Описание лабораторной работы "Исследование вольтамперной характеристики газового разряда"

СПбГУ

Физический факультет

Направление

 «Прикладные математика и физика»

НОЦ «Электрофизика»

 

 

 

 

 

 

Описание лабораторной работы

 

Исследование вольтамперной характеристики газового разряда

 

 

Составили: проф. Стишков Ю.К., программист Афанасьев С.Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт Петербург

2007

Оглавление:

 

1.  Цель работы

 

2.  Предварительные сведения

 

3.  Описание экспериментальной установки

 

4.  Принцип работы стенда

 

5.  Задание на предварительную подготовку

 

6.  Задания на проведение работы

 

7.  Порядок проведения экспериментов

 

8.  Обработка экспериментальных данных

 

9.  Контрольные вопросы

 

10. Литература

Описание к лабораторнЛабораторнаяой работае №1

 

Работа №1 Исследование вольтамперной характеристики газового разряда.

 

1.  Цель работы

 

Записать вольтамперную характеристику разряда в системе электродов цилиндр-цилиндр в диапазоне напряжений от несамостоятельного до самостоятельного разряда. Определить порог зажигания короны и переход к самостоятельному разряду.

Рассчитать вольтамперную характеристику униполярного коронного разряда по аналитическим формулам. Сравнить расчетную вольтамперную характеристику коронного разряда в системе цилиндр-цилиндр с экспериментальной.

 

2. Предварительные сведения

 

Введение

 

 Несамостоятельная и самостоятельная проводимость газов.

Ионизация и рекомбинация

Вопросы проводимости газов рассмотрены в большом количестве работ [1-5]. Газы в нормальном состоянии, в том числе и пары металлов, состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и по этой причине не проводят электричества. Проводниками электричества могут быть только ионизованные газы. Помимо нейтральных моле­кул и атомов в них содержатся электроны, положительные и отри­цательные ионы. Ионы в газах могут возникать под действием высо­ких температур, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, лучей радиоактивных элементов, космических лучей, в результате столк­новений атомов газа с электронами и другими быстрыми элементарными и атомными частицами и т. д. Во всех этих случаях проис­ходит вырывание из электронной оболочки атома или молекулы одного или нескольких электронов. Этот процесс называется иони­зацией. Он приводит к освобождению электронов и образованию положительных ионов. Освободившиеся электроны могут присое­диняться к нейтральным молекулам и атомам, превращая их в отри­цательные ионы. Ионы и свободные электроны делают газ провод­ником электричества. Впрочем, и в нормальных условиях газы, например воздух, обладают электрической проводимостью, хотя и весьма ничтожной. Эта проводимость вызвана излучением радио­активных веществ, имеющихся на поверхности Земли, а также космическими лучами, приходящими на Землю из мирового про­странства. Электрическая проводимость воздуха была обнаружена еще Кулоном (1785). Наблюдая потери электричества с изолирован­ных проводников, он пришел к заключению, что часть электриче­ства теряется не через изоляторы, а прямо в воздух.

Переходя к рассмотрению токов в газах, будем считать для простоты, что ток течет между двумя плоскими электродами, заря­женными противоположно. Направление от положительного элек­трода к отрицательному примем за ось X. Как и в электролитах, плотность суммарного электрического тока определяется выражением Нернста-Планка:

                             (1)

 

где n^+- концентрации положительных и отрицательных ионов, подвижности u⁺иu^-газо­вых ионов и предположим, что заряды положительных и отрицатель­ных ионов по абсолютной величине одинаковы (е^+- = - е ^-= е). Первые два члена обуслов­лены движением ионов под действием электрического поля Е, по­следние два — диффузией ионов..Кроме того, будем считать одинаковыми концентрации ионов обоих знаков (n⁺ = n^-  = n). Если концентрация однородна по всему объему камеры, в которой течет ток, то диффузионного тока не будет, и можно написать

                                                                                           (2)