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

14296. МУЗЫКАЛЬНОЕ ВОСПИТАНИЕ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ В 17-18 ВЕКАХ 51.5 KB
  МУЗЫКАЛЬНОЕ ВОСПИТАНИЕ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ В 1718 ВЕКАХ Период 1718 вв. в истории европейской цивилизации во многих областях становится рубежным и определяющим. Интенсивно развивается наука: великие открытия совершают Г.Галилей И.Ньютон Р.Декарт Ф.Бэкон Б.Спиноза Как н...
14297. Музыкальная драматургия в увертюре «Эгмонт», фрагменте сонаты № 14, Л.В. Бетховена 85.5 KB
  Урок музыки в 7 классе тема урока: Тема урока: Музыкальная драматургия в увертюре Эгмонт фрагменте сонаты № 14 Л.В. Бетховена. Цель урока: формирование понятия музыкальная драматургия через исполнение ...
14298. Русские народные музыкальные инструменты 35.5 KB
  Русские народные музыкальные инструменты Цель: Познакомит с русскими народными инструментами Задачи: учить определять и различать русские народные инструменты; развивать тембровый и ритмический слух учащихся; воспитывать интерес и любовь к русскому фоль...
14299. Владимир Яковлевич Шаинский 48 KB
  Владимир Яковлевич Шаинский Владимир Яковлевич Шаинский российский и советский композитор. Народный артист РСФСР 1986 год. Лауреат Государственной премии СССР 1981 год. Известен как автор нескольких десятков песен для детей в том числе музыки для мультфильмов...
14300. Влияние музыки на организм человека 147.45 KB
  Курсовая работа по общей психологии на тему: Влияние музыки на организм человека Введение Данная курсовая работа является попыткой раскрыть и объяснить особенности реакции человеческого организма на определённые звуковые раздражители а точнее – от прослу...
14301. Внеклассное музыкальное занятие по теме: Детская полька 1.01 MB
  Внеклассное музыкальное занятие по теме: Детская полька Возраст детей: 57 лет Время проведения: 20 минут Цель занятия: Найчить дтей танцевать Детскую польку Задачи занятия: 1 Образовательная: Расширить представление и получить знания о Чешских танца
14302. Вокальная музыка 14.72 KB
  Вокальная музыка Вокальная музыка это музыка в которой голос главенствует или равноправен с инструментами с сопровождением или a cappella. Крупные жанры музыкальнодраматическое произведение оратория средние жанры кантата вокальный цикл литургия хоровой концерт...
14303. Основи музичної грамоти 1.41 MB
  ЛЕКЦІЙНИЙ МАТЕРІАЛ ДО ТЕМИ Основи музичної грамоти спеціальність 5.010102. Початкове навчання Викладач Громова Н.О. Музика це мистецтво звуків. В звукових художніх образах відображається оточуюча нас дійсність передаються відчуття настрої переживання людей...
14304. Электронный осциллограф. Исследование чувствительность пластин вертикального и горизонтального отклонений осциллографической трубки 37 KB
  Отчет по лабораторной работе №2 Тема: Электронный осциллограф Цель работы. Исследовать чувствительность пластин вертикального и горизонтального отклонений осциллографической трубки. Наблюдать с помощью осциллографа синусоидальное напряжение полученное с вых