Тлеющий разряд в потоке газа в режиме, неустойчивом относительно шнурования. Воздух, P=35 Торр, скорость продувки V=100 м/с, экспоз. 1мкс
Переход тлеющего разряда в дуговой, Xe
Дуговой разряд Основное отличие от тлеющего – механизм эмиссии электронов и структура прикатодной области. В тлеющем разряде – ионно-электронная эмиссия. Доля электронного тока на катоде γ/(1 +γ), а доля ионного тока 1/(1+γ). В пределах прикатодной области необходимо сильно увеличить долю электронного тока до величины ~1. Для этого необходимо большое катодное падение. В расчёте на один эмитированный электрон затраты на ионизацию >>Ei В дуговом разряде – термоэлектронная эмиссия (термоавтоэлектронная). Доля электронного тока прямо на катоде ~1. Катодное падение ~Ei~10В, т.к.ионизационное размножение электронов не должно быть большим.
Распределение потенциала Приэлектродные падения потенциала сосредоточены в узких слоях. Прианодное падение потенциала, в отличие от тлеющего разряда, не должно быть обязательно положительным. КАК ПРАВИЛО ПРИАНОДНОЕ ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ. Положительное прианодное падение образуется т.н. «предельных» режимах. Дуга с положительным прианодным падением потенциала неустойчива относительно испарительно-ионизационной неустойчивости, ведущей к образованию эрозионного анодного пятна.
Вольт-Амперная характеристика Для газовых дуг характерно наличие падающего участка, который при увеличении тока до I ~ 100 A, переходит в растущий.
Вольт-Амперная характеристика дуги в смеси аргона с водородом (сплошная линия) и сумма прикатодного и прианодного падений потенциала в зависимости от тока дуги (штриховая линия). Эксперименты с катодами различного диаметра: 1 - 2мм; 2 - 6мм.
Дуговой разряд с термоэмиссионным катодом Форма разряда при горизонтально расположенных электродах – дуга. Отсюда и его название. Такая форма – результат «всплывания» разогретого канала разряда в соответствии с законом Архимеда. Исследования удобнее проводить при вертикальной ориентации электродов.
катод
катод
Медный водоохлаждаемый анод
Угольная дуга в воздухе при I = 200А
Дуга в аргоне с вольфрамовым катодом при токе I = 200 A. (H.N.Olsen, The electric arc as a light sourse for quantitative spectroscopy, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1963, v.3, pp.305-333) Справа – результаты измерений поля температур (цифры на рис.- температура в тысячах градусов) . (G.N.Haddad and A.J.Farmer, Temperature determination in a free-burning arc: I. Experimental techniques and results in argon, J.Phys.D: Appl.Phys., 1984, v.17, pp.1189-1196)
Катодная струя. Эффект Меккера.
Дуговой разряд
Положительный столб Баланс энергии. Переход плазмы столба в равновесное состояние
Зависимость температуры электронов и тяжёлых частиц (газа) от давления в ртутной дуге с током I ~ 10A.
Зависимость температуры электронов, температур заселения верхних и нижних уровней, температуры ионизации и температуры тяжёлой компоненты плазмы (газовой температуры) от тока (или плотности электронов на оси столба). Дуга в аргоне при давлении p = 1 атм.
Каналы выноса энергии из столба дуги
Способы стабилизация дуги: 1) стенками 2) потоком газа 3) электродами 4) излучением (сильноточные дуги I ~ сотен Ампер)
a) ток 1 А; б) ток 10 А
Пример использования дугового разряда. Промышленный плазмотрон.
Вольт-Амперные характеристики для разных рабочих газов в зависимости от расхода (кг/с)
1. – водоохлаждаемый держатель катода (медь) с запрессованным в него стержневым вольфрамовым катодом; 2. – медный водоохлаждаемый анод; 3. – подача газа; 4. – изолятор; 5. – катушка магнитного поля.
Дуговой разряд с термоэмиссионным катодом в одноатомном газе при атмосферном давлении (рис. схематичный, на самом деле приэлектродные области очень узкие ~миллиметра и менее)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.