physics_saveliev_2 (535939), страница 54
Текст из файла (страница 54)
дов, подключенных к большой гальванической батарее, между электродами вспыхивает ослепительное свечение. При горизвнтальном расположении электродов нагретый светящийся газ изгибается в виде дуги, в связи с чем открытое В. В. Петровым явление было названо вольтовой й (или электрической) дугой. Сила тока в дуге может достигать огромных значений (тысячи и десятки тысяч ампер) при напряжении в несколько десятков вольт. Дуговой разряд может протекать как при низком (по« рядка нескольких миллиметров ртутного столба), так н прн высоком (до !000 ат) давлении. Основными процес. сами являются термоэлектронная эмиссия с раскаленной поверхности катода и термическая ионизация молекул, обусловленнаявысокой температурой газа. Почти все межэлектродное пространство заполнено высокотемпературной плазмой. Она служит проводником, по которому электроны, испущенныс катодом, достигают анода.
Рис. !92. Температура плазмы составляет около 6000' К. В дуге сверхвысокого давления (до 1000 ат) температура плазмы может достигать 1О 000' К (напомним, что температура поверхности Солнца равна 5800' К). Вследствие бомбардировки положительными ионами катод раскаляется примерно до 3500'К. Анод, бомбардируемый мощным потоком электронов, разогревается еще больше. Это приводит к тому, что анод интенсивно испаряется и на его поверхности образуется углубление — кратер.
Кратер является самым ярким местом дуги. Дуговой разряд обладает падающей вольт-амперной характеристикой (рис. 192). Это объясняется тем, что при увеличении силы тока возрастают термоэлектронная эмиссия с катода и степень ионизации газоразрядного промежутка. Кроме описанной выше термоэл ектронной дуги (т. е. разряда, обусловленного термоэлектроииой эмиссией с раскаленной поверхности катода) бывает дуга с холодным катодом. В качестве катода в этом случае служит обычно жидкая ртуть, налитая в баллон, из которого удален воздух.
Разряд происходит в парах ртути. Электроны вылетают из катода за счет автоэлектронной эмиссии. Необходимое для этого сильное поле у поверхности катода создается положительным пространственным зарядом, образованным ионами. Электроны испускаются не всей поверхностью катода, а небольшим ярко светящимся н непрерывно перемещающимся к а т о д н ы м и я тном, Температура газа в этом случае невелика. Ионизация молекул в плазме происходит, как и при тлеющем разряде, за счет электронных ударов.
Дуговой разряд находит разнообразные применения. В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бенардос предложил использовать электрическую дугу для сварки металлов. В 1888 г. Н. Г. Славянов усовершенствовал электросварку, заменив угольные электроды металлическими. Электрическая дуга применяется в качестве мощного источника света. В дуговых рвс. ~эз. лампах сверхвысокого да аленн и я (лампах СВД) разряд происходит между вольфра. мовыми электродами в атмосфере паров ртути при давлении до 100 ат или в инертном газе (неоне, аргоне, криптоне или ксеноне) при давлении до 20 ат.
Лампа такого типа изображена на рис. 193. Боковой электрод служит для зажигания лампы от источника высокого напряжения. В связи с тем, что лампа СВД сильно разогревается, ее баллон изготовляется из кварца (размягчгющегося при более высокой температуре, чем' стекло). Ртутная лампа в холодном состоянии содержит аргон при небольшом давлении (порядка несколькик миллиметров ртутного столба) и капельку ртути. Первоначально дуговой разряд возникает в аргоне.
Когда лампа нагревается, ртуть испаряется и в дальнейшем разряд идет в парах ртути. Дуга, горящая в парах ртути, испускает мощный поток ультрафиолетового излучения. Ртутные лампы с баллоном из кварца (кварц пропускает ультрафиолетовые лучи; обычное стекло' их поглощает) применяются в качестве источников ультрафиолетовых лучей в медицине и в научных исследованиях. В л а м и а х д н е в н о г о света стенки разрядной трубкипокрываются специально подобранными веществами (люминофорамн), которые под действием ультрафио- 4, Лг летового излучения паров ртути начинают светиться в свою очередь, но уже излучением, близким по спектральному составу к дневному свету, л Такие источники света в несколько раз экономичнее, чем лампы накалил Ншуэха в ани я. Дуговой разряд в парах рту~и при низком давлении с ртутным катодом используется в ртутных вы- Г 1 прями тел ях.
На рис. !94 дана схема двухполупериодного ртутного выпрямителя. Ток течет к катоду К Рис 194. от того из анодов А, или Аь кото- рый в данный момент находн1ся под положительным потенциалом по отношению к катоду. В результате через нагрузку )т' течет ток одного направления, Ртутный электрод в боковом отростке служит для зажигания разряда. Чтобы включить выпрямитель, колбу наклоняют до тех пор, пока ртуть катода и отростка не соединится. При возвращении колбы в вертикальное положение в месте разрыва ртути возникает дуга, после чего разряд переходит на один из анодов. На'дуговом разряде основано действие приборов, называемых газотроном и тиратроном. Га вот рон представляет собой диод с калящимся катодом, заполненный парами ртути или аргоном при невысоком давлении.
Электроны, испущенные катодом вследствие термоэл" ктронной эмиссии, ионизируют молекулы газа, что приводит к образованию газоразрядной плазмы (эти процессы типичны для дугового разряда). Хорошая проводимость плазмы препятствует образованию вблизи катода электронного облака (как это имеет место в вакуумном диоде). Поэтому при небольшом напряжении между электродами (15 — 20 и) газотрон пропускает сильные токи (порядка 10 а). Так как ток течет через газотрои лишь при положительном (по отношению к катоду) напряжении на аноде, его используют для выпрямления тока.
На рис. !95 приведена схема ') однополупериодного выпрямителя на газотроне (на схеме )т — нагрузка,' в которой используется выпрямленный ток). Собрав схему, изображенную на рис. 195, на двух газотронах можно осуществить двухполупериодное выпрямлепие. гт(кюа тйт~ргзла Рнс. !96. Рис. 195. Т и р а т р о н отличается от газотрона наличием третьего электрода — сетки.
Этот прибор используется в качестве быстродействующего включателя тока. Соответствующая схема изображена на рис. !96. В нормальном состоянии сетка имеет по отношению к катоду отрицательный потенциал, Поэтому электроны, вылетевшие из катода, возвращаются полем обратно, н ток через тиратрон не течет. При подаче на сетку хотя бы кратковременного положительного импульса в тнратроне возникает дуговой разряд и начинает течь сильный ток. Образовавшаяся плазма, обладая высокой проводимостью, зкранирует сетку '), вследствие чего изменения потенциала на сетке не могут в дальнейшем воздействовать на разряд. Включение тока с помощью тира- трона осуществляется весьма быстро (за время порядка ') На схемах газонаполненные лампы огличают от аналогиикмк вакуумных ламп точкой.
') Экранировка достнгаетси тем, юо волнзи сетки иакаплинаютсн ионы, !О ' сек). Таким образом, тиратрон является безынерционным включателем тока и поэтому широко применяется в автоматике и телемеханике. Для прекращения тока нужно на короткое время (-10 ' сея) снять анодрое напряжение. За это время плазма исчезает в результате рекомбинации, и снова устанавливается состояние, которое было до зажигания. $91, Искровой и коронный разряды Искровой разряд возникает, когда напряженность алектрического поля достигает пробивного для данного гази значения Е,р.
Величина Е,р зависит от давления Газа; для воздуха При атмосферном давлении она составляет около 30000 в/см. С увеличением давления Е„, возрастает. Согласно экспериментальному за кону П аш е н а отношение пробивной напряженности поля к давлению приблизительно постоянно: Епр — = сопз1.
Р Искровой разряд сопровождается возникновением ярко светящегося извилистого, разветвленного канала, по которому проходит кратковременный импульс тока болыпой силы. Примером может служить молния; длина ее бывает до 10 км, диаметр канала — до 40 см, си« ла тока может достигать 100000 и более ампер, продолжительность импульса составляет около 10-' сея. Каждая молния состоит из нескольких (до 50) импульсов, следующих по одному и тому же каналу; нх общая длительность может достигать нескольких секунд.
Температура газа в искровом канале бывает очень высокой — до 10000'К. Быстрый сильный нагрев газа приводит к резкому повышению давления и возникновению ударных и звуковых волн. Поэтому искровой разряд сопровождается звуковыми явлениями — от слабого треска при искре малой мощности до раскатов грома, раздающихся вслед за молнией. Возникновению искры предшествует образование в газе сильно ионизированного канала, называемого ст риме ром.
Этот канал получается путем перекры. тия отдельных электронных лавин, возникающих на пу. ти искры. Родоначальником каждой лавины служит 334 электрон, образующийся путем фотоионизации, Схема развития стримера показана на рис. !97, Напряженность поля такова, что электрон, вылетевший за счет какого-либо процесса из катода, приобретает на длине свободного пробега энергию, достаточную для ионизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
