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

44150. Реклама вентиляционных систем стандартные и нестандартные решения (на примере компании «Формик») 1.51 MB
  Большинство современных рынков подразделяют на множество сегментов. Многие товары и услуги имеют узкую нишу и ограниченный круг потребителей, охватить который с помощью традиционной рекламы сложно и затратно. Все равно, что бить из пушки по воробьям.
44151. Аграрная политика государства в условиях рынка 695.5 KB
  В связи с этим появились суждения о том что система колхозов способствовала развалу сельского хозяйства и лишь с ликвидацией такой системы наступит всеобщее благоденствие. Поэтому налицо отчуждение работника сельского хозяйства от земли спад интереса к сельскохозяйственному труду многие деревни опустели. Трудности развития сельского хозяйства и других отраслей АПК как показывают реформы с каждым годом только увеличиваются. Учитывая данные обстоятельства решение проблемы продовольственной безопасности страны должно представлять собой...
44152. Техническое обслуживание и ремонт электропривода ЭПЦ-1000 Д12УХЛ 340.1 KB
  Предназначен для управления рабочими органами запорной арматуры технологических и магистральных трубопроводов на объектах МН: линейной части нефтепровода, НПС (ЛПДС), нефтебаз, пунктов слива-налива, резервуарных парков, морских терминалов, а также регулирующих органов в системах автоматического регулирования давления на НПС (ЛПДС) и линейной части, трубопроводной запорной арматуры систем пожаротушения, водоснабжения и канализации, водяного охлаждения, клапанов систем автоматики отопления и вентиляции
44153. РАЗРАБОТКА МАРКЕТИНГОВОГО ПЛАНА УЧАСТИЯ В ВЫСТАВКЕ (НА ПРИМЕРЕ ООО «СЦ «СЭР», Г. ЛЕНИНСК-КУЗНЕЦКИЙ) 1.2 MB
  Целью работы является разработка плана участия в выставке для совершенствования деятельности предприятия на примере ООО Сервисный Центр СибЭнергоРесурс. Четвертая глава направлена на разработку маркетингового плана участия в выставке для ООО Сервисный Центр СибЭнергоРесурс.3 Разработка маркетингового плана участия в выставке.
44154. Инфаркт миокарда. Реанимационный этап лечения 675.5 KB
  Каждая миокардиальная клетка состоит из миофибрилл, которые состоят из длинных цепей индивидуальных саркомеров — основных сократительных единиц клетки. Каждый саркомер состоит из нитевидных структур — перекрывающихся филаментов, образованных сократительными белками — актином и миозином.
44155. Исследование проблем и разработка основных направлений совершенствования системы развития логистики запасов в ООО «Новые окна» 393 KB
  Теоретико-методологические основы логистики запасов Понятие сущность и виды материальных запасов . Необходимость существования запасов Анализ уровня развития логистики запасов в ООО Новые окна.
44156. Разработка технологического процесса ремонта тормозной системы автомобиля «BMW 3» 2.24 MB
  Продолжением ABS является система контроля торможения на поворотах СВС (Cornering Brake Control). СВС по сигналам четырех датчиков ABS узнает, что автомобиль движется на повороте. Если торможение происходит на повороте, это обычно приводит к тому, что автомобиль пытается, как бы ввернуться в поворот
44157. Разработка нейросетевого алгоритма, выполняющего быстрое и точное распознавание входных 3-х мерных образов 943.5 KB
  В ходе данной работе будет разработан нейросетевой алгоритм, выполняющий быстрое и точное распознавание входных 3-х мерных образов. Будут проведены анализ эффективности работы этой сети в сравнении с аналогичными возможностями человека
44158. БИЗНЕС-ПЛАН ООО «ТПК«МиГ» 1.46 MB
  Цель исследования - дать представление о деятельности рассматриваемого предприятия; выявить его возможности при реорганизации производства по увеличению выпуска продукции и расширению ассортимента; исследовать процесс управления освоением новой продукции, рассмотреть бизнес-план предприятия как инструмента управления освоением продукцией