Плазма

Коронный разряд

Дуговой разряд

При разведении первоначального соприкосновения угольных электродов, подключенных к источнику тока, между ними вспыхивает яркий свет. Светящийся нагретый газ, при горизонтальном расположении канала выгибается в виде дуги. Такой разряд называется дуговым. Сила тока в нем может достигать тысяч ампер, а напряжение несколько десятков вольт. Основными процессами в дуге являются термоэлектронные эмиссии с катода и термическая ионизация молекул газа. Электроны бомбардируют анод, в результате чего он раскаляется до очень высокой температуры. Его вещество при этом испаряется и образуется кратер – это самое горячее место дуги. Электронная дуга является мощным источником света и применяется в прожекторах. Такой источник света является более экономичными чем лампа накаливания и имеет спектр, составленный с большей долей коротковолновых излучений. Помимо дуг, горящих между угольными электродами, применяют также лампы высокого давления. В них дуга зажигается в парах ртути или в инертном газе при давлении до 100 атмосфер. Дуга широко используется для сварки и резки металлов.

Такой разряд возникает в случае, если один из электродов имеет высокую, а другой низкую кривизну. Обычно это система из острия и окружно-изогнутой или плоской пластины. Вблизи острия напряженность поля превосходит критическую величину. Здесь происходят пробои газа, который простирается в пределах некоторой зоны, называемой короной. В пределах короны газ светится. Такой разряд имеет неровные границы и называется кистевым. Различные положительные и отрицательные короны в зависимости от знака коронирующего электрода. Корона зажигается вокруг центрального электрода, отрицательные ионы короны оседают на частицах и увлекаются к внешнему электроду – трубе. Достигая ее поверхности частицы оседают на ней и нейтрализуются. В последствии они механически удаляются например ударом по трубе. Т.о. газ в трубе очищается. В высоковольтных устройствах, линиях электропередач коронный разряд приводит к утечке тока, поэтому провода таких линий делают либо в виде полого цилиндра, любо соединяют параллельно несколько проводников, разведенных на некоторое расстояние.

Сильно ионизован­ный газ, в котором концентрации положи­тельных и отрицательных зарядов практи­чески одинаковы. Различают высокотемпе­ратурную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразряд­ную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется сте­пенью ионизации a – отношением числа ионизованных частиц к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от величины a говорят о слабо (a со­ставляет доли процента), умеренно (a - несколько процентов) и полностью (a близко к 100 %) ионизованной плазме. Заряженные частицы (электроны, ионы) газоразрядной плазмы, находясь в ускоряющем электрическом поле, обла­дают различной средней кинетической энергией. Это означает, что температура Т_е электронного газа одна, а ионного Т_и— другая, причем Т_е>Т_и. Несоответствие этих температур указывает на то, что газо­разрядная плазма является неравновес­ной, поэтому она называется также неизо­термической. Высокотемпературная плазма являет­ся равновесной, или изотермической, т. е. при определенной температуре убыль числа заряженных частиц восполняется в результате термической ионизации. Условием существования плазмы яв­ляется некоторая минимальная плотность заряженных частиц, начиная с которой можно говорить о плазме как таковой. Эта плотность определяется в физике плазмы из неравенства L>>D, где L — линейный размер системы заряженных частиц, D — так называемый дебаевский радиус экра­нирования, представляющий собой то рас­стояние, на котором происходит экраниро­вание кулоновского поля любого заряда плазмы. Плазма обладает следующими основ­ными свойствами: высокой степенью иони­зации газа, в пределе – полной иониза­цией; равенством нулю результирующего пространственного заряда (концентрация положительных и отрицательных частиц в плазме практически одинакова); боль­шой электропроводностью, причем ток в плазме создается в основном электрона­ми, как наиболее подвижными частицами; свечением; сильным взаимодействием с электрическим и магнитным полями; ко­лебаниями электронов в плазме с большой частотой (~=10⁸ Гц), вызывающими об­щее вибрационное состояние плазмы; «коллективным» — одновременным взаимодействием громадного числа частиц (в обычных газах частицы взаимодейству­ют друг с другом попарно). Эти свойства определяют качественное своеобразие плазмы, позволяющее считать ее особым, четвертым, состоянием вещества.

Дата добавления: 2014-01-05