Савельев - Курс общей физики Том 2 - Электричество (934756), страница 53
Текст из файла (страница 53)
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 (размягчающегося 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 н в научных исследованиях.
В лампах дневного с в е т а стенки разрядной трубки покрываются специально подобраннымн веществами (люминофорами), которые под действием ультрафио- А, Аг летового излучения паров ртути начинают светиться в свою очередь, но уже излучением, близким по спектральному составу к дневному свету. Такие источники света в несколько раз экономичнее, чем лампы накалир лл4э~вхл вання. Дуговой разряд в парах ртути при низком давлении с ртутным катодом используется в ртутных вы- Г 1 прям и тел ах.
На рис. !94 дана схема двухполупериодного ртутного выпрямителя, Ток течет к катоду К Рис. 194. от того из анодов Аг или Аь кото- рый в данный момент находится под положительным потенциалом по отношению к катоду. В результате через нагрузку Ю 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 вертикаль-. ное 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. Газотрон представляет собой диод с калящимся катодом, заполненный парами ртути или аргоном при невысоком давлении. Электроны, испущенные катодом вследствие термоэлсктронной эмиссии, ионизируют молекулы газа, что приводит к образованию газоразрядной плазмы (этн 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 в) газотрон пропускает сильные токи (порядка 1О а). Так как ток течет через газотрон лишь при положительном (по отношению к катоду) наприжении на аноде, его используют для выпрямлеиия тока. На рис.
195 приведена схема ') однополупериодного выпрямителя на газотроне (на схеме Й вЂ” нагрузка', в которой используется выпрямленный ток). Собрав схему, изображенную на рис. 195, на двух газотронах можно осуществить двухполупериодное выпрямление. Рис. !96. Рнс. 195. Т н 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.
196. В нормальном состоянии сетка имеет по отношению к катоду отрицательный потенциал. Поэтому электроны, вылетевшие из катода, возвращаются полем обратно, и ток через тиратрон не течет. При подаче на сетку хотя бы кратковременного положительного импульса в тиратроне возникает дуговой разряд и начинает течь сильный ток. Образовавшаяся плазма, обладая высокой проводимостью, экранирует сеткут), 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 гааоиаполиенные латины отличают от аналогичных вакуумных ламп точкой. т) Экраниронка достигается тем, что аблити сетки накапливаются ионы, 1О т сек), Таким образом, тиратрон является безынер-.
ционным включателем тока и поэтому широко применяется в автоматике и телемеханике. Для прекращения тока нужно на короткое время (-10-6 сек) снять анодрое напряжение. За это время плазма исчезает в результате рекомбинации, и снова устанавливается состояние, которое было до зажигания. 9 91, Искровой и коронный разряды Искровой разряд возникает, когда напряженность электрического поля достигает пробивного для данного газа значения Е р.
Величина Е,„ зависит от давления ~(аза; для воздуха при атмосферном давлении она составляет около 30000 в/см. С увеличением давления Е„р возрастает. Согласно экспериментальному з а ко ну П аш е н а отношение пробивной напряженности поля к давлению приблизительно постоянно: Епр — = сопя(.
(91.1) Р Искровой разряд сопровождается возникновением ярко светящегося извилистого, разветвленного канала, по которому проходит кратковременный импульс тока большой силы. Примером может служить молния; длина ее бывает до 1О км, диаметр канала — до 40 см, сила тока может достигать 100000 и более ампер, продолжительность импульса составляет около 1О-' сея. Каждая молния состоит из нескольких (до 50) импульсов, следующих по одному н тому же каналу; их 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 стр им ером. Этот канал получается путем перекры. тия отдельных электронных лавин, возникающих на пу. тн искры.
родоначальником каждой лавины служит электрон, образующийся путем фотоионизации. Схема развития стримера показана на рис. 197. Напряженность поля такова, что электрон, вылетевший за счет какого-либо процесса нз катода, приобретает на длине свободного пробега энергию, достаточную для ионизации. Поэтому происходит размножение электронов— возникает лавина (образующиеся при этом положи тельные ионы не играют существенной роли вследствие гораздо меньшей подвижности; они лишь обусловливают пространственный заряд, вызывающий перераспределение потенциала).
Излучение, испускаемое атомом, у которого прн ионизации был вырван одни из Рис. 197 внутренних электронов (это излучение показано на схеме волнистыми линиями), вызывает фотоионизацию молекул, причем образовавшиеся электроны порождают все новые лавины. После перекрывания лавин образуется хорошо проводящий канал — стример, по которому устремляется от катода к аноду мощный поток электронов — происходит пробой. Есть взять электроды такой формы, при которой поле в межэлектродном пространстве приблизительно однородно (например, в виде шаров достаточно большого диаметра), то искра будет возникать при вполне определенном напряжении 1/ р, величина которого зависит от расстояния между™шарами 1 (Е,р — — К,рД).
На этом основан искровой вольтметр, с помощью которого обычно измеряется высокое напряжение (порядка 10' — 105 в). При измерениях определяется наибольшее расстояние 1, „, при котором возникает искра. Умножив затем Е„р на 1~,м получают значение измеряемого напряжения.
Высокая температура и давление газа в искре обусловливают сильное механическое воздействие на электроды. Это явление лежит в основе разработанного В. Р. и Н. И. Лазаренко метода электроискровой обработки металлов. Если один из электродов (или оба) имеет очень большую кривизну (например, электродом служит тонкая проволока или острие), вначале возникает так называемый коронный разряд. При дальнейшем увеличении напряжения этот разряд переходит в искровой нли дуговой. При коронном разряде ионизация и возбуждение молекул происходят не во всем межэлектродном пространстве, а лишь вблизи электрода с малым радиусом кривизйы, где напряженность поля достигает значений, равных или превышающих Е .
В этой части разряда газ светится. Свечение имеет внд короны, окружающей электрод, чем и вызвано название этого вида разряда. Коронный разряд с острия имеет вид светящейся кисти, в связи с чем его иногда называют кист евы м р а з р я д о м. В зависимости от знака коронирующего электрода говорят о положительной или отрицательной короне. Между коронирующим слоем и некоронирующим электродом лежит внешняя область короны. Режим пробоя (Е)~Е„~) существует только в пределах коронирующего слоя. Поэтому можно сказать, что коронный разряд представляет собой неполный пробой газового промежутка. В случае отрицательной короны явления на катоде сходны с явлениями на катоде тлеющего разряда.
Ускоренные сильным полем положительные ионы выбивают из катода электроны, которые вызывают ионизацию и возбуждение молекул в коронирующем слое. Во внешней области короны поле недостаточно для того, чтобы сообщить электронам энергию, необходимую для ионизацни. Поэтому проникшие в эту область электроны дрейфуют под действием поля к аноду. Часть электронов захватывается молекулами, вследствие чего образуются отрицагельные ионы. Таким образом, ток во внешней области обусловливается только отрицательными носителями — электронами и отрицательными ионами.
й этой области разряд имеет несамостоятельный характер. В положительной короне электронные лавины зарождаются у внешней границы короны и устремляются к коронирующему электроду — аноду. Образование электронов, порождающих лавины, обусловлено фото- ионизацией, вызванной излучением коронирующего слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
