🗊Презентация Электрический ток в газах

Лекция 12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ 12.1. Явление ионизации и рекомбинации в газах; 12.2.Несамостоятельный газовый разряд; 12.3. Самостоятельный газовый разряд; 12.4. Типы разрядов; 12.5. Применение газового разряда; 12.6. Понятие о плазме

Основные обозначения N0 – число молекул газа в единице V N – число ионов одного знака; N/V = n – концентрация ионов ∆ni – число пар ионов возникающих под действием ионизатора за 1 сек в единице V ∆nr – число пар ионов рекомбинирующих за 1 сек в единице объема ∆nj – число пар ионов уходящих из газоразрядного промежутка к электродам за 1 сек и – скорости направленного движения положительных и отрицательных ионов μ – подвижность ионов q – заряд, переносимый ионами – плотность тока – напряженность электрического поля d – расстояние между электродами

Основные соотношения ∆ni = ∆nr – условие равновесия возникающих и рекомбинирующих ионов без поля. ∆ni = ∆nr + ∆nj – условие равновесия ионов в электрическом поле. 1) Случай слабого поля ∆nj << ∆nr – плотность тока в цепи и Обозначим nq(μ+ + μ–) = σ – удельная проводимость тогда Закон Ома в дифференциальной форме 2) Случай сильного поля ∆nr <<∆nj и ∆ni = ∆nj (∆nr→0) ∆ni – не зависит от E Iн – ток насыщения jн = Nqd – плотность тока насыщения

12.1. Явление ионизации и рекомбинации в газах

1. Слабое поле 1. Слабое поле

12.2. Несамостоятельный газовый разряд Несамостоятельным газовым разрядом называется такой разряд, который, возникнув при наличии электрического поля, может существовать только под действием внешнего ионизатора.

2. В случае сильных полей слагаемым rn2 в формуле (12.2.5) можно 2. В случае сильных полей слагаемым rn2 в формуле (12.2.5) можно пренебречь по сравнению с j/ql . Это означает, что практически все возникающие ионы достигают электродов, не успев рекомбинировать. При этом условии соотношение (12.2.5) принимает вид откуда . (12.2.12) Плотность тока (12.2.12) создается всеми ионами, порождаемыми ионизатором в заключенном между электродами столбе газа с единичным поперечным сечением. Следовательно, эта плотность является наибольшей при данной интенсивности ионизатора и величине межэлектродного промежутка l. Ее называют плотностью тока насыщения jнасыщ.. График функции (12.2.7) изображен на рис 12.2.

12.3. Самостоятельный газовый разряд Самостоятельный разряд такой газовый разряд, в котором носители тока возникают в результате тех процессов в газе, которые обусловлены приложенным к газу напряжением. Т. е. данный разряд продолжается и после прекращения действия ионизатора.

8.3. Самостоятельный газовый разряд

Рассмотрим условия возникновения и поддержания самостоятельного разряда. Рассмотрим условия возникновения и поддержания самостоятельного разряда. 1) При больших напряжениях между электродами газового промежутка ток сильно возрастает. Это происходит вследствие того, что возникающие под действием внешнего ионизатора электроны, сильно ускоренные электрическим полем, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют их, в результате чего образуются вторичные электроны и положительные ионы (процесс 1). 2) ускоренные электрическим полем положительные ионы, ударяясь о катод, выбивают из него электроны (процесс 2); 3) положительные ионы, сталкиваясь с молекулами газа, переводят их в возбужденное состояние; переход таких молекул в основное состояние сопровождается испусканием фотонов (процесс 3); 4) фотон, поглощенный нейтральной молекулой, ионизирует ее, происходит процесс фотонной ионизации молекул (процесс 4); 5) выбивание электронов из катода под действием фотонов (процесс 5); 6) наконец, при значительных напряжениях между электродами газового промежутка наступает момент, когда положительные ионы, обладающие меньшей длиной свободного пробега, чем электроны, приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа (процесс 6), и к отрицательной пластине устремляются ионные лавины. Когда возникают, кроме электронных лавин, еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличения напряжения.

12.4. Типы разрядов В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов: тлеющий разряд; искровой разряд; дуговой разряд; коронный разряд.

Тлеющий разряд Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами. Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой

Тлеющий разряд

Искровой разряд Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга. Эти полоски называют искровыми каналами.

Искровой разряд

Дуговой разряд Дуговой разряд. Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом.

Коронный разряд Коронный разряд возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).

12.5. Применение газового разряда

12.6. Понятие о плазме В газовом разряде возникает большое количество положительных ионов вследствие высокой эффективности ударной ионизации, причем концентрация ионов и электронов одинакова. Такая система из электронов и положительных ионов, распределенных с одинаковой концентрацией, называется плазмой.

МГД - генератор