Основні види газових розрядів ті їх застосування

Тліючий розряд. Цей розряд виникає при низьких тисках. Його можна спостерігати в скляній трубці з впаяними плоскими металевими електродами (рис. 3), подавши на електроди напругу порядку 1000 В. При атмосферному тиску струм у трубці практично відсутній. Якщо знижувати тиск, то приблизно при 50 мм рт. ст. виникає розряд у вигляді звивистого тонкого шнура, який світиться. Коли знижувати тиск далі, то шнур товщає й приблизно при 5 мм рт.ст. заповнює весь перетин трубки – встановлюється тліючий розряд.

Основні частини тліючого розряду зазначені на рисунку 3. Біля катода знаходиться тонкий шар, що світиться, який називається катодною світною плівкою. Між катодом та світною плівкою знаходиться астонівський темний простір. З іншого боку від світної плівки розміщений катодний темний простір. Він світиться дуже слабо і за контрастом здається темним. Це катодний темний простір далі переходить в область, що слабо світиться, яку називають тліюче світіння. Усі перелічені вище шари утворюють катодну частину тліючого розряду.

Далі за тліючим світінням знаходиться темний проміжок – фарадеєвський темний простір. Межа між ними розмита. Уся інша частина трубки заповнена газом, який світиться; її називають додатним стовпом.

Рисунок 3 – Тліючий розряд. Унизу показана зміна потенціалу уздовж газорозрядної трубки

Експериментальні виміри показали (див. нижню частину рисунка 3), що потенціал змінюється уздовж трубки нерівномірно. Майже усе падіння напруги приходиться на перші три ділянки розряду, до катодного темного простору включно. Цю частину напруги, яка прикладена до трубки, називають катодним падінням потенціалу. В області тліючого світіння потенціал не змінюється – тут напруженість електричного поля дорівнює нулю. Нарешті, у фарадеєвському темному просторі та додатному стовпі потенціал повільно росте.

Основні процеси, які необхідні для підтримки тліючого розряду, відбуваються у його катодній частини. Цих процесів два – вторинна електронна емісія з катода, яка викликана бомбардуванням його додатними іонами, і ударна іонізація електронами молекул газу. Ударна іонізація відбувається переважно в області катодного темного простору.

Додатний стовп являє собою газорозрядну плазму. Він виконує роль провідника, що з'єднує анод з катодними частинами розряду. Тому його довжина може бути довільною. Світіння додатного стовпа має різний колір для різних газів (неонові трубки дають червоне світіння, аргонові – синьо‑зелене й т.д.). Ця обставина використовується в газорозрядних трубках, з яких виготовляються світні написи й реклами. Ці написи являють собою додатний стовп тліючого розряду.

Дуговий розряд. У 1802 р. В.В.Петров виявив, що при розведенні вугільних електродів, що спочатку дотикались, які підключені до великої гальванічної батареї, між електродами спалахує сліпуче світіння. При горизонтальному розміщенні електродів нагрітий світний газ вигинається у вигляді дуги, у зв'язку із чим відкрите Петровим явище було названо електричною дугою (сам Петров назвав його вольтовою дугою).

Дуговий розряд може протікати як при низькому (порядку декількох гектопаскалей), так і при високому (до 1000 атм) тиску. Сила струму в дузі може досягати величезних значень (10³ – 10⁴ А) при напрузі в кілька десятків вольтів.

Основними процесами, що підтримують дуговий розряд, є термоелектронна емісія з розпеченої поверхні катода й термічна іонізація молекул, обумовлена високою температурою газу в міжелектродному проміжку. Майже увесь міжелектродний простір заповнений ізотермічною плазмою (сукупністю додатних та від’ємних іонів). Вона служить провідником, по якому електрони, які випромінюються катодом, досягають анода. Температура плазми становить близько 6000 К. У дузі надвисокого тиску, температура плазми може досягати 10 000 К. Внаслідок бомбардування додатними іонами катод, розжарюється приблизно до 3500 К. Анод, який бомбардується потужним потоком електронів, розігрівається ще більше. Це приводить до того, що анод інтенсивно випаровується й на його поверхні утворюються поглиблення – кратер. Це поглиблення є самим яскравим місцем дуги.

Дуговий розряд має дуже важливе технічне застосування – він використовується для електрозварювання.

Крім описаної вище термоелектронної дуги буває дуга з холодним катодом. Катодом такої дуги служить зазвичай рідка ртуть, налита в балон, з якого викачане повітря. Розряд відбувається в парах ртуті. Електрони вилітають із катода за рахунок автоелектронної емісії.

Рисунок 4 – Електронні лавини, що виникають при іскровому розряді. Їхнє перекриття приводить до утворення стримера. Звивистими лініями показане випромінювання, що викликає фотоіонізацію молекул

Іскровий розряд. Цей вид розряду виникає в тих випадках, коли напруженість електричного поля досягає пробивного для даного газу значення. Для повітря при атмосферному тиску воно становить близько 3 МВ/м (30 кВ/см).

Іскровий розряд супроводжується утворенням яскраво світного звивистого розгалуженого каналу, по якому проходить короткочасний імпульс струму великої сили. Прикладом може служити блискавка: довжина її буває до 10 км, діаметр каналу до 40 см, сила струму може досягати 100 000 і більше амперів. Газ в іскровому каналі являє собою плазму, температура якої буває до 10 000 К.

Викликає кожну лавину електрон, що утворюються шляхом фотоіонізації. Перекриття електронних лавин приводить до утворення стримера (див. рис.4). Стример являє собою добре провідний канал, по якому спрямовується від катода до анода потужний потік електронів.

Коронний розряд. Якщо один з електродів (або обоє) має дуже велику кривизну (наприклад, електродом служить тонкий дріт або вістря), то при не занадто великій напрузі виникає розряд, який супроводжується світінням, що має вигляд корони, що оточує електрод. Це послужило причиною того, що розряд був названий коронним.

При коронному розряді іонізація й збудження молекул відбуваються не в усьому міжелектродному просторі, а поблизу електрода з малим радіусом кривизни, де напруженість поля досягає пробивного значення,

Залежно від знака електрода говорять про додатну або від’ємну корону. У випадку від’ємної корони явища на катоді подібні з явищами на катоді тліючого розряду. У зовнішній області корони поле недостатньо для того, щоб передати електронам енергію, яка необхідна для іонізації молекул.

У додатній короні електронні лавини зароджуються біля зовнішньої границі корони й спрямовуються до анода. Виникнення електронів, що породжують лавини, обумовлено фотоіонізацією, яка викликана випромінюванням коронного розряду.

Дата добавления: 2017-01-14