Физические явления в газовой плазме
Электрический ток через газ обусловлен перемещением двух типов носителей зарядов—легких электронов, движущихся по направлению к аноду и несущих каждый единичный отрицательный заряд, и значительно более тяжелых частиц - ионов, движущихся по направлению к катоду. Электроны и ионы в процессе своего движения к катоду и аноду сталкиваются друг с другом и с нейтральными атомами и молекулами.
Рис. 7.2. Элементарные процессы при прохождении электрического тока через газ
Движение электронов и ионов в результате соударений носит хаотический характер как по направлениям, так и по скоростям. Можно утверждать, что в газовом проводнике наряду с основным газом, состоящим из атомов и молекул, находятся также электронный и ионный газы. Средняя скорость движения электронов может по аналогии характеризоваться температурой электронного газа Те, так же как средняя скорость атомов или молекул газа, определяемая его тепловым состоянием, характеризуется его температуру.
Таблица 7.1. Энергетические параметры атомов металлов и газов
| Металл или газ | Потенциал ионизации. В | Потенциал возбуждения. В | Длина волны, ни |
| Ha | 13,54 | 10,15 | 121,60 |
| Li | 5,39 | 1,85 | 670,79 и 670,78 |
| Na | 5,14 | 2,09 | 589,59 и 588,99 |
| К | 4,34 | 1,61 и 1,62 | 769,90 и 764,49 |
| Zn | 9,35 | 4,03 и 5,81 | 307,59 и 213,86 |
| Rb | 4,18 | 1,56 и 1,59 | 794,76 и 780,03 |
| Sr | 5,61 | 1,80 и 2,69 | 689,26 и 460.73 |
| Cd | 8,95 | 3,80 и 5,31 | 326,10 и 228,80 |
| Cs | 3,89 | 1,39—1,45 | 894,35 и 852,11 |
| Нg | 10,39 | 4,89 | 253,65 и 535,05 |
| Тl | 6,11 | 3,28 | 184,95 и 377,57 |
| Не | 24,47 | 20,86 и 21,20 | 59,16 и 58,44 |
| Ne | 21,56 | 16,52 и 16,55 | 74,3 и 73,6 |
| Аг | 15,76 | 11,50 и 11,70 | 106,7 и 104,8 |
| Кг | 14,0 | 9,91 и 10,62 | 123,6 и 116,5 |
| Хе | 12,13 | 8,45 и 9,56 | 146,9 и 129,5 |
Таким образом, при прохождении установившегося электрического тока через газ газоразрядный промежуток, оказывается заполненным веществом, находящимся в особом состоянии, характеризующемся высокой концентрацией ионизированных частиц (10-4—10-2 ) концентрации нейтральных атомов. Такое состояние вещества называют плазмой.
При низких давлениях газа или пара в результате большой длины свободного пробега электронов и большой разницы в массах между электронами и атомами или молекулами газа температура электронного газа может быть значительна, несмотря на низкую температуру основного газа (неизотермическое состояние плазмы). По мере роста давления основного газа или тока растет число соударений, а следовательно, и интенсивность передачи энергии от электронов к основному газу. Температура газа возрастает, а температура электронного газа падает, и они постепенно приближаются друг к другу. При давлении, близком или равном атмосферному, или токе в несколько ампер и более температуры электронного и основного газа становятся практически равными.
Рис. 7.3. Температура электронного газа Те, и среды газа Тг в зависимости от давления газа р
При этих условиях говорят об образовании изотермической плазмы, представляющей собой смесь основного и электронного газов, имеющих почти одинаковые температуры, и отличающейся высокой концентрацией возбужденных атомов и соответственно большой ролью' соударений второго рода. Изотермическая плазма образуется - при токе в несколько ампер и давлении 105 Па и выше. Температура изотермической плазмы достигает 4000—5000 К и более.
Дата добавления: 2015-12-11; просмотров: 784;