Все рассмотренные выше Э. р. в г. происходят под действием постоянного электрического напряжения.

Однако газовые разряды могут протекать и под действием переменного электрического напряжения. Такие разряды имеют стационарный характер, если частота переменного напряжения достаточно высока.

Высокочастотные разряды бывают двух типов: индукционные (ВЧИ) и ёмкостные (ВЧЕ).

ВЧИ разряд (Безэлектродный) (“Е” подводится бесконтактным способом, а цепь разрядного тока замыкается с помощью тока смещения или тока индукции.)-разряд обычно зажигают внутри диэлектрич. трубки, вставленной в катушку, по которой пропускается ВЧ-ток (рис. 8, а). В этом случае переменные продольное маг. поле индуцирует в разрядной плазме кольцевые замкнутые поля “Е” и токи “i”.

В таком разряде переменное электрическое поле создаёт в определённом объёме плазму и сообщает электронам энергию, достаточную для того, чтобы производимая ими ионизация восполняла потери заряженных частиц вследствие диффузии и рекомбинации.

ВЧИ-разряды чаще зажигают при р 1 атм. Плазма ВЧИ-разряда равновесна, подобно плазме столба дуги, Т 8000- 11 000 К. В устройствах небольшой мощности (~ 1 кВт) тепло отводится за счёт теплопроводности к охлаждаемым стенкам; в мощных устройствах (~ 10-10³ кВт) по трубке продувают газ со скоростью и~ 1 м/с. Поток отжимает плазму от стенок и выносит тепло с плазменной струёй.

Рис.8:Способы возбуждения ВЧ-разрядов: а -индукционный; б -ёмкостный; в - ёмкостный безэлектродный (изоляторы заштрихованы).

ВЧЕ разряд -существует при низких и ср. давлениях (p ~10^-1 - 10² мм.рт.ст.) обычно зажигают, подавая ВЧ-напряжение на плоские электроды. Электроды могут быть и оголёнными, и изолированными от плазмы диэлектрич. пластинами (рис. 8, б, в). Весь разрядный объём в плоском промежутке заполнен малоподвижными ионами. На их фоне электроны совершают дрейфовые колебания, так что граница плазмы, где п_е = п₊, также перемещается, поочерёдно касаясь одной из твёрдых поверхностей. При этом обнажается ионный слой положит. пространственного заряда около противоположной поверхности.

Нехватка электронов в промежутке возникает из-за того, что находившиеся вблизи поверхностей электроны в самом начале либо уходят в металл, либо прилипают к изолирующим электроды пластинам.

Внешний вид и характеристики ВЧ-разрядов зависят от рода газа, его давления, частоты переменного поля и подводимой мощности.

Кроме стационарных разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени, существуют нестационарные (импульсные) Э. р. в г. Они возникают по большей части в сильно неоднородных или переменных во времени полях, например у заострённых и искривленных поверхностей проводников и электродов. Величина напряжённости поля и степень его неоднородности вблизи таких тел столь велики, что происходит ударная ионизация электронами молекул газа.

Два важных типа нестационарного разряда:

коронный разряд

искровой разряд

ионизация не приводит к пробою, т.к. сильная неоднородность эл. поля, обусловливающая её, существует только в непосредственной близости от проводов и остриёв. Возникает при сравнительно высоких давлениях( атм). Когда напряжённость поля достигает предельного значения (для воздуха 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны (отсюда название). Главной особ-ть:ионизац-ые процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небол. его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны. Эта зона харак-ся значит. более высокими знач. Напряж-ти поля по сравнению со средними значениями для всего промеж-ка. разряд представляет собой многократно повтор-ся процесс поджига, который распространяется на ограниченное расстояние от проводника — до области, где напряжённость поля уже недостаточна для поддержания разряда. Пример: Корона на проводах возд. линий электропередачи высокого напряжения приводит к потерям энергии.

В отличие от коронного, приводит к пробою. возникает обычно при см(d – раст. Меж электрод.) и достаточно высоком напряжении, превышающем напряжение зажигания короны, Этот Э. р. в г. имеет вид прерывистых ярких зигзагообразных разветвляющихся, заполненных ионизованным газом (плазмой), нитей-каналов, которые пронизывают промежуток между электродами и исчезают, сменяясь новыми. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества тепла и ярким свечением. Т.к. падение напряжения очень значительно, то время такого разряда коротко. Примерестественного искрового разряда: молния (длина - несколько км, Imax — 10 000—20 000 А; искры, возникающие при расчесывании волос; разряд конденсатора. разряд между грозовым облаком и Землей после нескольких ударов молнии сам собою прекращается, т. к. большая часть избыточных зарядов в грозовом облаке нейтрализуется эл. током, протекающим по плазменному каналу молнии. Изменения давления в плазменном канале молнии при увеличении силы тока и прекращении разряда вызывают звуковые явления, называемые громом

Применение:

Цвета тлеющих разрядов в различных газах

Газовый разряд в некоторых газах вызывают излучение видимого света, спектр которого зависит от использованного газа:.

Газ	Цвет	Примечания
Гелий	Бело-оранжевый; при некоторых условиях может иметь серый, зеленовато-голубой или голубой оттенок	Используется художниками для специального освещения.
Неон	Красно-оранжевый	Яркое свечение. Часто используется в неоновых рекламных знаках и в неоновых лампах
Аргон	Фиолетово-голубой	Часто применяется совместно с парами ртути
Криптон	Сероватый тусклый грязно-белый. Может быть зеленоватым. В разрядах высокого напряжения яркий синевато-белый.	Используется художниками для специального освещения.
Ксенон	Сероватый или синевато-серый тусклый белый, в разрядах высокого напряжения в высоких пиковых потоках, очень яркий синевато-зелёный.	Используется в ксеноновых фотовспышках, лампах подсветки индикаторов, ксеноновых дуговых лампах.

Ø Тлеющий, дуговой и импульсные разряды используются при возбуждении газовых лазеров (эл. разряд будет служить источником энергии, а рабочим телом для самого процесса будет явл-ся газовая смесь).

Ø Плазматроны (генераторы плотной равновесной низкотемпературной плазмы с T ~10⁴ К, p ~1 атм. В них продуванием холодного газа через соответствующий разряд получают плазменную струю. Основным рабочим процессом служит дуговой или ВЧ-разряд) являются важными устройствами в ряде областей техники:

o Получение особо чистых п/п и металлов;

Мощные плазматроны - используются в качестве реакторов в плазмохимии;

Сварка, расплавление (электродуговая сварка, электродуговые печи), подогрев, очистка,резка металлов и тугоплавких материалов;

Нанесение ионно-плазменных защитных покрытий на различные материалы;

Как источник света и тепла;

Ø С помощью искрового разряда ведется обработка деталей из самых твердых материалов.

Ø В газосветных приборах, в электронных диодах с газовым наполнением (пример: Наполненный газом диод с холодным катодом, ВАХ котор. имеет почти вертикальный участок большой длины, испол-ют для стабилизации “U”);

Ø В качестве стабилизаторов напряжения в счётчиках Гейгера ядерных частиц;

Ø Озонаторах - устройство, предназначенное для синтеза озона. (обработка воды, воздуха и поверхностей с целью их дезодорации и дезинфекции);

Ø Магнитогидродинамических генераторах – энерг. установка, в котор. энергия раб. тела (газообразной электропров. среды), движущегося в магнит. поле, преобразуется в эл. энергию. (В качестве рабочего тела применяют плазму, в которой носителями зарядов являются в основном свободные “e” и положит. ионы, отклоняющиеся в магнитном поле от траектории, по которой газ двигался бы в отсутствие поля.);

Ø Тлеющий и ВЧЕ разряды используют:

для создания активной среды в лазерах самой различной Мощности - от мВт до многих кВт.

как источник света.

Ø В люминесцентных лампах и плазменных экранах, лампы дневного света и газоразрядные лампы.

Ø Ртутно-кварцевые лампы (больницах и поликлиниках)

Вопросы:

1) В чем сущность данного эффекта? (прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа.)

2) Какие разряды называются самостоятельными/ несамостоятельными? (Несамостоятельный - Э. р. в г. происходит только при вызывающем и поддерживающем ионизацию внешнем воздействии. Самостоятельный Э. р. в г. - Э. р. в г., продолжающийся после прекращения действия внешнего ионизатора)

3) Что называется электрическим пробоем газа, чем он характеризуется (какими параметрами)? (переход несамостоятельного Э. р. в г. в самостоятельный, характеризуется резким усилением электрического тока, характерные параметры: U ₃ - напряжением зажигания, зависти от сорта газа)

4) Что такое плазма, ее роль в эл. газовом разряде? (пла́зма — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов и заряженных частиц (ионов и электронов). Фунция – источник носителей зарядов в газовом разряде, так, например, в тлеющем разряде малая степень ионизации плазмы влияет на низкое падение потенциала и интенсивность света.)

5) В чем состоят особенности дугового разряда? (В дуге выделяется большая мощность, сильный ток низкое напряжение В, малость катодного падения, )

6) Назовите виды нестационарных (импульсных) Э. р. в г. Приведите по одному примеру из жизни для каждого. (см. таблицу)

Дата добавления: 2015-07-14