для тлеющих разрядов токах. При контракции происходит сжатие или уменьшение диаметра плазменного шнура аналогичное пинч-эффекту.

       При определенных условиях положительный столб тлеющего разряда разделяется на светящиеся полосы, разделенные темными промежутками, т.е. происходит образование страт. Экспериментально было установлено, что для страт выполняются следующие соотношения:

   1)  

   2)  

   3)  

Где l0 -расстояние между соседними стратами, p -газовое давление, r -радиус плазменного столба, B -внешнее магнитное давление. Расстояние между соседними стратами (l0) при этом остается неименным. Для объяснения образования страт были предложены теории, учитывающие ступенчатый характер ионизации газа положительного столба электронами.


7

3

1

6

5

4

200

400

600

10-11

10-10

10-5

10-4

10-1

1

10

I, A

U, В

К

А

-

+

Свечения:

катодное

положительный столб

отрицательное

анодное

Темные пространства:

астоново

катодное

фарадеево

анодное

UА

UК

x

d

d

x

x

j

d

je

j+

n+

ne

ne

n+

nen+

n

d

x


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35436. СОЦИАЛЬНАЯ ПСИХОЛОГИЯ КАК НАУКА. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СОЦИАЛЬНОЙ ПСИХОЛОГИИ 330.5 KB
  ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СОЦИАЛЬНОЙ ПСИХОЛОГИИ Юнита 1. История развития социальной психологии. Проблема личности в социальной психологии. Основные направления прикладных исследований в социальной психологии.
35437. СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЩЕНИЯ 654.5 KB
  Проблема межличностных отношений и общения в социальной психологии 6 Общая характеристика межличностных отношений как социально-психологического феномена 6 Общение в системе межличностных отношений и взаимодействия людей 10 Структура содержание и формы общения 12 Основные функции и стороны процесса общения: коммуникативная интерактивная перцептивная 19 2. Коммуникативные средства общения и экспрессивный репертуар человека 27 Психологические условия эффективной коммуникации...
35438. Потоковість будівельних процесів 26 KB
  Техніка безпеки у будівництві вирішує питання запобігання травматизму і виключення нещасних випадків на виробництві.
35439. Організація робочого місця і праці мулярів 62.5 KB
  Виходячи з цього висоту ярусу кладки за товщини стіни до двох цеглин вибирають близько 12 м а за товщини у три цеглини 09 м. У разі кладки стін з великим числом прорізів або архітектурних деталей стовпів і стін завтовшки в одну і півтори цеглини а також перегородок у півцеглини роботи виконує ланка двійка див. Кладку суцільних стін завтовшки у дві цеглини з однорядним перевязуванням та завтовшки півтори цеглини з багаторядним перевязуванням доцільно проводити ланкою трійка див. Ефективною є кладка стін простої та середньої...
35440. Монтаж елементів залізобетонних конструкцій 29 KB
  На бічних гранях фундаменту по осях наносять фарбою риски які під час монтажу суміщують із забитими кілками. Після монтажу за допомогою теодоліта й нівеліра перевіряють правильність їхнього положення. Підготовку основи та розбивання осей виконують так як і під час монтажу фундаментів стаканного типу. Плити перекриття монтують паралельно з іншими конструкціями комплексний метод або після закінчення монтажу колон ригелів і прогонів у межах поверху чи захватки на поверсі.
35441. Исследование операций. Курс лекций 286.86 KB
  2 Многокритериальные задачи . Задачи принципы методология. Математическая модель задачи ИСО включает в себя: 1 описание переменных которые необходимо найти 2 описание критериев оптимальности 3 описание множества допустимых решений ограничений накладываемых на перемен ные. Математическая модель задачи ИСО составляется в соответствии с представлениями ЛПР об этой задаче т.
35442. Возрастные изменения структуры нейрона. Нервный центр. Рефлекс 13.72 KB
  Процесс созревания нейронов характеризуется быстрым увеличением цитоплазмы увеличением в ней числа рибосом и формированием аппарата Гольджи интенсивным ростом аксонов и дендритов. Созревание мелких клеток интеп нейронов происходит после рождения в постнатальном онто генезе под влиянием средовых факторов что создает предпосылки для пластических перестроек в центральной нервной системе. Нервный центр совокупность нервных клеток Нейронов более или менее строго локализованная в нервной системе и непременно участвующая в осуществлении...
35444. Проблемы административного расследования в таможенных органах в период реформирования таможенного законодательства 484.5 KB
  Объектом дипломного исследования являются общественные отношения, складывающиеся в процессе производства по делам об административных правонарушениях, связанные с проведением административного расследования, предметом - административное расследование в механизме производства по делам об административных правонарушениях.