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

75008. Хімічна мозаїка, Сценарій з хімії 61 KB
  Ведуча: Вогонь у темряву ночей Приніс на землю Прометей. Ведуча доторкаючись до вогню: Я стверджую категорично: Реакція екзотермічна дує на палець. Ведуча звертається до кухаря: За сіль ви не забули друже Її відсутність не байдужа...
75009. Музыкальный тайник, внеклассное мероприятие для 7 класса 199 KB
  Мотивация интереса к непопулярным» музыкальным жанрам; пробуждение у учащихся заинтересованность в изучении предмета; активизация мыслительной и речевой деятельности; развитие музыкальной эрудиции, логического мышления; воспитание музыкально-познавательных потребностей и интересов в приобретении основы музыкально – исторических знаний, лидерских и коммуникативных качеств личности.
75010. Мусор – глобальная проблема человечества. Урок для устойчивого развития по программе «Моя счастливая планета» в 3-А классе 59 KB
  Цель урока: познакомить учащихся с терминами экология экологическая безопасность формировать представления об источниках и способах утилизации бытового мусора научить выполнять правила личной экологической безопасности познакомить с экологическими проблемами современности и путями их решения формировать ответственное отношение к использованию природных ресурсов земли.
75011. Відкриття музею історії козацтва, виховний захід 193.08 KB
  Карабинівці понад двісті років. Визнала вона і знущання панів Карабінова та Мизгова, і лихоліття громадянської війни, і голодомор, і трагічні події Великої Вітчизняної війни та вистояла. Сьогодні Карабинівка - одне з найкращих сіл Павлоградщини...
75012. Веснянки, виховний захід 60 KB
  Янушкевич веснянка А вже весна з опери Зима і весна М.Лисенка Хор А вже весна з опери Зима і весна. Діалог Діти а якою ви собі уявляєте весну Та яка ж весна без квітів Які ви знаєте весняні квіти Але першою розпускається гілочка верби а її розквітлі бруньки як називаються Котики Чи бачили ви їх які вони...
75013. Интонация – основа музыки, План-конспект урока музыки в 3 классе 332.5 KB
  Цели: Обучающая: формировать предметные компетентности: вокально-хоровую –умение петь вокально правильно на дыхании музыкально-ритмическую –умение выдерживать ритм и темп в движении под музыку исполнительскую – умение выразительно и правильно передавать музыкальный образ...
75014. Интонационное и исполнительское развитие музыки 152.5 KB
  Тема урока: Интонационное и исполнительское развитие музыки Игра в слова. Разные ребята Цели урока: Обучающие: дать понятие о развитии интонации с помощью каких средств выразительности она развивается введение понятий лад мажор минор работать над чистотой интонирования...
75015. Українські народні думи, Відкритий урок у 4-му класі 118.5 KB
  Українські народні думи. Сьогодні на уроці прозвучать особливі своєрідні вокальні фольклорні твори думи. Боротьба українського народу за свободу і незалежність зумовила виникнення дуже відомого нині жанру народної творчості думи.
75016. Народная песня в симфонической музыке 44 KB
  Углубить представления учащихся о народной песне, определить связь между народным и профессиональным творчеством; определить народно-песенные истоки Второй симфонии...