ionizarea gazului

Acasă | Despre noi | feedback-ul

LABORATOR DE LUCRU № 2.5

„Studiul gazului descărcare prin tiratronice“

Scopul lucrării. procesele de studiu in gaze sub non-self și descărcare auto-susținută a gazelor, pentru a studia principiul de funcționare al tiratronice, pentru a construi caracteristicile curent-tensiune a unui tiratronice, și un lansator.

Gaze. ionizarea Nonself de descărcare a gazelor independente

Atomi și molecule de gaze în condiții normale zilnice neutre electric, adică, nici o purtatori de sarcina, și, astfel, ca un decalaj de vid trebuie să nu efectueze electricitate. De fapt, gazele conțin întotdeauna o anumită cantitate de electroni liberi, ioni pozitivi și negativi, și, prin urmare, deși este rău, dar se realizează e. curent.

Liberi purtătorilor de sarcină în gazul este format în mod tipic prin ejecția electronilor din învelișul de electroni al atomilor de gaz, adică, ca rezultat al ionizarea gazului. Ionizarea gazului este rezultatul energiei de impact extern: încălzire, bombardament cu particule (cu electroni, ioni, etc.), radiație electromagnetică (UV, raze X, radioactive etc.). Atunci când este prins acest gaz între electrozi, efectuarea curentului electric, care se numește o descărcare de gaz. Ionizantă factor de putere (ionizator) este numărul de perechi de purtători de sarcină care rezultă din încărcate opus ionizarea gazului pe unitatea de volum per unitate de timp. Odata cu procesul de ionizare este procesul invers - recombinare. interacțiunea dintre particule încărcate oppositely, în care există electric atomi neutri sau molecule și emit unde electromagnetice. Dacă este necesar, conductivitatea electrică de gaz pentru a avea ionizator externă, această descărcare este numit un non-auto. În cazul în care câmpul electric aplicat (EF) este suficient de mare, atunci numărul de purtători liberi de sarcină generate de ionizare de impact datorită câmpului extern este suficientă pentru a menține descărcări electrice. Această categorie nu are nevoie de un ionizator extern numit independent.

Să considerăm un curent-tensiune caracteristică (IV caracteristică) a unui gaz de evacuare într-un gaz situat între electrozii (Fig. 1).

Când gaz cu descărcare în FL non-self mai slab (I), valoarea taxelor care rezultă din ionizare este egal cu numărul de recombinarea cu fiecare alte taxe. Grație acestei concentrări de echilibru dinamic de purtători de sarcină liberi în gazul rămâne în mod substanțial constant și, în consecință, legea legea lui Ohm (1):

unde E - câmp electric; n - concentrarea; j - densitatea de curent.

și () -, respectiv, mobilitatea purtătorilor de sarcină pozitivă și negativă; <υ> - viteză de drift direcționată mișcare a încărcăturii.

În high-EP (II) curent de saturație este observată în gazul (I), din moment ce toți purtătorii generate de un ionizator, sunt implicate în direcția de drift, creând un curent.

Odată cu creșterea ulterioară a câmpului (III) purtători de sarcină (electroni și ioni), se deplasează rapid ionizarea atomilor neutri și moleculele de gaz (ionizare impact), având ca rezultat formarea de purtători de sarcină suplimentare și avalanșă de electroni formate (ionii de electroni mai ușoare și mult accelerată în EP) - creșteri ale densității de curent (multiplicare gaz). La deconectarea ionizator extern din cauza de evacuare a gazelor de proces de recombinare se oprește.

Cu creșterea în continuare EPO E> EK (IV) are loc ionizarea ulterioară a atomilor și moleculelor de gaz deoarece electronii au accelerat deja ionii EP (electroni și „-“ - ioni (anioni) sunt la anod „+“ - ioni (cationi) - la catod). Când catod este bombardat cu ioni pozitivi are loc emisia de ioni de electroni (lovirea electroni secundari de catod). Odata cu aceasta este excitarea moleculelor și ionilor de trecerea moleculelor în sol, starea neexcitat cu emisie de fotoni (porțiuni) a luminii - fotonilor care pot participa, de asemenea, în procesul de ionizare a moleculelor si electroni disloce de la catod.

Ca rezultat al acestor procese produc fluxuri de electroni, ioni, fotoni, numărul de particule crește avalanșă, este o creștere bruscă a amplificării curentului substanțial fără VC între electrozi. Există o descărcare de gaz separat. Trecerea de la o descărcare de gaz nu a reușit la un e-mail numit independent. defalcare. iar tensiunea dintre electrozi. în cazul în care d - distanța dintre electrozi se numește o cădere de tensiune.

Pentru e-mail. defalcare este necesar ca electronii în durata de timp de a alerga pentru a colecta o energie cinetică mai mare decât potențialul de ionizare a moleculelor de gaz, iar pe de altă parte, ionii pozitivi pe durata timpului său alerga pentru a dobândi o energie cinetică mai mare decât funcția de lucru a materialului catodic. Deoarece medie lungimea drumului liber depinde de configurația electrozilor, distanța dintre ele d și numărul de particule pe unitatea de volum (și deci presiunea), apoi controlează aprinderea autodescarcare poate fi ca o distanță schimbare între electrozii d la configurația lor neschimbată, iar modificarea presiunii P. Dacă produsul Pd ar fi aceleași în alte condiții egale, precum și natura defalcării observată trebuie să fie aceeași. Această concluzie se reflectă în legea e experimentală (1889). A. fizician F. Paschen (1865-1947):

Tensiunea de aprindere a descărcării de gaz pentru o anumită valoare a lucrărilor de presiune a gazului de pe distanța dintre electrozii de Pd este constantă, caracteristică pentru un gaz dat.

Există mai multe tipuri de auto-descărcare de gestiune.

Deversarea strălucire are loc la presiuni scăzute. Dacă electrozii într-un tub de sticlă sudată 30-50cm lungime, face o tensiune de curent continuu de câteva sute de volți și evacuarea treptat aerul din tubul, presiunea de 5,3-6,7 kPa, la o descărcare sub formă de luminos cordon roșiatic sinuos ce se extinde din catod la anod. La o presiune suplimentară scade din cordonul ombilical se îngroașă, și la o presiune „Pa de evacuare 13 este prezentată schematic în fig. 2.

atașat direct la catod subțire luminos strat 1 pelicula -katodnaya. urmat de un 2 - spațiu întunecat catod. trece mai departe în stratul 3 luminos - strălucitor strălucire. având o margine ascuțită pe partea catodului dispare treptat din partea anodului. Straturi 1-3 formează o parte a descărcării catodului strălucire. Pentru strălucire strălucire este Faraday spațiu întunecat - 4. Restul tubului este umplut cu gaz glowing - un pol pozitiv - 5.

Posibilele schimbări neuniform de-a lungul tubului (vezi. fig. 2). Aproape toate din căderea de tensiune cade pe primele zone de descărcare, inclusiv spațiul catodic întunecat.

procesele de bază necesare pentru a menține descărcarea loc la rândul său catod:

1) ionii pozitivi accelerate de potențiala picătură catod bombardează catod și bat electronii din acestea;

2) electronii sunt accelerați în partea catodului și câștigă suficientă energie pentru a ioniza moleculele de gaz și. Ea produce o mulțime de electroni și ioni pozitivi. În luminiscența strălucire intensă este recombinarea de electroni și ioni, energia este eliberată, din care o parte se duce la ionizare în continuare. Străpungerea spațiul întunecat Faraday, electronii se acumulează treptat energie, astfel încât să existe condiții necesare pentru existența unei plasme (grad ridicat de ionizare a gazului). pol pozitiv este o plasma de evacuare a gazelor. El joacă rolul unui conductor de conectare la anod la catod porțiunea. Luminiscența coloanei pozitive este cauzată în principal tranzițiilor de molecule excitate în starea de sol. Moleculele diferitelor gaze emit radiații la aceste intersecții de diferite lungimi de undă ce. Prin urmare, post lumina are o culoare distinctivă pentru fiecare gaz. Este utilizat pentru fabricarea tuburilor luminoase. tuburi de neon da un roșu strălucire, argon - albastru-verde.

Deversarea arc este observat la presiuni normale și ridicate. Atunci când acest curent ajunge la zeci sau sute de Amperi, iar tensiunea peste diferența scade la câteva zeci de volți. O astfel de descărcare poate fi obținută dintr-o sursă de joasă tensiune, în cazul în care pre-electrozi pentru a reuni contactul lor. In loc de electrozi de contact foarte încălzite datorită căldurii Joule, iar după scoaterea lor din celălalt devine o sursă de electroni cu catod datorită emisiei termionică. Procesele primare susținute de evacuarea, sunt emisie thermionic de catod și ionizare termică a moleculelor, datorită temperaturii ridicate a gazului în golul interelectrodic. Aproape tot spațiul inter-electrod este umplut cu plasma de temperatură ridicată. Aceasta servește ca o conductă prin care electronii emisi de catod ajunge la anod. Temperatura plasmatică este

6000 Temperatura K. ridicată a catodului este susținută prin bombardarea acesteia cu ioni pozitivi. La rândul său, anodul sub influența electronilor rapide incidente pe acesta din spațiul de gaz, se încălzește mai puternic și poate fi chiar topit și formate pe suprafața locașului - crater - cel mai luminos fața locului a arcului. Arcul electric a fost obținut pentru prima dată în 1802. fizician roman V. Petrov (1761-1834), care este utilizat ca electrozii două bucăți de cărbune. electrozi de carbon topiți a fost permis luminiscență orbitor, dar între ele există un luminos gaz strălucitor pilon - arc electric. Deversarea arc este utilizat ca o sursă de lumină puternică în instalații proiectoare de proiecție, precum și pentru tăierea și sudarea metalelor. Există arc de descărcare de catod rece. Electronii care apar din cauza emisiei câmpului de catod, temperatura gazului este mică. Ionizarea moleculelor are loc din cauza batai electronice. Între evacuarea catod și anod în plasmă are loc.

Spark descărcare are loc între doi electrozi la înaltă tensiune EP între ele. O scânteie salturi între electrozi, având forma unui canal luminos strălucitor conectarea a doi electrozi. Gazul în apropierea scanteia încălzită la o temperatură ridicată, există o cădere de presiune, ceea ce duce la apariția undelor sonore, fisura caracteristică.

Sparks precedată de formarea avalanșelor de electroni cu gaz. Fiecare strămoș este electron avalanșă este accelerat într-un VC puternic si produce ionizarea moleculelor. Electronii formate sunt la rândul lor accelerată și de a produce ionizare următoare are loc creșterea avalanșă numărul de electroni - avalanșă.

Rezultate ionii pozitivi nu joacă un rol semnificativ, deoarece acestea sunt inactive. avalanșă electronice se intersectează și formează un canal conductor gute pe care anodul de la catod la electronii Rush - defalcare apare.

Un exemplu de descărcare scânteie puternică poate servi ca un fulger. Diferitele părți ale unui nor de furtună transporta acuzații de semne diferite ( „-“ cu care se confruntă pământul). Prin urmare, în cazul în care norii converge părți încărcate opus, între ele există o defalcare scânteie. Diferența de potențial dintre nor încărcat și Pământ

Spark descărcare este utilizat pentru a iniția explozii și procese de ardere (prin scânteie în motoarele cu ardere internă) pentru detectarea particulelor încărcate în contoare scânteie pentru tratarea suprafețelor metalice etc.

Corona (coronară), descărcarea are loc între electrozi având curburi diferite (unul dintre electrozi este un fir subțire sau margine). Atunci când o ionizare de descărcare corona și excitație moleculelor nu se produce în jurul spațiului inter-electrod și în apropierea vârfului, unde intensitatea este mare și depășește Eproboya. În această parte a gazului este aprins iluminarea are forma unei coroane din jurul electrodului.

Corona, datorită acțiunii energiei electrice atmosferice pe vârfurile catarge navei, copaci, etc. Am primit în numele vechi al focurile Sf. Elmo. La dispozitivele de înaltă tensiune, în special, linii de transmisie de înaltă tensiune descărcare corona are consecințe negative (scurgeri de curent). Prin urmare, linii electrice fire sunt realizate din fire relativ groase pentru a reduce EP în apropierea firelor și a elimina scurgerile parazite. descărcare Corona este utilizat pentru încărcarea suprafeței dielectrice pentru a crea electreți (în acest caz, ele sunt numite koronoelektronami) pentru colectarea prafului în precipitatorii în electrofotografiere etc.

Plasma și proprietăți

Plasma se numește gaz puternic ionizat, în care concentrația de sarcini pozitive și negative este practic identic. Distinge plasma de temperatură ridicată. care apar la temperaturi extrem de ridicate, iar plasma cu descărcare. care apar în timpul unei descărcare.

Plasma are următoarele proprietăți:

- grad ridicat de ionizare în limita - ionizare completă (electroni separați de toate nucleele);

- concentrația de particule pozitive și negative în plasmă este practic identică;

- interacțiune puternică cu câmpuri electrice și magnetice;

- oscilații de electroni în plasmă, la o frecvență înaltă ( „August 10 Hz), determinând vibrația generală a plasmei;

- punerea în reacție simultană a unui număr foarte mare de particule.

Aceste proprietăți sugerează o anumită plasmă, a patra stare a materiei.