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

34664. Основы комбинаторики 56 KB
  При выборе m элементов из n различных элементов принято говорить что они образуют соединение из n элементов по m. Перестановка Соединение каждое из которых содержит n различных элементов взятых в определенном порядке называются перестановками из n элементов n=m. Сочетание Соединения отличающиеся друг от друга каждое из которых содержит m элементов взятых из n элементов называется сочетанием из n элементов по m n m. Размещение с повторением Размещение из n элементов в каждое из которых входит m элементов причем один и тот же...
34665. Компоненты страницы Win32, их назначение, свойства, примеры применения 1.34 MB
  Свойства компонента: property DisplyRect: TRect; Определяет рабочую зону компонента предназначенную для размещения других компонентов. Клиентская часть компонента содержит зону закладок и рабочую зону property HotTrck: Boolen; Если содержит True название закладки автоматически выделяется цветом при перемещении над ней указателя мыши property Imges: TCustomImgeList; Определяет объект хранилище изображений которые будут прорисовываться слева от текста property MultiLine: Boolen; Разрешает расположение закладок в несколько рядов. Если...
34666. Массивы: определение, описание, размещение в памяти, использование 55 KB
  Структурная схема массива. Type имя типа = RRY [ тип индекса ] OF тип элементов VR имя переменной : имя типа ; При таком способе описания в разделе Type описывается тип массива который будет использоваться в программе то есть его размер и тип элементов. С отдельным элементом массива можно делать все что с любой переменной. Обращаться к элементу массива надо указывая имя переменной с номером элемента в квадратных скобках.
34667. Метод пошаговой детализации в программировании 407.08 KB
  Полностью закончив детализацию всех блоков получаем решение задачи в целом. Детализируем операцию определения x: Определить x Определить x1 такое что fx1 =y Определить x2 такое что fx2 =y Определить x на интервале [x1 x2] Все. Таким образом определим значение x1 удовлетворяющее данному условию: Определить x1: x1:=1 цикл пока fx1 y x1:=x1 2 Все цикл Все 4 этап. Определить x2: x2:=1 цикл пока fx2 y x2:=x22 Все цикл Все.
34668. Объектно-ориентированное программирование. Виртуальные методы и полиморфизм 71.5 KB
  Объектное и объектно-ориентированное программирование (ООП) возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Кроме того, в современном объектно-ориентированном программировании часто большое значение имеют понятия события
34669. Организация библиотек 81.5 KB
  Заголовок модуля и связь модулей друг с другом. Доступ к объявленным в модуле объектам Стандартные модули Понятие модуля Стандартный Паскаль не предусматривает механизмов раздельной компиляции частей программы с последующей их сборкой перед выполнением. Здесь UNIT зарезервированное слово единица; начинает заголовок модуля; имя имя модуля правильный идентификатор; INTERFCE зарезервированное слово интерфейс; начинает интерфейсную часть модуля; IMPLEMENTTION зарезервированное слово выполнение; начинает исполняемую...
34670. Организация памяти. Статические и динамические структуры данных 182 KB
  Статические и динамические структуры данных Организация памяти. Статические и динамические структуры данных [1] Статическая память [2] Автоматическая память [3] Динамическая память [4] Распределение оперативной памяти [4.3] Управление блоками динамической памяти Как бы ни была велика основная память современных ЭВМ программистам её всегда не хватает.
34671. Организация файловой системы в Паскале 140 KB
  Виды файлов. Типизированные файлы [2] Процедуры и функции для работы с файлами любого типа [3] Процедуры и функции для работы с типизированными файлами [4] Нетипизированные файлы [4.1] Нетипизированные файлы.
34672. Колообіг води в атмосфері 1.42 MB
  Розподіл води на планеті distribution of wter in km3 x 106 Rocks not usble 150 Ocens 97. сказано що âвикористання води на нашій планеті постійно зростає і вже найближчим часом у багатьох її регіонах слід чекати дефіциту прісної водиâ. Деякі характеристики ланок кругообігу води Вода на Землі постійно перебуває в процесі кругообігу.