Что такое электрический разряд

3 Электрический разряд

Электрический разряд – процесс протекания электрического тока, связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно её нормального состояния.

Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных свободных носителей заряда. Электрические разряды можно разделить на:

• несамостоятельный разряд – разряд, протекающий за счёт внешнего ионизатора.

• самостоятельный разряд – разряд, который может проходить без действия внешнего ионизатора. Ионизатор – источник ионов или электронов.

Электрический разряд в газах (ЭРВГ) (газовый разряд) – прохождение электрического тока через газовую среду под действием электрического поля, сопровождающееся изменением состояния газа. ЭРВГах подчиняются заокну Ома лишь при очень малой приложенной извне разности потенциалов, поэтому их электрические свойства описывают с помощью вольтамперной характеристики газового разряда (рисунок 1).

Рисунок 1 – ВАХ ЭРВГ

Электропроводность газа обеспечивается за счёт протекания в нём процессов ионизации, т.е. фазового перехода от газа в плазму.

Газовые разряды бывают следующих видов:

4 Характеристика вах эрвг

Ток на участке (рисунок 1 а или б) от 0 до A (или A’) характеристики обусловлен ионизацией газа и эмиссией электронов из катода под действием внешних факторов (свет, тепло, радиация, космическое излучение). С увеличением напряжения на электродах энергия электронов становится достаточной, чтобы при столкновении с атомом газа ионизировать его. Образующиеся при этом положительные ионы, падая на катод, выбивают вторичные электроны – ток возрастает (участок AB).

В точке B несамостоятельный разряд переходит в самостоятельный, т.е. он может существовать при отсутствии внешнего ионизатора за счёт вторичной эмиссии электронов из катода. Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называется напряжением зажигания U_з. На участке BC рост тока сопровождается уменьшением напряжения за счёт возникновения пространственного положительного заряда у катода. Пространственный заряд около катода возникает из-за протекания процесса лавинной ионизации: многократное увеличение зарядов вследствие ударной ионизации.

В точке C лавинный самостоятельный разряд переходит в поднормальный тлеющий, характеризующийся локализацией области разряда и уменьшением рабочей (светящейся) поверхности катода – происходит «шнурование» разряда. Возрастает плотность тока. В точке D она принимает нормальное значение, т.е. такое, при котором напряжение на приборе минимально, при этом разряд носит название нормального тлеющего.

На участке DE возрастание тока вызывает увеличение рабочей поверхности катода при нормальной плотности тока и нормальном напряжении. Величина этого напряжения определяется материалом катода и родом газа. В точке E оказывается использованной вся площадь катода, дальнейшее увеличение тока может происходить только при возрастании его плотности и, следовательно, требует увеличения напряжения. Разряд на участке EF называется аномальным тлеющим. Протяжённость участка DE пропорциональна площади катода. Все формы тлеющего разряда сопровождаются свечением вблизи катода.

Дальнейшее увеличение тока приводит к дополнительной эмиссии с катода (ионная бомбардировка, разогрев и автоэлектронная эмиссия). В результате напряжение на приборе уменьшается, разряд переходит в дуговой (участок FG).

Ионный прибор в зависимости от приложенного напряжения и величины последовательно включенного сопротивления может работать в любом из перечисленных режимов. Однако каждый конкретный прибор рассчитан на работу в определенной области и, во избежание разрушения, защищается от перехода в режим с большим током ограничительным резистором.

Наиболее широкое применение находят ионные приборы, работающие в режимах нормального тлеющего разряда (приборы самостоятельного разряда с ненакалённым катодом) и дугового разряда.

К первой группе относятся неоновые лампы, стабилитроны тлеющего разряда, тиратроны с холодным катодом и др. Вторая группа подразделяется на две подгруппы: приборы самостоятельного дугового разряда (игнитроны, экситроны) и приборы несамостоятельного дугового разряда (газотроны н тиратроны с накаленным катодом).

Лекция №5

Добрый день. Сегодня мы поговорим об электрическом разряде в газах. Электрический разряд – это термин, который прочно закрепился за явлениям появления тока в газовом промежутке, хотя и неотражает по сути это явление. Правильнее было бы называть разряд током. Но с установившейся традицей на посопришь, поэтому мы также будем оперировать термином газовый разряд, правда подразумевая при этом электрический ток через газовый промежуток.

Для появления же тока в газовом промежутке необходимы: Во первых, наличие в газовом промежутке свободных носителей тока. И во вторых, это наличие факторов (электрическое поле, градиент концентраций или температуры и др), которые сообщили бы свободным носителям направленную скорость.

Электрический ток в свою очередь можно разделить на самостоятельный, который поддерживается только электриеским полем без каких-либо еще внешних воздействий; и нанесамостоятельный,для поддержания которого в газенеобходимвнешнийисточник ионизации, и устранение его приводит к исчезновению тока.

Посмотрим, как можно классифицировать токи, попадающие в эти две большие группы. Для начала рассмотрим несамостоятельный ток. Его классификацию удобно провести по месту возникновения первоначального тока: это может быть как газ, так и электроды. Ток, который возникает на электродах может быть как электронным, так и ионным. Электронный ток бывает термоэлектронным (источником явлется термоэлектронная эмиссия) и фотоэлектронным (источник- фотоэффект на поверхности электрода). Далее появившийся на электродах ток может быть без ионизационного усиления, когда напряженность поля между электродами не достаточно велика, чтобы обеспечить рождение заряженных частиц в объеме за счет ударной ионизации электрона cэлектрода. А также может быть с ионизационным усилением, когда заряженные частицы на своем пути к проитвоположному электроду ионизуют газовый промежуток, тем самым усиливая первоначальный ток. Ток, который возникает в газе, может быть обусловлен: внешим источником ионизации; внутренними процессами в газе и остаточной ионизацией в газе. Внешним источником ионизации чаще всего бывает либо электромагнитное излучение, либо сами заряженные частицы. Под внутренними процессами в газе подразумевается термическая ионизация, химическая реакция или радиоактивные процессы, т.е. процессы с выделением тепла.

Самостоятельный ток можно условно разделить на три большие группы: 1- установившийся, 2-меняющийся по величине, 3-неустановившийся.

Установившийся ток, как раз известный нам под разными видами газового разряда. При этом если объемный заряд не играет существенной роли, таким образом, что электрическое поле не искажено им, то это либо Таунсендовский (темный) разряд, либо корона. При суественном влиянии объемного заряда на распределение поля в разрядном промежутке при тех или иных условиях, о которых будет рассказано дельше, мы получим тлеющий разряд или дугу, а также можно получить особые виды разрядов без катодных падений.

Под меняющимся по величине токе понимают – изменение тока без изменения рода преобладающих процессов. При этом проводимость плазмы может быть как постоянной, так и меняться. В первом случае это ВЧ разряды и колебания во внутренних полях. Во втором случае это может быть медленное изменение поля или быстро протекающий процесс.

Неустановивший ток связан с изменением рода преобладающих процесов, поэтому он типичен для перходных процессов, например, пробой газового промежутка, переход от одного вида разряда к другому или может быть при прекращении самостоятельного разряда.

Рассмотрим теорию, объясняющиую формирование несамотоятельно тока в газе без ионизационного усиления.

Препосылками рассматриваемой теории являются следующие положения:

Внешний ионизатор воздействует на газ во всем объеме с плотностью ионизации ε
Ионизация газа однократная, при этом не образуется отрицательных ионов
Заряженные частицы исчезают на электродах и в объеме газа (рекомбинация проиходит по закону rn_in_e)
Между электродами напряжение постоянно U =const, а эффективная напряженность поляЕ/рнедостаточна для заметной вторичной ионизации электронным ударом (что типично для значенийЕ/р меньше 10В/(см∙Тор))
Концентрация заряженных частиц мала, поэтому в межэлектродном промежутке нет значительных искажений электричекого поля
Будем считать, что дрейф заряженных частиц обусловлен только электрическим полем, т.е. процессами диффузии пренебрегаем.
Давление таково, что длина свободного пробега электрона много меньше расстояния между электродами, т.е. λ_eiu пропорциональна напряженности поля E
На электродах нет эмиссии и отражения заряженных частиц ( т.е. расматриваем только объемные процессы в газе)

Слайд№6 Таким образом, мы будем рассматривать газ, находящийся между плоскими электродами и подвергающийся действию ионизирующего излучения (рентгеновского, ультрафиолето¬вого и т. п.), производящего εионизации в 1 см газа в 1 сек. Пусть анодное напряжениеU_a мало и ионизация ударами электронов отсутствует, а катод не эмитирует электронов, так что все носители тока в разряде создаются внешним ионизатором. Положительные и отрицательные ионы (включая свободные электроны) исчезают из разрядного промежутка вследствие рекомбинации и нейтрализации на электродах. Площадь электродовQ. Ток в промежутке постоянен и равен сумме иного и электронного токов. Ток обусловлен подвижностью зарядов в электрическом поле Е. Распишем токи через подвижности и выразим концентрацию частиц. Далее запишем уравнение баланса электронов, которое в общем виде учитывает изменение концентрации во времени и поток за счет градиента, и все это равно разницей между количеством появившихся частиц и из гибелью. Так как мы считаем, что изменения количества частиц со временем не происходит, т.е. рассматриваем равновесный случай, то членом производной концентрации по времени можно пренебречь. Слайд№7 Подставляя в получившееся выражение значение концентрации выраженное через подвижность и ток в разрядном промежутке получим общее выражение, связывающее изменение тока электронов в разрядном промежутке с источником ионизации, коэффициентом рекомбинации и электрическим полем. Переобозначив за qпостоянную величину, стоящую перед произведением общего тока на ионный ток, а ионный ток выразив в свою очередь через электронный. Получим квадратное уравнение относительно электронного тока. Его решение имеет довольно сложный вид, Однако для понимания поведения этой зависимости, можно рассмотреть частные простые случаи:

Электрическое поле отсутсвуетE = 0
Слабое электрическое поле
Сильное электрическое поле

Слайд№8 Первый частный случай: Электрическое поле отсутствует. Если нет поля, а диффузию мы не рассматриваем в этой задаче, значит ток в разрядном промежутке равен нулю. И все частицы, образовавшиеся в объеме, гибнут за счет рекомбинации. Объемных зарядов нет, т.к. нет поля и, следовательно, градиент поля равен нулю. В этом случае уравнение баланса электронов приобретает очень простой вид, в котором источник ионизации приравнен гибели заряженных частиц. Из этого равенства можно найти максимальную концентрацию частиц в объеме. Слайд№9 В случае появления слабого электрического поля у нас появляется ток в разрядном промежутке, однако по сравнению с рекомбинацией им можно пренебречь. Что позволяет нам воспользоваться формулой , полученной для максимальной концентрации частиц в объеме и применить ее в этом случае. Поле слабое, градиента поля нет, поэтому объемный заряд также не играет никакой роли. Напряженность электрического поля можно выразить как отношение напряжения между электродами Uк межэлектродному расстояниюd. И тогда, подставив концентрацию и напряженность поля в выражение для электродного тока, получаем очень интересный результат. В этом случае для ток в газовом промежутке подчиняется закону Ома, т.е. он пропорционален приложенному напряжению. В силу вышесказанного газовый промежуток характеризуется определенным сопротивлениемRи удельной проводимостьюσ.Слайд№10 В случае сильного электрического поля получаем, что поле уводит практически все ионы, образующиеся в промежутке. Напомним, что процессы вторичной ионизации газового промежутка мы не рассматриваем, т.е поле не настолько сильное, чтобы привести к ионизации электронным ударом. В этом случае нас уже мало интересует процесс рекомбинации и мы им можем пренебречь. Тогда мы получаем, еще одни интересный результат: в этот случае ток не зависит от приложенного напряжения. Он постоянен. А электронный и ионный токи имеют линейной распределение в газовом промежутке. Этот режим называется — режимом тока насыщения. Постоянство тока с ростом напряжения на электродах объясняется тем, что плотность частиц в объеме уменьшается за счет увода их полем на электроды. Это хорошо видно из графика зависимости концентрации от приложенного напряжения, приведенного на следующем сводном графике Слайд№11 Рассмотрев подробно частные случаи, мы можем на их основе изобразить вольт амперную характеристику несамостоятельного разряда ( т.е. разряда, который существует только при наличии внешнего источника ионизации) Итак, вольт амперную характеристика должна сначала иметь линейный рост и далее через переходную область перейти в область постоянного тока, не зависящего от напряжения. Область ОА – включает линейный рост и переходную область и в этой области есть сначала есть только рекомбинация, затем подключается процесс увода частиц на стенки электродов. В области АВ у нас достигается ток насыщения, далее происходит рост тока при росте напряжения… Почему? Это вопрос следующей лекции. Контрольные вопросы к лекции №5:

Какие факторы нужны для появления в разрядном промежутке тока?
На какие две основные группы можно разделить ток в газе?
Что такое самостоятельный ток?
Что такое несамостоятельный ток?
Какой ток подразумевают, когда говорят о классификации по месту возникновения: на электродах или в объеме?
Что такое установившийся ток, какие примеры такого тока вы можете назвать?
При рассмотрении несамостоятельного тока без ионизационного усиления какие делаются допущения?
Какие частные случаи целесообразно рассмотреть при анализе несамостоятельного тока в разрядном промежутке? Почему?
Как можно посчитать максимальную концентрацию частиц в объеме создаваемую внешним ионизатором?
В каком случае газовый промежуток можно характеризовать удельным сопротивлением и проводимостью?

Виды разрядов в газах

• несамостоятельный разряд – разряд, протекающий за счёт внешнего ионизатора.

ЭРВГах подчиняются заокну Ома лишь при очень малой приложенной извне разности потенциалов, поэтому их электрические свойства описывают с помощью вольтамперной характеристики газового разряда (рисунок 1).

Рисунок 1 – ВАХ ЭРВГ

Газовые разряды бывают следующих видов:

Коронный разряд – это самостоятельный газовый разряд, возникающий в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Главное условие для начала разряда – вблизи острого края электрода должна присутствовать сравнительно более высокая напряжённость электрического поля, чем на остальном пути между электродами, создающими разность потенциалов.

Когда напряжённость поля достигает предельного значения (для воздуха около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны. При коронном разряде ионизационные процессы происходят только вблизи коронирующего электрода. Коронный разряд возникает при сравнительно высоком давлении воздуха (порядка атмосферного).

Коронный разряд возникает следующим образом. Электрон, возникший при случайной ионизации нейтральной молекулы, ускоряется в электрическом поле и приобретает энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении со следующей молекулой ионизовать её. В результате происходит лавинное увеличение числа заряженных частиц.

Если коронирующее остриё является катодом, такую корону называют отрицательной. В отрицательной короне ионизационные лавины направлены от острия. Воспроизведение свободных электронов обеспечивается здесь за счёт термоэлектронной эмиссии из коронирующего электрода. На некотором удалении от острия, там, где электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию, нейтральные молекулы захватывают свободные электроны, образуя отрицательные ионы, которые и являются носителями тока во внешней области.

Если коронирующее остриё является анодом, такую корону называют положительной. В положительной короне электроны притягиваются к острию, а ионы отталкиваются от него. Воспроизведение электронов, запускающих ионизационную лавину, обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе вблизи от острия. Вдали от коронирующего электрода электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию. Носителями тока в этой области являются положительные ионы, движущиеся от острия к отрицательному электроду. В отличие от ровного свечения отрицательной короны, в положительной короне иногда наблюдаются разбегающиеся от острия стримеры, которые при увеличении напряжения превращаются в искровые каналы.

Электрическая дуга (дуговой разряд) – один из вид электрического разряда в газе. Возникает он следующим образом. При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и других факторов.

Для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь. Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для значительного падения напряжения пробоя или сопротивления воздушного промежутка. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд – плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Возникающая дуга является, по сути, проводником и замыкает электрическую цепь между электродами. В результате средний ток увеличивается ещё больше, нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджог дуги завершён. После поджога устойчивое горение дуги обеспечивается термоэлектронной эмиссией с катода, разогреваемого током и ионной бомбардировкой.

После поджога дуга может оставаться устойчивой при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.

Темновой разряд.

Искровой разряд – нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом – «треском» искры. Искровой разряд происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда.

Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок – искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определённых условиях образуются стри́меры – тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Среди них можно выделить так называемый лидер – слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии – гром).

Особый вид искрового разряда – скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещённого между электродами, при условии превышения напряжённостью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга.

Тлеющий разряд – один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока переходит в дуговой разряд.

При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество благодаря его сильной ионизации. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются электронная эмиссия с катода под действием высокой температуры или сильного электрического поля, последующая ионизация молекул газа электронным ударом свободными электронами, испущенными катодом и летящими по направлению к аноду, а также вторичная электронная эмиссия электронов с катода, вызванная бомбардировкой катода положительно заряженными ионами газа. Таким образом, разряд может самоподдерживаться при напряжении значительно ниже напряжения диэлектрического пробоя газа. Специфической особенностью тлеющего разряда, по сравнению с таунсендовским разрядом (разряд с холодными электродами и очень малой плотностью тока), является значительная роль электрического поля объёмных зарядов. Это приводит к неравномерному распределению потенциала в разрядном промежутке и к существенному отличию напряжения зажигания от напряжения горения разряда.

Различают следующие две главные части разряда: (1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название тёмного катодного пространства; (2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба. При определённом давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделённые тёмными промежутками, так называемые страты (рисунок 2).

Рисунок 2 – Области тлеющего разряда. 1, 3, 5, 7 – тёмные пространства: 1 – астоново, 3 – катодное, 5 – фарадеево, 7 – анодное; 2, 4, 6 – светящиеся зоны: 2 – катодный слой (отрицательное тлеющее свечение), 4 – отрицательное свечение, 6 – положительный столб, 8 – анодное свечение

Первым идёт тёмное астоново пространство (рисунок 2, область 1). В нём эмитируемые электроны могут только рассеиваться, поскольку не имеют достаточной энергии для запуска других процессов, или пролетать. После прохождения этой области, когда энергия электронов сравнима с энергией экситации атома начинается светящаяся область – первый катодный слой или катодная светящаяся плёнка (рисунок 2, область 2 (далее – область «№»)). В ней энергии электронов близки к максимуму функции возбуждения атомов данного газа. Ионизации газа в этой области ещё нет, так как вероятность ионизации при этих энергиях ещё мала.

За катодной светящейся плёнкой следует катодное тёмное пространство, называемое также гитторфовым или круксовым тёмным пространством (область 3). Оно возникает поскольку набранных энергий после их потери при экситации атомов недостаточно для рекомбинации или ионизации.

После этого электроны приобретают достаточную энергию для новых экситаций, начинается область отрицательного тлеющего свечения (область 4). На эту область приходится значительная доля напряжения, называемая катодным падением потенциала; напряжённость поля здесь значительно выше, чем в других частях разряда. Это связано с тем, что в этой области начинают идти процессы ионизации (т.к. энергия электронов значительно выше энергии максимума функции возбуждения.). Возникающие при ионизации атомов электроны ускоряются полем и движутся в стороны анода к границе отрицательного тлеющего свечения. Положительные ионы также ускоряются полем и движутся к катоду. Поток ионов, направляющихся к катоду, можно наблюдать по вызываемому ими свечению газа за катодом, если в катоде сделать отверстие. В этом случае ионы пролетают в закатодное пространство, образуя закатодные или каналовые лучи.

Если обратиться к ВАХ газового разряда, то можно увидеть, что тлеющий разряд имеет три области: поднормальный, нормальный и аномальный тлеющий разряд. Поднормальный возникает, когда проводимость плазмы начинает расти и происходит уменьшение напряжения существования разряда. Нормальный разряд возникает, когда достигается динамическое равновесии (см. выше). При этом уменьшается рабочая поверхность электрода вследствие падения напряжения, но сохраняется плотность тока. В режиме нормального разряда начинает увеличиваться рабочая поверхность катода, что ведёт к увеличению тока, но сохранению его плотности. После того, как вся поверхность катода используется начинается аномальный разряд: увеличение тока происходит за счёт увеличения ускоряющего напряжения. При нём скорость движения ионов значительно меньше скорости движения электронов, благодаря чему в области катодного тёмного пространства возникает избыточный объёмный заряд, образуемый положительными ионами. Этот заряд сильно искажает электрическое поле в этой области.

В области 4 ионизованный газ представляет собою почти квазинейтральную плазму, которая пронизывается потоком быстрых электронов из катодного тёмного пространства. На роль быстрых электронов в этой области указывает прямая связь между энергией электронов и длиной отрицательного тлеющего свечения. Кроме быстрых электронов, в отрицательном тлеющем свечении имеется значительное число медленных электронов, испытавших в катодном тёмном пространстве неупругие столкновения и потерявших при этом большую часть своей энергии. Эти электроны обладают энергиями, близкими к максимуму функции возбуждения, и вызывают свечение газа с линейчатым спектром, определяемым природой атомов. Кроме того, излучение отрицательного свечения может быть вызвано рекомбинацией зарядов, вероятность которой велика у медленных электронов.

Следующее за отрицательным тлеющим свечением фарадеево тёмное пространство (область 5) является переходной областью от катодных частей к положительному столбу. Здесь электроны приобретают энергию в слабом электрическом поле, но эта энергия проявляется в их хаотическом движении. В начале положительного столба она возрастает настолько, что имеет место заметное возбуждение и ионизация атомов газа электронами. Существенное отличие фарадеева тёмного пространства от катодного тёмного пространства состоит в том, что в первом энергия электронов слишком мала для возникновения свечения газа, а в последнем слишком велика.

Положительный столб (область 6) тлеющего разряда представляет собой плазму с малой (относительно катодного тёмного пространства) напряжённостью поля. При стационарном токе величина напряжённости поля устанавливается такой, чтобы компенсировать потери заряженных частиц. Эти потери обусловлены либо диффузией электронов и ионов на стенки трубки (если длина положительного столба значительно больше его диаметра) или на анод и в катодные области (в случае короткого положительного столба), либо рекомбинацией носителей зарядов в объёме. При очень низких давлениях газа, когда длина свободного пробега ионов больше радиуса трубки, частицы движутся к стенкам в режиме «свободного падения» и рекомбинируют на поверхности трубки. Таким образом, положительный столб можно рассматривать как самостоятельную область разряда, существующую в известной степени независимо от катодных частей. Во многих случаях (по мнению некоторых исследователей) положительный столб имеет слоистую структуру в виде неподвижных или движущихся вдоль оси трубки слоёв, называемых стратами.

Вблизи анода имеется узкое тёмное пространство (область 7) и анодное свечение (область 8). Появление этих частей связано с граничными условиями на аноде. Электроны притягиваются анодом, положительные ионы отталкиваются. Перед анодом образуется отрицательный объёмный заряд, вызывающий изменение потенциала порядка потенциала ионизации газа. Если приблизить анод к катоду настолько, что он попадает в фарадеево тёмное пространство, то анодное падение потенциала исчезает.

Рисунок 3 – Распределение потенциала в тлеющем разряде

На рисунке 3 приведено распределение потенциала в тлеющем разряде. Для того, чтобы понять характер такой зависимости нужно понять как связаны потенциал φ и координата. В поле точечного заряда такая зависимость приобретёт вид: (эта зависимость описывает потенциал в тлеющем заряде приблизительно, поскольку заряды у нас неточечные (электроды имеют, как правило, плоскую форму)).

Начнём рассматривать зависимость на рисунке 4 слева на право. Часто потенциал на катоде создают нулевым, а к катоду прикладывают большое его значение, чтобы возникшая разность потенциалов имела порядки киловольт. Поэтому потенциал начинает расти слева на право.

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад