Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Если к электродам, впа- 172 3 Ылектрч мг ~в н ° к к ~ щ мы нети за янным в стеклянную трубку длиной ЗО— 50 см, приложить постоянное напряжение в несколько сотен вольт, постепенно откачивая из трубки воздух, та при давлении яз 5,3+6,7 кПа возникает разряд в виде светящегося извилистого шнура красноватого цвета, идущего от катода к аноду. При дальнейшем понижении давления шнур утолщается, и при давлении 13 Па разряд имеет вид, схематически изображенный на рис. 159.
1 3 Рис. !зэ Непосредственно к катоду прилегает тонкий светяшийсн слой! — первое катодиое свечение, или катодная пленка, затем следует темный слой 2 — катодное темное пространство, переходящее в дальнейшем в светящийся слой 3 — тлеющее свечение, имеющее резкую границу со стороны катода, постепенно исчезающую со стороны анода. Оно возникает из-за рекомбинации электронов с положительными ионами. С тлеющим свечением граничит темный промежуток 4 — фарадеево темное пространство, за которым следует столб ионизированного светящегося газа 5 — положительный столб. Положительный столб существенной роли в поддержании разря. да ие имеет. Например, при уменьшении расстояния между электродами трубки его длина сокращается, в то время как катодные части разряда по форме и величине остаются неизменными.
В тлеющем разряде особое значение для его поддержания имеют только две его части: катодное темное пространство и тлеющее свечение. В катодном темном пространстве происходит сильное ускорение электронов и положительных ионов, выбивающих электроны с катода (вторнчная эмиссия). В области тлеющего свечения же происходит ударная ионизация электронами молекул газа. Образующиеся при этом положительные ионы устремляются к катоду и выбивают нз него новые электроны, которые, в свою очередь, опять иоиизируют газ и т. д.
Та- ким образом непрерывно поддерживается тлеющий разряд. При дальнейшем откачивании трубки при давлении ж 1,3 Па свечение газа ослабевает и начинают светиться стенки трубки. Электроны, выбиваемые нз катода положительными ионами, при таких разрежениях редко сталкиваются с молекулами газа и поэтому, ускоренные полем, ударяясь о стекло, вызывают его свечение, так называемую катодолюминесценцню. Поток этих электронов исторически получил название катодных лучей. Если в катоде просверлить малые отверстия, то положительные ионы, бомбардирующие катод, пройдя через отверстия, проникают в пространство за катодом и образуют резко ограниченный пучок, получивший название каналовых (или положительных) лучей, названных по знаку заряда, который они несут. Тлеющий разряд широко используется в технике.
Так как свечение положительного столба имеет характерный для каждого газа цвет, то его используют в газосве гных трубках для светящихся надписей и реклам (например, неоновые газоразрядные трубки дают красное свечение, аргоновые — синевато-зеленое). В лампах дневного света, более экономичных, чем лампы накаливания, излучение тлеющего разряда, происходящее в парах ртути, поглощается нанесенным на внутреннюю поверхность трубки флуоресцирующим веществом (люминофором), начинающим под воздействием поглощенного излучения светиться. Спектр свечения при соответствующем подборе люминофоров близок к спектру солнечного излучения. Тлеющий разряд используется для катодного напыления металлов.
Вещество катода в тлеющем разряде вследствие бомбардировки положительными ионами, сильно нагреваясь, переходит в пароабразное состояние. Помещая вблизи катода различные предметы, нх можно покрыть равномерным слоем металла. 2. Искровой разрид возникает при больших напряженностях электрического поля ( 3.10 В/м) в газе, находящемся под давлением порядка атмосферного. Искра имеет вид ярко светящегося тонко- ! з п п з Ь! уыгктрн н г! щ он и ч чс1 волг н внкю чс !7.! го канала, сложным образом изогнутого и разветвленного. Объяснение искрового разряда дается на основе стримерной теории, согласно которой возникновению ярко светящегосн канала искры предшествует понвление слабосветящихся скоплений ионизованного газа — стримеров. Стримеры возникают не только в результате образования электронных лавин посредством ударной ионизации, но и а результате фотонной ионизации газа.
г!званы, догоняя друг друга, образуют проводящие мастики из стримеров, по которым в следуюп!ие моменты времени и устремляются мощные потоки электронов, образующие каналы искрового разряда. Из-за выделения при рассмотренных процессах большого количества энергии газ в искровом промежутке нагревается до очень высокой температуры (прнмерна !О' К), что приводит к его свечению. Быстрый нагрев газа ведет к повышению давления и возникновению ударных волн, объясняющих звуковые эффекты прн искровом разряде — характерное потрескивание в слабых разрядах н мощные раскаты грома в случае молнии, являющейся примером мощного искрового разряда между грозовым облаком и Землей или между двумя грозовыми облаками.
Искровой разряд используется для воспламенения горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и предохранения электрических линий передачи от перенапряжений (нскровые разрядники). Прн малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызывает разрушение (эрозию) поверхности металла, поэтому он применяется для электроискровой точной обработки металлов (резание, сверление). Его используют в спектральном анализе для регистрации заряженных частиц (искровые счетчики).
3. Дуговой разряд. Если после зажигания искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд становится непрерывным — возникает дуговой разряд. При этом сила тока резко возрастает, достигая сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Дуговой раз- ряд можно получить от источника низкого напряжения минуя стадию искры. Для этого электроды (например, угольные) сближают до соприкосновения, они сильно раскаляются электрическим током, потом нх разводят н получают электрическую дугу (именно так она была открыта В.
В. Петровым). При атмосферном давлении температура катода приблизительно равна 3900 К. По мере горения дуги угольный катод заостряется, а на аноде образуется углубление — кратер, являюгцийся наиболее горячим местом дуги. По современным представлениям, дуговой разряд поддерживается за счет высокой температуры катода из-за интенсивной термоэлектронной эмиссии, а также термической ионизации молекул, обусловленной высокой температурой газа. Дуговой разряд находит широкое применение в народном хозяйстве для сварки и резки металлов, получения высококачественных сталей (дуговая печь) и освещения (прожекторы, проекционная аппаратура). Широко применяются также дуговые лампы с ртутными электродами в кварцевых баллонах, где дуговой разряд возникает в ртутном паре при откачанном воздухе.
Дуга, возникающая в ртутном паре, является мощным источником ультрафиолетового излучения и используется в медицине (например, кварцевые лампы). Дуговой разряд при низких давлениях в парах ртути используется в ртутных выпрямителях для выпрямления переменного тока. 4. Коронный разряд — высоковольтный электрический разряд прн высоком (например, атмосферном) давлении в резконеодиородном поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (например, острия). Когда напряженность поля вблизи острия достигает 30 кВ/см, то вокруг него возникает свечение, имеющее вид короны, чем и вызвано название этого вида разряда.
В зависимости от знака коронирующего электрода различают отрицательную или положительную корону. В случае от. рицательной короны рождение электронов, вызывающих ударную ионизацию молекул газа, происходит за счет эмиссии нх из ~н~ . 'чч.,щгнн н "н ч катода под действием положительных ионов, в случае положительной — вследствие иониэации газа вблизи анода. В естественных условиях корона возникает под влиянием атмосферного электричества у вершин мачт (на этом основано действие молниеотводов), деревьев *, Вредное действие короны вокруг проводов высоновольтных линий передачи проявляется в возникновении вредных токов утечки. Для их снижения провода высоковольтных линий делаютси толстыми. Коронный разряд, являясь прерынистым, становится также источником радиопомех.
Используется коронный разряд в электрофильтрах, применяемых дли очистки промышленных газов от примесей. Газ, подвергаемый очистке, движется снизу вверх в вертикальном цилиндре, по оси которого расположена коронирующая проволока. Ионы, имеющиеся в большом количестве во внешней части короны, оседают на частицах примеси и увленаются полем к внешнему некоронируюшему электроду н на нем оседают. Коронный разряд применнегсн также прн нанесении порошковых и лакокрасочных покрытий. эч 108. Плазма и ее свойства Плазмой называется сильно ионизованный газ, в котором концентрации положи.
тельных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Различают высокотемпературную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразрядную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется степенью нонизацнн и — отношением числа ионизованных частиц к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от величины а говорит о слабо (и составляет доли процента), умеренно (м— несколько процентов) и полностью (сх близко к 100 Я ) иоинзованной плазме.
Заряженные частицы (электроны, ионы) газоразрядной плазмы, находясь в ускоряющем электрическом поле, обладают различной средней кинетической ' Это явление получило в древности название огней святого Эльма. энергией. Это означает, что температура Т, электронного газа одна, а ионного ҄— другая, причем Т,) Т„. Несоответствие этих температур указывает на то, что газо- разрядная плазма нвляется неравновесной, поэтому она называется также нензотермической. Убыль числа заряженных частиц в процессе рекомбинации в газо- разрядной плазме восполняется ударной нонизацней электронами, ускоренными электрическим полем. Прекращение действия электрического поля приводит к исчезновению газоразрядной плазмы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
