Газовый разряд

ПОИСК

Газовый разряд

Рис. 4.1. Вольт-амперная характеристика газового разряда

Рис. III.58. Зависимость силы тока от напряжения при газовом разряде
Рис. 71. Характеристика газового разряда

    Фотоионизационный детектор обладает высокой пороговой чувствительностью 10 “—10 моль/с. В основе его действия лежит газовый разряд постоянного тока в потоке инертного газа. В разряде образуются метастабильные атомы газа, например аргона.

При отдаче избыточной энергии возникает поток фотонов, на пути которого размещается ионизационная камера с двумя коллекторными электродами. Происходящий в камере процесс можно описать схемой  [c.

44]

    Измерение вакуума в области очень низких давлений связано со значительными трудностями, поскольку при очень малых плотностях газа непосредственное измерение его давления затруднено. В этих случаях применяют косвенные методы измерения. Методом, основанным на применении тлеющего газового разряда, [c.446]

    Электрической дугой называют конечную устойчивую форму газового разряда между двумя электродами через разделяющий их газовый промежуток. [c.53]

    Прохождение тока через газ по историческим причинам получило название электрического разряда . Явления, возникающие при газовом разряде, сложным образом зависят от рода и давления газа, материала электродов и их геометрии, окружающих тел, а также от силы протекающего тока.

Различные формы разрядов, получили специальные наименования темный разряд, корона, тлеющий разряд и т.д. Мощные разряды (с силой тока от 10 1 до 10 А) даже при различных условиях обладают рядом общих особенностей, что позволяет объединить их под одним названием – дуговой разряд . Термин дуга применяют к устойчивым формам разряда.

Электрическая дуга была открыта В.В. Петровым в 1803 г. [c.80]

    При всех формах газового разряда и в плазме, получаемой иным путем, протекают многочисленные химические реакции. Источником энергии в разряде является электрическое поле, ускоряющее заряженные частицы, в основном электроны, передающие энергию при соударениях молекулам. Появляющиеся возбужденные молекулы, ионы и свободные радикалы являются химически активными и могут участвовать в первичных актах процессов, вслед за которыми могут произойти различные вторичные химические реакции [5]. В плазме в [c.174]

Рис. 111.57. Схема установки для изучения газового разряда

    Наличие ток в газе получило наз вание газового разряда, причем различается несколько его разновидностей. С точки зрения теплогенерации практическое значение имеют распределенный и дуговой разряды. Теплогенерация за счет электрической энергии в любом теле, и в газе, в частности, есть результат наличия определенного активного сопротивления 7 Для получения постоянных условий теплогенерации нужно или иметь постоянное сопротивление Я, или менять напряжение в соответствии с изменением сопротивления. Последнее, естественно, осуществить сложнее. [c.229]

    В), в них может применяться постоянный и переменный ток, как и в других конструкциях, где применяется газовый разряд. [c.231]

    Приборы динамического тииа играют большую роль ири исследовании высших слоев атмосферы.

С помощью масс-спектрометрического зонда может быть исследована физическая природа плазмы газового разряда и получены сведения о характере взаимодействия соударяющихся частиц, распределении потенциала, а также о концентрации и энергии частиц в плазме как функции положения и времени. [c.8]

    В практике атомно-эмиссионного спектрального анализа в качестве источников возбуждения спектров применяют пламя, электрические дуги постоянного и переменного тока, низко- и высоковольтную конденсированную искру, низковольтный импульсный разряд, различные формы тлеющего газового разряда я др. В последние годы начинают широко использовать также различные виды высокочастотных разрядов — источник индуктивно-связанной высокочастотной плазмы (ИСП), микроволновой разряд и др. [c.58]

    Мгц и выше). Они представляют собой небольшие кварцевые ампулы, заполненные инертным газом до давления 0,26— 0,4 кПа и содержащие примерно 10 мг летучего соединения определяемого элемента.

Газовый разряд в безэлектродных лампах происходит в очень тонком слое непосредственно у сте-нок ампулы (скин-эффект высокочастотного поля).

Благодаря этому уширение линий из-за эффекта самопоглощения значительно меньше, чем в лампах с полым катодом, что позволяет получать большую интенсивность излучения. [c.155]

    Термоядерные реакции могут протекать лишь при очень высоких температурах (сверх миллиона градусов).

Высокая энергия сталкивающимся частицам может быть сообщена в результате сильного разогрева в недрах звезд, при атомном взрыве или в мощном газовом разряде.

До настоящего времени практически осуществлены лишь неуправляемые термоядерные реакции при термоядерных взрывах (водородная бомба). [c.45]

    Газоразрядная плазма. Наиболее доступной формой плазмы, широко используемой в различных технических приборах, а также для осуществления синтеза различных веществ, является газоразрядная плазма. Ее получают в газоразрядных трубках при пропускании электрического тока. Типичная схема установки, применяемой для получения газового разряда, приведена на рис.

111.57. Газоразрядную трубку 4 наполняют исследуемым газом и подводят возрастающее напряжение к вмонтированным внутри ее двум электродам 5. В газовом промежутке между электродами возникает ток. С увеличением напряжения сила тока увеличивается примерно в соответствии с законом Ома (участок А кривой на рис. П1.58) и достигает предельного [c.

250]

    Подготовка поверхности. Подготовка поверхности образца часто является необходимым условием получения надежной информации о морфологии полимеров. Для подготовки поверхности твердых полимеров обычно применяют химическое травление (травление растворителем, агрессивными средами) и обработку в газовом разряде. [c.111]

    Рассмотрим весь объем в пространстве между электродами, где происходит газовый разряд. Внутри этого объема в одну секунду выделяется энергия, величина которой зависит от мощности тока Р = iU, где i — ток разряда U — напряжение на электродах. [c.57]

    В процессе обработки полимера в плазме газового разряда поверхность образца почти не нагревается, что устраняет возможность искажения структуры поверхностных слоев полимера. Структурный рельеф проявляется за счет разности скоростей деструкции кристаллич-ных и аморфных участков полимера, обусловленной различием в их плотностях. [c.112]

Рис. 7.8. Схема установки для травления полимеров в линейном высокочастотном безэлектродном газовом разряде

    Методика работы. Образцы закрепляют на предметном стекле в строго определенном положении и подвергают травлению с помощью линейного безэлектродного высокочастотного газового разряда (рабочий газ—кислород). На обработанную поверхность напыляют углерод (угол оттенения 30°). При этом обязательно регистрируют направление напыления и предпочтительное совпадение направлений силового поля и напыления. Удаляют реплику с поверхности полимера, промывают ее, просушивают и укладывают на медную сетку, которую укрепляют в специальном патроне. Патрон с репликой через камеру объектов вводят в колонну (работа [c.117]

    Методика работы. Из приготовленных образцов скальпелем вырезают пластинки размером (2,5Х 10) 10 з м, укрепляют их на предметном стекле и протравливают в плазме линейного безэлектродного высокочастотного газового разряда.

С подготовленной поверхности снимают реплики, помещают их в специальные патроны а сетках и просматривают в электронном микроскопе.

Просмотр начинают с малых увеличений и при обнаружении характерных участков увеличение повышают и изображение фиксируют на фотопластинках, с которых делают микрофотографии. [c.119]

    Методика работы. Из деформированных образцов вырезают скальпелем пластинки размером (2,5ХЮ) м вдоль, перпендикулярно и под углом 45° к направлению деформации. Закрепляют образцы на предметном стекле в строго фиксированном положении и подвергают травлению в плазме безэлектродного высокочастотного газового разряда.

На подготовленную поверхность напыляют углеродную реплику (направление напыления строго фиксировано и одинаково для всех образцов). Обработанную соответствующим образом углеродную реплику просматривают в электронном микроскопе сначала при малых увеличениях, а после нахождения характерных участков при больших увеличениях.

Изображение фиксируют на фотопластинки и с них изготавливают микрофотографии. Параллельно с этим из деформированных образцов вырубают лопатки (по ГОСТ 16337—70) в направлении деформации и перпендикулярно ему. Лопатки испытываются на растяжение.

Рассчитывают значения разрушающего напряжения при растяжении и относительного удлинения при разрыве (см. работу 43). [c.120]

    В эмиссионном анализе применяют большое число различных типов электрических источников света. В их основе лежит газовый разряд — прохождение тока через воздух или другой газ. [c.56]

    Газ, имеющий высокую температуру и состоящий из заряженных и нейтральных частиц, называется плазмой. При самостоятельном газовом разряде между электродами всегда образуется плазма. [c.57]

    Для возникновения газового разряда достаточно приложить к электродам высокое напряжение. Для пробоя воздушного промежутка в несколько миллиметров нужно напряжение около 10 ООО в.

Пробойное напряжение нри атмосферном давлении растет с ростом ширины промежутка. Зависит оно также от формы электродов.

Промежуток между остроконечными электродами пробивается при более низком напряжении, чем между плоскими. [c.57]

    Найдем связь между электрическими параметрами самостоятельного газового разряда (напряжением на электродах и током) и температурой. [c.57]

    Различные типы газового разряда при атмосферном давлении различаются по своим электрическим параметрам. Температура плазмы меняется в широких пределах от наиболее мягкого — дугового — разряда до высокотемпературных жестких режимов искрового и импульсного разрядов. [c.57]

    В качестве примера можно привести газовый разряд в обычных лампах дневного света. Температура газа в них немногим выше комнатной, тогда как интенсивность спектральных линий соответствует температуре в несколько десятков тысяч градусов. [c.64]

    Газовый разряд осуществляют в специальных разрядных трубках [c.64]

    При пониженном давлении осуществляют также некоторые виды разряда, которые обычно используют при атмосферном давлении. Часто при пониженном давлении зажигают импульсный и дуговой разряды. Все виды газового разряда не подчиняются закону Ома их сопротивление зависит от тока. [c.65]

    Здесь не рассматриваются многие системы, для которых существуют лишь кач(-(лионные данные например, реакция Ка -)- О2 [104], приводящая к образованию КаОз. и реакщга присоединения ВГд к аминам [105]. Опущены также работы по рекомбинации ионов в газовых разрядах [106]. [c.274]

    При дальнейшем повышении градиента иотенциала (см. рис.

X, 1) сила тока возрастает сначала относительно медленно, а нри определенном значении градиента потенциала, равном В, резко увеличивается скачком до очень высоких значений, определяемых в основном внешним соиротпвлением цепи и мощностью источника тока.

Одновременно появляется яркое свечение газа. Это явление, происходящее, напрпмер, в воздухе при атмосферном давлении н зиачеиии градиента потенциала порядка 3- КИ в см, называется зажиганием газового разряда, или пробоем газового промежутка. [c.239]

    Еще в 1917 г. А.Эйнштейн выдвинул гипотезу о существовании не только спонтанных, но и вынужденных (стимулированных или индуцированных) переходов в атомах, сопровождающихся излучением. Попытка обнаружения стимулированного излучения в газовом разряде была предпринята Р.Ландебурном в 30-е годы, а в 1М0 г. В.А.

Фабрикант сформулировал необходимые для этого условия. После второй мировой войны многие физики вернулись в лзбор атории, привнеся в работу опыт, полученный с радиолокационной техникой СВЧ. Одним из таких физиков, занявшихся СВЧ-спектроскопией, — как пишет Дж. Пирс [7], — был Чарльз Таунс. .. В 1951 г.

, сидя на парковой скамейке в Вашингтоне перед деловой встречей, Таунс впервые представил себе принцип, на котором сейчас базируется действие лазера . В 1954 г., почти одновременно, Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым в СССР (в Физическом институте им. П.Н. Лебедева) и Ч.

Таунсом с сотрудниками в США (в Колумбийском университете) был создан первый молекулярный генератор на аммиаке, излучающий радиоволны с длиной волны около 1 см. Эта работа была отмечена Нобелевской премией. В 1960 г. Т. Мейман (фирма Хьюз , США) создал первый в мире рубиновый оптический квантовый генератор.

Дальнейшее развитие квантовой электроники и нелинейной оптики — результат работы многих отечественных и зарубежных ученых [8]. [c.96]

    При достаточно больщой величине AU в зазоре возникает заряд. При перемещении зарядов по поверхности и газовому промежутку возникает соответственно ток омического сопротивления /о.с и ток газового разряда /г.р.

Если время разделения поверхностей меньше времени перемещения зарядов в точку А, то поверхности после разделения будут иметь остаточные электоическне заряды. Одна поверхность будет заряжена положительным, другая отрицательным зарядом.

[c.169]

    Электрический ветер. Явление электрического ветра, также называемое корональный ветер , имеет отношение к движению газа, вызванному выталкиванием ионов из области, прилегающей к коронирующему электроду.

Несмотря на то что это явление относилось к одному из ранних явлений газового разряда, исследованием которого занимались на протяжении XVIII и XIX в [690], значение его как механизма, способствующего электростатическому осаждению, стало рассматриваться лишь совсем недавно [695].

Робинсон изучал явление электрического ветра на модели электрофильтра с положительной короной, используя вводимый гелий в качестве индикатора.

Гелий рассеивался, двигаясь по направлению к стенке электрофильтра, и обозначал результирующий газовый поток от проволочного электрода к стенке электрофильтра. Робинсон [697] доказал, что дополнительная скорость дрейфа, [c.462]

    Лампа с полым катодом представляет собой герметичный стеклянный баллон с впаянными в него катодом и анодом, а также окном для выхода излучения. Баллон заполнен инертным газом (аргоном или неоном) до давления в несколько гектопаскалей.

Катод, в форме цилиндра или стакана, изготовлен из чистого металла или сплава, содержащего требуемый элемент.

При подаче на электроды напряжения порядка 300 В в лампе возникает слаботочный тлеющий разряд, причем при соответствующем выборе давления газа и конфигурации катода этот разряд локализуется в основном внутри катодной полости.

Ионы аргона или неона, бомбардируя поверхность катода, распыляют его, и атомы возбуждаются в газовом разряде посредством столкновений с электронами и ионами. В результате лампа излучает эмиссионный спектр нужного элемента. [c.154]

    Детектор постоякнсн скорости рекомбинации (ДПР) предназначен для количественного определения анализируемых веществ, выходящих нз хроматографической колонки, молекулы которых изменяют скорость рекомбинации в плазме газового разряда. Детектор дайной конструкции относится к потоковым детекторам.

Он состоит из высокотемпературной камеры детектора (ВК) н выносного блока (ВБ), который содержит радиационный стабилизатм тока. В ВК поступают два потока азота — продувочный и газ-носитель. Принцип действия ВК основан на зависимости рекомбинации заряженных частиц от концентрации анализируемых молекул.

Свободные электроны получаются при ионизации молекул продувочного газа азота а-частицами радиоизлучения  [c.247]

    Перезарядка ионов играет важную роль в процессах, происхо-дяпщх при газовом разряде. [c.216]

    Дуговой разряд постоянного тока. Дуга постоянного тока представляет собой, стационарный газовый разряд, в котором прохождение тока обусловливается электронами и ионами.

Для спектрально-аналитических целей преимущественно используют дугу низкого напряжения между угольными (графитовыми) электродами (ток 5—15 А, питающее напряжение 220 В, ток ограничивают балластным сопротивлением).

Температура дугового разряда зависит от подводимой электрической мощности и от природы газа в межэлектродном промежутке.

В смесях эта температура определяется наиболее легко ионизируемым элементом (например, для дуги с чисто угольными электродами Т 7700 К при потенциале ионизации 1 = 11,3 эВ, а для дуги между цезиевыми электродами Т 2900 К при , = 3,9 эВ). Вводя легко ионизирующиеся элементы в плазму дуги, можно регулировать ее температу- [c.187]

    Газовый разряд в трубках с полым катодом. В т оках с полым катодом эмиссионный спектр материала катода получается при электрическом тлеющем разряде. Этот разряд осуществляют в атмосфере инертного газа при пониженном давлении (3—5 мм рт. ст.

), и так как в этом случае допплеровское уширение, а также уширение за счет столкновений уменьшаются, в спектре получаются чрезвычайно тонкие линии. Поэтому трубки с полым катодом применяют в качестве первичных излучателей при наблюдении резонансного поглощения.

Обычно для каждого элемента требуется специальная трубка. [c.189]

    Обработка полимеров в плазме газового разряда и особенно в безэлектродной плазме является более корректным способом выявления структурного рельефа полимеров.

При создании определенных условий (рабочая среда, частота и энергия электромагнитных колебаний) в камере между электродами возникает высокочастотный газовый разряд. Установлено, что средняя энергия наиболее подвижных частиц плазмы газового разряда составляет 4—8 эВ.

Значение энергии диссоциации химических связей в углеродном скелете изменяется в пределах от 2,6 до 8 эВ (исключение составляет С=С-связь, энергия диосоциации которой равна 10 эВ). [c.111]

    Таким образом, механизм травления в газовом разряде можно представить как результат деструкции макр0 М0лекул на осколки под воздействием активных частиц плазмы, энергия которых должна быть сравнима с энергией химической связи скелетных атомов. [c.112]

    Установка травления полимеров в Пинцет линейном безэлектродном высо- Разрывная машина РМ-250 кочастотном газовом разряде Отсчетная линейка [c.117]

    Более того, мы хотели бы также подчеркнуть определенную условность классификации различных типов связей. Так, в 3 мы уже отмечали, что электроппаи конфигурация атомов инертного газа наиболее предпочтительна для атомов или ионов составляющих молекул, но не единственна.

Наглядной иллюстрацией такого утверждения является, в частности, образование (например, в условиях газового разряда) устойчивого молекулярного иона Hj” . Интересно то, что эта частица состоит из двух протонов и одного электрона. Каждый атом водорода в частице Н2+ имеет валентную 1 s-op-биталь (рис. 26).

Между двумя ядрами показана область перекрывания этих орбиталей, н единственный электрон большую часть времени проводит в области перекрывания между гдрами Нд и Нв. [c.99]

    При достаточно высоком напряжении на электродах возникает самостоятельный газовый разряд. Под действием электрического поля между электродами заряженные частицы в воздушном промежутке приобретают значительную кинетическую энергию, которую передают при упругих соударениях молекулам газа, а также электродам.

В результате за счет энергии источика тока происходит разогревание газа и электродов. Число заряженных частиц в воздушном промежутке начинает резко возрастать за счет ионизации атомов и молекул и эмиссии заряженных частиц с электродов. Раз начавшийся газовый разряд сам поддерживает себя и не нуждается во внешних источниках ионизации.

[c.56]

    Газовый разряд при низком давлении. Для анализа смесей газов и в ряде других случаев применяется газовый разряд при низком давлении от 0,1 до нескольких десятков мил,диметров ртут110Г0 столба. Важнейшая черта такого разряда — отсутствие теплового равновесия между электронами и тяжелыми частицами (атомами, молекулами и ионами.) [c.63]

Источник: https://www.chem21.info/info/93929/

Электрический разряд в газах

Газовый разряд

Электрический разряд в газах, прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. Многообразие условий, определяющих исходное состояние газа (состав, давление и т. д.), внешних воздействий на газ, форм, материала и расположения электродов, геометрии возникающего в газе электрического поля и т. п.

приводит к тому, что существует множество видов Э. р. в г., причём его законы сложнее, чем законы прохождения электрического тока в металлах и электролитах. Э. р. в г. подчиняются Ома закону лишь при очень малой приложенной извне разности потенциалов, поэтому их электрические свойства описывают с помощью вольтамперной характеристики (рис. 1 и 3).

  Газы становятся электропроводными при их ионизации. Если Э. р. в г. происходит только при вызывающем и поддерживающем ионизацию внешнем воздействии (при действии т. н. внешних ионизаторов), его называют несамостоятельным газовым разрядом. Э. р. в г., продолжающийся и после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным.

  Когда ионизация газа происходит при непрерывном действии внешнего ионизатора и малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе, начинается «тихий разряд». При повышении разности потенциалов (напряжения) сила тока тихого разряда сперва увеличивается пропорционально напряжению (участок кривой OA на рис.

1), затем рост тока с ростом напряжения замедляется (участок кривой AB), и когда все заряженные частицы, возникшие под действием ионизатора в единицу времени, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок ВС).

При дальнейшем росте напряжения ток снова возрастает и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд (участок СЕ на рис. 1).

В этом случае сила тока определяется как интенсивностью воздействия ионизатора, так и газовым усилением, которое зависит от давления газа и напряжённости электрического поля в пространстве, занимаемом разрядом.

  Тихий разряд наблюдается при давлении газа порядка атмосферного. Внешними ионизаторами могут быть: естественное радиоактивное излучение, космические лучи, потоки фотонов (сильное световое облучение), пучки быстрых электронов и т. д. Ионизаторы двух последних типов используются (преимущественно в импульсном режиме) в газовых лазерах.

  Переход несамостоятельного Э. р. в г. в самостоятельный характеризуется резким усилением электрического тока (точка Е на кривой рис. 1) и называется электрическим пробоем газа. Соответствующее напряжение U3 называется напряжением зажигания (см. Зажигания потенциал).

В случае однородного поля оно зависит от сорта газа и от произведения давления газа р на расстояние между электродами d (см. рис. 2 и ст. Пашена закон). Разряд после лавинного пробоя принимает форму тлеющего разряда, если давление газа низко (несколько мм рт. ст.).

При более высоком давлении (например, при атмосферном) лавинное усиление Э. р. в г. приводит к возникновению электрического пространственного заряда, что меняет характер процесса пробоя. Образуется один или несколько узких проводящих (заполненных плазмой) каналов, исходящих от одного из электродов.

Такие каналы называются стримерами. Время образования стримеров очень мало (около 10-7 сек).

После короткого переходного процесса самостоятельный газовый разряд становится стационарным. Обычно такой разряд осуществляют в закрытом изолирующем сосуде (стеклянном или керамическом). Ток в газе течёт между двумя электродами: отрицательным катодом и положительным анодом.

  Одним из основных типов газового разряда, формирующимся, как правило, при низком давлении и малом токе (участок в на рис. 3), является тлеющий разряд.

Главные четыре области разрядного пространства, характерные для тлеющего разряда, это: 1 — катодное тёмное пространство; 2 — тлеющее свечение; 3 — фарадеево тёмное пространство; 4 — положительный столб.

Области 13 находятся вблизи катода и образуют катодную часть разряда, в которой происходит резкое падение потенциала (катодное падение), связанное с большой концентрацией положительных ионов на границе областей 12. В области 2 электроны, ускоренные в области 1, производят интенсивную ударную ионизацию.

Тлеющее свечение обусловлено рекомбинацией ионов и электронов в нейтральные атомы или молекулы. Для положительного столба разряда вследствие постоянной и большой концентрации электронов характерны незначительное падение потенциала в нём, свечение, вызываемое возвращением возбуждённых молекул (атомов) газа в основное состояние (состояние с наинизшей возможной энергией), и большая электропроводность.

  Стационарность в положительном столбе объясняется взаимной компенсацией процессов образования и потерь заряженных частиц. Образование таких частиц происходит при ионизации атомов и молекул в результате столкновений с ними электронов.

К потерям заряженных частиц приводит амбиполярная диффузия к стенке сосуда, ограничивающего разрядный объём, и следующая за этим рекомбинация.

Диффузионные потоки, направленные не к стенке, а вдоль разрядного тока, часто ведут к образованию в положительном столбе своеобразных «слоев» (обычно движущихся).

  При увеличении разрядного тока обычный тлеющий разряд становится аномальным (рис. 3) и начинается стягивание (контракция) положительного столба. Столб отрывается от стенок сосуда, в нём начинает происходить дополнительный процесс потери заряженных частиц (рекомбинация в объёме).

Предпосылкой этого является высокая плотность заряженных частиц. При дальнейшем повышении разрядного тока газ нагревается настолько, что становится возможной его термическая ионизация. Столкновения между атомами или молекулами в этом случае столь сильны, что происходит отщепление электронов.

Такой разряд называется дуговым разрядом. С возрастанием тока электропроводность столба повышается, вольтамперная характеристика дугового разряда приобретает падающий характер (рис. 3).

Следует отметить, что хотя он может «гореть» в широком диапазоне давлений газа и иных условий, в большинстве случаев дуговой разряд наблюдается при давлении порядка атмосферного.

  Во всех случаях особую важность представляет участок перехода между столбом разряда и электродами, причём ситуация у катода сложнее, чем у анода. При тлеющем разряде непрерывная связь между катодом и положительным столбом обеспечивается за счёт сильного катодного падения.

В самостоятельном дуговом разряде в результате сильного локального нагрева катода появляются т. н. катодные пятна. В них обычно происходит термоэлектронная эмиссия или более сложная эмиссия электронов из облака испаряющегося материала катода.

Процесс эмиссии из катода дугового разряда в настоящее время (1978) ещё не до конца понят и интенсивно исследуется.

  Все рассмотренные выше Э. р. в г. происходят под действием постоянного электрического напряжения. Однако газовые разряды могут протекать и под действием переменного электрического напряжения.

Такие разряды имеют стационарный характер, если частота переменного напряжения достаточно высока (или, наоборот, настолько низка, что полупериод переменного напряжения во много раз больше времени установления разряда, так что каждый электрод просто попеременно служит катодом и анодом).

Типичным примером может служить высокочастотный (ВЧ) Э. р. в г. ВЧ-разряд может «гореть» даже при отсутствии электродов (безэлектродный разряд).

Переменное электрическое поле создаёт в определённом объёме плазму и сообщает электронам энергию, достаточную для того, чтобы производимая ими ионизация восполняла потери заряженных частиц вследствие диффузии и рекомбинации.

Внешний вид и характеристики ВЧ-разрядов зависят от рода газа, его давления, частоты переменного поля и подводимой мощности. Элементарные процессы на поверхности твёрдого тела (металла или изолятора разрядной камеры) играют определённую роль только в процессе «поджига» разряда. Стационарный ВЧ-разряд подобен положительному столбу тлеющего разряда.

  Кроме стационарных разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени, существуют нестационарные (импульсные) Э. р. в г.

Они возникают по большей части в сильно неоднородных или переменных во времени полях, например у заострённых и искривленных поверхностей проводников и электродов.

Величина напряжённости поля и степень его неоднородности вблизи таких тел столь велики, что происходит ударная ионизация электронами молекул газа. Два важных типа нестационарного разряда — коронный разряд и искровой разряд.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, потому что сильная неоднородность электрического поля, обусловливающая её, существует только в непосредственной близости от проводов и остриёв.

Коронный разряд представляет собой многократно повторяющийся процесс поджига, который распространяется на ограниченное расстояние от проводника — до области, где напряжённость поля уже недостаточна для поддержания разряда. Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою. Этот Э. р. в г.

имеет вид прерывистых ярких зигзагообразных разветвляющихся, заполненных ионизованным газом (плазмой), нитей-каналов, которые пронизывают промежуток между электродами и исчезают, сменяясь новыми. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества тепла и ярким свечением.

Он проходит следующие стадии: резкое умножение числа электронов в сильно неоднородном поле близ проводника (электрода) в результате последовательных актов ионизации, начинаемых немногими, случайно возникшими свободными электронами; образование электронных лавин; переход лавин в стримеры под действием пространственного заряда, когда плотность заряженных частиц в головной части каждой лавины превысит некоторую критическую. Совместное действие пространственного заряда, ионизующих электронов и фотонов в «головке» стримера приводит к увеличению скорости развития разряда. Примером естественного искрового разряда является молния, длина которой может достигать нескольких км, а максимальная сила тока — нескольких сотен тысяч ампер.

К настоящему времени (1970-е гг.) все виды Э. р. в г. исследуются и применяются во многих областях науки и техники. Тлеющий, дуговой и импульсные разряды используются при возбуждении газовых лазеров.

Плазматроны, в которых основным рабочим процессом служит дуговой или ВЧ-разряд, являются важными устройствами в ряде областей техники, в частности при получении особо чистых полупроводников и металлов. Мощные плазматроны используются в качестве реакторов в плазмохимии.

На применении искрового разряда основаны прецизионные методы электроискровой обработки. При фокусировке лазерного светового излучения происходит пробой воздуха в фокусе и возникает безэлектродный разряд (подобный ВЧ-разряду и искре), называется лазерной искрой.

Мощные, сильноточные разряды в водороде служили первыми шагами на пути к управляемому термоядерному синтезу.

В системе естественных наук изучение Э. р. в г. занимает место в физике плазмы. При Э. р. в г. образуется низкотемпературная плазма, для которой характерна малая степень ионизации.

В отличие от высокотемпературной (полностью ионизованной) плазмы, в низкотемпературной плазме атомы или молекулы нейтрального газа играют важную роль. Электроны, ионы и нейтральные частицы «мягко» взаимодействуют.

Вследствие этого может возникнуть термодинамически неравновесная ситуация, при которой электроны, ионы и нейтральный газ имеют разные температуры. Эта ситуация ещё более усложняется, если в балансе энергии Э. р. в г.

нельзя пренебречь световым излучением (например, в сильноточных дуговых разрядах). В таких случаях низкотемпературную плазму необходимо описывать с помощью кинетической теории плазмы.

  Лит.: Энгель А., Штенбек М., Физика и техника электрического разряда в газах, пер. с нем., т. 1—2, М. — Л., 1935—1936; Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Капцов Н. А., Электроника, 2 изд., М., 1956; Мик Дж. М., Крэгс Дж.

, Электрический пробой в газах, пер. с англ., М., 1960; Браун С., Элементарные процессы в плазме газового разряда, [пер. с англ.], М., 1961; Физика и техника низкотемпературной плазмы, под ред. С. В. Дресвина, М., 1972; Райзер Ю. П., Лазерная искра и распространение разрядов, М.

, 1974.

  М. Штеенбек, Л. Ротхардт (ГДР).

Рис. 3. Вольамперная характеристика разряда: аб — несамостоятельного лавинного; бвг — тлеющего; гд — дугового.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика тихого разряда.

Рис. 2. Кривые Пашена для различных газов. По оси абсцисс отложены произведения p × d в мм рт. ст. × мм, по оси ординат – напряжение пробоя U3 в вольтах.

Оглавление

Источник: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/125/928.htm

Газовый разряд

Газовый разряд

Газовый разряд

Га́зовый разря́д — совокупность электрических, оптических и тепловых явлений,возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только после достаточной ионизации газа и образования плазмы.

Ионизация происходит за счёт столкновений электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа.

При этом возникает лавинное увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию.

Для возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.

Если для существования газового разряда необходима дополнительная ионизация за счёт внешних источников (например, при помощи ионизирующих излучений), то газовый разряд называется несамостоятельным (такие разряды используются в счётчиках Гейгера).

Для осуществления газового разряда применяют как постоянные во времени, так и переменные электрические поля.

1. Несамостоятельный газовый разряд.

Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Если электропроводность газа создается внешними ионизаторами, то электрический ток, возникающий в нем, называется несамостоятельным газовым разрядом. С прекращением действия внешних ионизаторов несамостоятельный разряд прекращается. Несамостоятельный газовый разряд не сопровождается свечением газа.

Ниже изображен график зависимости силы тока от напряжения при несамостоятельном разряде в газе. Для построения графика использовалась стеклянная трубка с двумя впаянными в стекло металлическими электродами. Цепь собрана как показано на рисунке ниже.

+ –

2. Самостоятельный газовый разряд.

Электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разрядом. Для его осуществления необходимо, чтобы в результате самого разряда в газе непрерывно образовывались свободные заряды. Основным источником их возникновения является ударная ионизация молекул газа.

Если после достижения насыщения продолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока при достаточно большом напряжении станет резко возрастать (график 2).

Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число заряженных частиц, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Поэтому ионизатор теперь можно убрать.

I

0 U

Ионизация газов.

Газы при нормальных условиях состоят из электрических нейтральных атомов и молекул и по этой причине не проводят электричества. Газ становится проводником, когда некоторая часть его молекул ионизируется, т.е.

произойдет расщепление нейтральных атомов и молекул на положительные и отрицательные ионы и свободные электроны – такие газы называют ионизированными.

Ионы в газах могут возникать под действием ионизаторов
(возбудители ионизации) – высокой температуры, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, радиоактивного излучения, а также в результате столкновения атомов газа с электронами и атомными частицами и т.д.

Впрочем, и в нормальных условиях газы, например воздух, обладают электрической проводимостью, хотя и весьма ничтожной. Эта проводимость вызвана излучением радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли, а также космическими лучами.

Систематическое излучение электрических токов и разрядов в газах было начато лишь в конце 19 века. Была установлена природа газового разряда в различных условиях. Газовым разрядом называется прохождение электрического тока через газы.

Однако ввиду сложности этих явлений, точной количественной теории их не существует до настоящего времени.
Ионизация газа, возникающая в результате вырывания электронов из молекул и атомов самого газа, называется объемной ионизацией, т.к. источники ионов здесь распределены в объеме, который занимает газ.

Помимо объемной ионизации существует поверхностная ионизация. При такой ионизации ионы или электроны поступают в газ со стенок сосуда, в котором он заключен, или с поверхности тел, вносимых в газ.

Например, источником электронов могут служить раскаленные тела (термоэлектронная эмиссия) или поверхности металлов, освещаемые ультрафиолетовыми и прочими коротковолновыми электромагнитными излучениями (фотоэлектрический эффект).

Для того чтобы выбить из молекулы (атома) один электрон, необходимо затратить определенную энергию. Минимальное значение такой энергии называется энергией ионизации молекулы (атома), ее значение для атомов различных веществ лежат в пределах 4[pic]25эВ.

Одновременно с процессом ионизации газа всегда идет и обратный процесс – процесс рекомбинации.

Газы по большей мере состоят из нейтральных молекул. Однако если часть молекул газов ионизируется, газ проводит электрический ток. Есть два основных способа ионизации в газах:

  • Термическая ионизация — ионизация, при которой необходимую энергию для отрыва электрона от атома дают столкновения между атомами вследствие повышения температуры;
  • Ионизация электрическим полем — ионизация вследствие получения значения напряжения внутреннего электрического поля выше предельного значения. Из этого следует отрыв электронов от атомов газа.

Источник: https://mirznanii.com/a/324156/gazovyy-razryad

Типы разрядов

Газовый разряд

      В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:

  •      тлеющий разряд;
  •      искровой разряд;
  •      дуговой разряд;
  •      коронный разряд.
  •       1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами (рис. 8.5). Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой 2.      Между катодом и пленкой находится астоново темное пространство 1. Справа от светящейся пленки помещается слабо светящийся слой, называемый катодным темным пространством 3. Этот слой переходит в светящуюся область, которую называют тлеющим свечением 4, с тлеющим пространством граничит тёмный промежуток – фарадеево тёмное пространство 5. Все перечисленные слои образуют катодную часть тлеющего разряда. Вся остальная часть трубки заполнена святящимся газом. Эту часть называют положительным столбом 6.Рис. 8.5      При понижении давления катодная часть разряда и фарадеево тёмное пространство увеличивается, а положительный столб укорачивается.      Измерения показали, что почти все падения потенциала приходятся на первые три участка разряда (астоново темное пространство, катодная святящаяся плёнка и катодное тёмное пятно). Эту часть напряжения, приложенного к трубке, называют катодным падением потенциала.      В области тлеющего свечения потенциал не изменяется – здесь напряженность поля равна нулю. Наконец, в фарадеевом тёмном пространстве и положительном столбе потенциал медленно растёт.      Такое распределение потенциала вызвано образованием в катодном темном пространстве положительного пространственного заряда, обусловленного повышенной концентрацией положительных ионов.      Положительные ионы, ускоренные катодным падением потенциала, бомбардируют катод и выбивают из него электроны. В астоновом темном пространстве эти электроны, пролетевшие без столкновений в область катодного тёмного пространства, имеют большую энергию, вследствие чего они чаще ионизируют молекулы, чем возбуждают. Т.е. интенсивность свечения газа уменьшается, но зато образуется много электронов и положительных ионов. Образовавшиеся ионы в начале имеют очень малую скорость и потому в катодном тёмном пространстве создаётся положительный пространственный заряд, что и приводит к перераспределению потенциала вдоль трубки и к возникновению катодного падения потенциала.      Электроны, возникшие в катодном тёмном пространстве, проникают в область тлеющего свечения, которая характеризуется высокой концентрацией электронов и положительных ионов коленарным пространственным зарядом, близким к нулю (плазма). Поэтому напряженность поля здесь очень мала. В области тлеющего свечения идёт интенсивный процесс рекомбинации, сопровождающийся излучением выделяющейся при этом энергии. Таким образом, тлеющее свечение есть, в основном, свечение рекомбинации.      Из области тлеющего свечения в фарадеево тёмное пространство электроны и ионы проникают за счёт диффузии. Вероятность рекомбинации здесь сильно падает, т.к. концентрация заряженных частиц невелика. Поэтому в фарадеевом тёмном пространстве имеется поле. Увлекаемые этим полем электроны накапливают энергию и часто в конце концов возникают условия, необходимые для существования плазмы. Положительный столб представляет собой газоразрядную плазму. Он выполняет роль проводника, соединяющего анод с катодными частями разряда. Свечение положительного столба вызвано, в основном, переходами возбужденных молекул в основное состояние.      2. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга (рис. 8.6). Эти полоски называют искровыми каналами.

    Тгаза = 10 000 К ~ 40 смI = 100 кАt = 10–4 cl ~ 10 км

    Рис. 8.6      После того, как разрядный промежуток «пробит» искровым каналом, сопротивление его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.      В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молнии. На рисунке 8.7 изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3 с силой тока 104 – 105 А, длиной 20 км (рис. 8.7).           Рис. 8.7      3. Дуговой разряд. Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом (рис. 8.8).

    ~ 103 А
    Рис. 8.8

          При этом ток резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Согласно В.Ф. Литкевичу (1872 – 1951), дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. На практике – это сварка, мощные дуговые печи.      4. Коронный разряд (рис. 8.9).возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).Рис. 8.9      Наличие второго электрода необязательна, но его роль могут играть ближайшие, окружающие заземленные металлические предметы. Когда электрическое поле вблизи электрода с большой кривизной достигает примерно 3∙106 В/м, вокруг него  возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.

Источник: http://ens.tpu.ru/posobie_fis_kusn/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0.%20%D0%9F%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%82%D0%BE%D0%BA/08-4.htm

3.2. Газовый разряд

Газовый разряд

Вэмиссионном анализе используется многоэлектрических источников света. В основебольшинства их лежит газовыйразряд –это прохождение тока через воздух илидругой газ.

Вобычных условиях воздух и другие газыявляются хорошими изоляторами.

Есливзять два металлических электрода,разделенных между собой небольшимвоздушным промежутком, и подключить ихк источнику тока, то цепь окажетсяразомкнутой, разряд между двумяэлектродами возможен, если в воздушномпромежутке есть ионы и электроны, которыепод действием электрического поля будутдвигаться к электродам. Прохождениетока в воздухе возможно только вприсутствии источника, вызывающегоионизацию. Такой разряд называетсянесамостоятельным.Он прекращается, когда убирают источникионизации.

Придостаточно высоком напряжении наэлектродах возникает самостоятельныйгазовый разряд. Под действием электрическогополя между электродами заряженныечастицы в воздушном промежутке приобретаютзначительную кинетическую энергию,которую передают при упругих соударенияхмолекулам газа, а также электродам.

Врезультате за счет энергии источникатока происходит разогревание газа иэлектродов. Число заряженных частиц ввоздушном промежутке начинает резковозрастать за счет ионизации атомов имолекул и эмиссии заряженных частиц сэлектродов.

Раз начавшийся газовыйразряд сам поддерживает себя и ненуждается во внешних источникахионизации.

Газ,имеющий высокую температуру и состоящийиз заряженных и нейтральных частиц,называется плазмой.При самостоятельном газовом разрядемежду электродами всегда образуетсяплазма.

Длявозникновения газового разряда достаточноприложить к электродам высокое напряжение.Для пробоя воздушного промежутка внесколько миллиметров нужно напряжениеоколо 10000В. Пробойное напряжение приатмосферном давлении растет с ростомширины промежутка.

Зависит она такжеот формы электродов. Промежуток междуостроконечными электродами пробиваетсяпри более низком напряжении, чем междуплоскими. Пробой облегчается в техслучаях, когда в воздушном промежуткеуже имеются заряженные частицы.

Такесли концы электродов разогреты и с нихвследствие термоэлектронной эмиссиивылетают электроны, то для пробоя такогопромежутка достаточно напряжение около100В.

Внутри объема в пространстве междуэлектродами, где происходит газовыйразряд, в одну секунду выделяетсяэнергия, величина которой зависит отмощности тока

(21)

гдеi– ток разряда;

U– напряжение на электродах.

Увеличениенапряженияна электродах при неизменном токеприводит к сильному повышению температурыплазмы, т.к. увеличивается мощностьэлектрического разряда, а ширинаплазменного жгута даже несколькоуменьшается под действием сильногоэлектрического поля.

Увеличениетока разрядапри постоянном напряжении почти неповышает температуру, т.к. одновременнос ростом электрической мощностиувеличивается объем плазмы из-завзаимного отталкивания электронов.

Такимобразом, температура плазмы зависит,главным образом, от напряжения наэлектродах и от плотности тока, проходящегочерез единицу площади в сечении разряда.

Различные типы газового разряда приатмосферном давлении различаются посвоим электрическим параметрам.

Температура плазмы меняется в широкихпределах от наиболее “мягкого” –дугового – разряда до высокотемпературных”жестких” режимов искрового иимпульсного разрядов.

Дуговой разряд

Этоосновной вид самостоятельного разряда.Имеет температуру от 40000до 80000.Разряд широко применяется в технике:дуговая сварка металлов, дуговыесталеплавильные печи и т.д.

В спектральноманализе дуговой разряд – один из наиболееважных и распространенных источниковсвета. Возникает при напряжении междуэлектродами в 25-80В и токе от 1 – 2 донескольких десятков ампер.

Для негохарактерно продолжительное горениепри неизменных электрических параметрах.

Структураразряда представлена на рис. 12. Наибольшуютемпературу плазма имеет в центральнойчасти, где достигается большая плотностьтока.. Интенсивность спектральных линийдостигает наибольшей величины в разныхчастях дуги в зависимости от их потенциаловвозбуждения и ионизации.

Около катодаобычно наблюдается повышенная концентрацияионов, что приводит к усилению спектральныхлиний, особенно искровых, в этой областиразряда. Центральная часть плазмыокружена более холодной областью,температура которой по мере удаленияот центра понижается до комнатной.

Парывещества электродов, попадая из плазмыв эту область, остывают, что можетвызывать сильное самообращение некоторыхспектральных линий.

Рис. 12. Структурадугового разряда

Концыэлектродов сильно разогреты, особенновысокую температуру имеют места, накоторые опирается разряд. Они подвергаютсясильной бомбардировке ионами и электронамии имеют вид раскаленных пятен. Температураболее горячего анодного пятна,образованного ударами электронов,достигает 40000.Вещество электродов энергично испаряется,и пары поступают в плазму.

Температураэлектрода быстро падает при удаленииот анодного или катодного пятна. Чембольше теплопроводность электродов иих масса, тем резче падение температуры.Так, при работе с угольными электродамибыстро разогреваются и начинают яркосветиться концы электродов.

В металлическихэлектродах, особенно медных, сильнонагреваются только места, на которыеопирается разряд.

Разрядобычно делают вертикальным. Окружающийвоздух течет вдоль оси разряда и ненарушает горения дуги. При горизонтальнойустановке поток воздуха отклоняетразряд вверх и его форма становитсянесимметричной относительно оси (рис.13). Дуга горит менее стабильно.

Рис. 13. Горизонтальноерасположение дугового разряда

Дуговойразряд не подчиняется закону Ома. Егосопротивление зависит от тока. Чембольше ток, тем больше число заряженныхчастиц во всем объеме, занятом плазмой,и сопротивление разрядного промежуткауменьшается.

Если источник тока имеетбольшую мощность и обеспечивает даетпостоянное напряжение на электродах,то при случайном увеличении тока дугиее сопротивление падает, что приводитк еще большему увеличению тока. Этотпроцесс может нарастать самопроизвольно,что приведет к сгоранию проводов илиисточника.

Поэтому последовательновсегда включается сопротивление,ограничивающее ток разряда (рис. 14).

Рис. 14. Способстабилизации тока дугового разряда

Обычногорение дуги протекает очень нестабильно.Разряд часто перемещается по поверхностиэлектродов, его сопротивление и токдуги все время изменяются. Включениесопротивления несколько стабилизируетгорение.

Сопротивлениедугового разряда сильно зависит отионизационного потенциала веществ, впарах которых он протекает. Чем нижеионизационный потенциал, тем большезаряженных частиц в плазме и меньше ееэлектрическое сопротивление. Снижениесопротивления приводит к падениюнапряжения на электродах при том жеразрядном токе. Мощность разряда итемпература плазмы сильно уменьшаются.

Непрерывноегорение дуги, большая мощность иэнергичное испарение электродовобеспечивает высокую яркость дуговогоразряда.

Относительно низкая температураплазмы приводит к появлению в спектредуги линий, главным образом с невысокимипотенциалами возбуждения.

Наиболееинтенсивные линии, возбуждаемые вдуговом разряде, расположенные в видимой,а также в ближней и средней ультрафиолетовойобластях спектра.

Благодарявысокой яркости дуги и энергетическомуиспарению вещества, она обеспечиваетвысокую чувствительность при анализевсех элементов, кроме трудновозбудимых.Следует отметить, что для щелочных ищелочноземельных металлов даже дугаоказывается часто слишком горячимисточником света. При их определениидля повышения чувствительности необходимоснижать температуру дугового разрядапримерно до 40000.

При возрастаниитока мощность и яркость дуги, хотя имедленно, увеличиваются, что обычноприводит к повышению чувствительностианализа. Температура плазмы при этомзаметно меняется только при работе сметаллическими электродами. Прииспользовании графитовых и угольныхэлектродов она остается практическинеизменной.

Сопротивлениедуги и напряжение на электродах зависитот расстояния между ними. Поэтому дляполучения постоянной температуры плазмыпри анализе необходимо всегда устанавливатьстрого одинаковое расстояние междуэлектродами.

Дуговойразряд можно питать как постоянным, таки переменным током. В последнем случаегорение дуги прерывается дважды втечение каждого периода тока, когданапряжение на электродах оказываетсянедостаточным для поддержаниясамостоятельного разряда.

Разогревэлектродов и их испарение в дугепеременного тока происходит менееинтенсивно, что приводит к небольшомуповышению температуры плазма, так какв ней меньше паров веществ, ионизирующихсялегче, чем воздух. Стабильность такойдуги значительно выше, чем при питаниипостоянным током.

Повыситьтемпературу дуги можно значительнымувеличением напряжения на электродах.Ток разряда при этом будет очень большой,т.к. сопротивление разряда очень мало.Такой разряд (называемый высоковольтнойили горячейдугой)применяют редко, т.к. для его непрерывногогорения необходим очень мощный источникпитания.

Искровой разряд

Увеличитьтемпературу плазмы без повышения среднеймощности источника, можно, если отнепрерывного горения перейти к отдельнымкратковременным разрядам при большомнапряжении и токе. Такой разряд называютискрой.Время его горения очень мало и средняямощность невелика.

Рис. 15. Структураискрового разряда

Сначалапри каждом пробое воздушного промежуткаобразуется очень узкий канал плазмы, вкоторый почти не попадает веществоэлектродов. Температура канала – десяткитысяч градусов. Свечение канала состоитиз линий кислорода и азота и интенсивногосплошного фона.

В следующий моментнебольшой участок поверхности электродов,на который опирается разряд, быстронагревается до очень высокой температуры.Это тепло не успевает распространитьсяна соседние участки. В месте разогревапроисходит взрывоподобный выбросвещества, который имеет вид факела.Яркость факела значительно больше, чемяркость канала.

Его температура около100000С.Излучение факела состоит главнымобразом, из спектральных линий веществаэлектродов (рис. 15). К моменту следующегоразряда горячие участки на поверхностиэлектродов остывают, и пробой промежуткапроисходит в новом месте. Для созданияискры используют предварительноенакопление заряда на конденсаторе.

Такой источник называется конденсированнойискрой.Количество электричества, запасенноев конденсаторе, определяется его емкостьюи напряжением на обкладках

(22)

Длянакопления такого количества электричестванеобходимо заряжать конденсатор втечение некоторого времени

(23)

гдеi– средний ток в амперах;

t– время заряда в секундах.

Весьнакопленный заряд используется приразряде конденсатора через воздушныйпромежуток между электродами. Мгновенныйток искры достигает больших значений,так как продолжительность заряда мала.

Продолжительностьразряда зависит от сопротивления цепи,через которую он происходит. Приподключении конденсатора непосредственнок электродам (рис.

16, а) ток разрядаограничен только сопротивлениемискрового промежутка. Все напряжениеконденсатора оказывается приложеннымк электродам.

Ток разряда в этом случаедостигает очень больших значений, авремя разряда мало. Такой разряд называюточень жесткойискрой.

а б в

Рис. 16. Схемыцепей разряда конденсатора

Привключении сопротивления, ограничивающеготок разряда, часть напряжения теряетсяна этом сопротивлении, поэтому напряжениена электродах падает и продолжительностьразряда возрастает (рис. 16, б). На омическомсопротивлении теряется часть энергии,запасенной на конденсаторе.

Поэтомуобычно для ограничения разрядного токаставят катушку индуктивности (рис. 16,в), которая вместе с конденсаторомобразует колебательный контур.

Послепробоя промежутка в контуре возникаютвысокочастотные колебания, период ичастоту которых можно определить поформулам:

(24)

(25)

где Т – периодколебаний, сек;

 -частота, Гц;

L– индуктивность катушки, Гн;

С – емкостьконденсатора, Ф.

Рис. 17. Затухающиевысокочастотные колебания при искровомразряде

Колебанияв контуре быстро затухают (рис. 17), энергиязапасенная на конденсаторе, расходуетсяна нагревание плазмы. Колебанияпрекращаются, когда напряжение наэлектродах становится недостаточнымдля поддержания самостоятельногоразряда.

Всеколебания за один пробой составляютцуг.Длительность цуга определяют, знаяпериод одного колебания и число колебанийв цуге и обычно он составляет около10-4сек.По мере расхода запасенной энергии иувеличения количества вещества,поступившего в разряд, его температурападает. Средняя температура искрызависит от соотношения энергии,выделившейся в начале и в конце цуга.

При небольшой индуктивности катушкиосновная энергия выделяется в началеразряда при высоком напряжении наэлектроде и большой плотности тока.Общая продолжительность разряда в этомслучае мала, а его температура велика.Даже при низком напряжении (200В)на конденсаторе при малой индуктивностиудается получить достаточно жесткийразряд. Такой источник называютнизковольтнойискрой.

Привключении катушки с большой индуктивностьюначальный ток разряда сильно ограничендаже при высоком напряжении наконденсаторе, и основная часть егоэнергии выделяется при низковольтныхколебаниях, когда плазма имеет невысокуютемпературу. Изменяя индуктивность(число витков) катушки, можно в оченьшироких пределах регулировать температуруконденсированной искры.

Емкостьконденсатора почти не оказывает влиянияна температуру искры, так как при ееувеличении одновременно возрастаетзапасенная энергия и продолжительностьразряда. Зато количество поступающегов разряд вещества и яркость искры быстрорастут с увеличением емкости.

При обычноприменяемых конденсаторах небольшойемкости искра значительно уступает пояркости дуге, что приводит к увеличениюпродолжительности анализа. Сильноеувеличение емкости при уменьшении (илиотсутствии) индуктивности переводитискру в мощный импульсныйразряд,который имеет очень большую яркость.Наоборот, уменьшение емкости приводитк резкому ослаблению яркости разряда.

При переходе к неконденсированномуразряду (емкость близка к нулю) яркостьискры уменьшается, что делает невозможнымприменение такого разряда в качествеисточника света для спектральногоанализа.

Искраприменяется для анализа трудновозбудимыхэлементов. Благодаря большой стабильностиискрового разряда его также широкоиспользуют для количественногоопределения всех элементов.

Источник: https://studfile.net/preview/5335875/page:10/

Vse-referaty
Добавить комментарий