Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
2°. Переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный называют электрическим пробоем газа; этот переход происходит при напряжении зажигания U3 (напряжение пробоя). Согласно приближенной теории
410
IV 3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
Таунсенда условие зажигания самостоятельного разряда в газе между плоскими электродами имеет вид
где d — расстояние между электродами, а — коэффициент объемной ионизации газа электронами, равный среднему значению количества актов ионизации, производимых одним электроном на пути единичной длины, у — коэффициент поверхностной ионизации, равный среднему числу электронов, выбиваемых из катода одним положительным ионом. Для данного газа и материала катода
где р — давление газа, U — напряжение между электродами. Таким образом, напряжение зажигания U3 зависит от произведенияpd (закон Пашена). Характер этой за-
3°. При низких давлениях (несколько десятых мм рт. ст.) наблюдается тлеющий самостоятельный газовый разряд. Основными частями тлеющего разряда являются следующие четыре области:
y(ead _ I) = If
И
U,
3'
висимости показан на рис. IV.3.2. С уменьшением потенциала ионизации и работы выхода электронов из катода, при прочих равных условиях, U3 уменьшается.
0 (Pd)о
Pd напряжения, приложенного к электродам в разряде, называют вольт-амперной характеристикой разряда.
Зависимость разрядного тока от
Рис. IV.3.2
I II III IV
Рис. IV.3.3
I — катодное темное пространство, II — отрицательное (тлеющее) свечение, III — фарадеево темное пространство, IV — положительный столб разряда (рис. IV.3.3). Области I—III образуют катодную часть разряда. Вблизи катода происходит резкое падение потенциала, связанное с большой концентрацией положительных
IV.3.7. САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД
411
ионов на границе областей I—II. В области II электроны, ускоренные в области I, производят интенсивную ударную ионизацию. Тлеющее свечение в основном вызывается обратным воссоединением (рекомбинацией) электронов и ионов в нейтральные атомы или молекулы. Тлеющее свечение имеет сплошной спектр. В положительном столбе наблюдается постоянная и большая концентрация электронов и положительных ионов (газоразрядная плазма), обусловленная ударной ионизацией молекул газа электронами. Падение потенциала в пределах положительного столба сравнительно невелико и при прочих равных условиях возрастает с уменьшением диаметра газоразрядной трубки.
Свечение положительного столба, определяющее, оптические свойства тлеющего разряда, обусловлено излучением возбужденных атомов (молекул) газа. Рекомбинация электронов и положительных ионов в основном происходит на стенках газоразрядной трубки и вызывает нагрев стенок. Положительный столб часто бывает слоистым, т. е. состоит из чередующихся светлых слоев (страт) и темных промежутков. Положительный столб по своей форме следует форме газоразрядной трубки независимо от формы и расположения катода и анода. Это связано с наличием поперечного (радиального) электрического поля, возникающего благодаря осаждению электронов на стенках трубки. При тлеющем разряде в достаточно коротких трубках или в широких сосудах светящийся положительный столб не наблюдается.
Основной областью тлеющего разряда, в которой происходят процессы объемной ионизации газа, необходимые для поддержания разряда, является область катодного темного пространства. Длиной Ik катодного темного пространства называют расстояние от катода до той точки разряда, в которой кривая <р = <р(0 (см. рис. IV.3.3.) имеет максимум, или точку перегиба. Тлеющий разряд может существовать лишь при условии, что расстояние между электродами d > Lv. Изменение потенциала Д<рк на длине катодного темного пространства называют катодным падением.
Различают два режима тлеющего разряда; нормальный, при котором плотность разрядного тока не зависит от величины тока, изменяемой с помощью внешнего нагрузочного сопротивления, и аномальный, при
412
IV.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
котором плотность тока возрастает вместе с током. В первом случае катод не полностью покрыт отрицательным свечением, во втором — полностью. В случае нормального тлеющего разряда Ik обратно пропорционально давлению газа, а Д<рк зависит от рода газа, материала и состояния поверхности катода, возрастая с увеличением работы выхода электронов из катода. С увеличением разрядного тока падение потенциала в положительном столбе уменьшается. Поэтому вольтамперная характеристика нормального тлеющего разряда падающая, т. е. с увеличением тока напряжение на электродах уменьшается. При аномальном разряде с увеличением разрядного тока длина катодного темного пространства Ik уменьшается, а Д<рк возрастает. Вольтамперная характеристика аномального тлеющего разряда возрастающая.
Если давление в трубке с нормальным тлеющим разрядом достаточно мало, то катодное темное пространство почти полностью заполняет всю трубку. При этом пучок электронов движется от катода до стенок трубки практически свободно, т. е. не испытывая столкновений с молекулами газа. Такие пучки электронов называют катодными лучами.
