Примеры практического использования тлеющего и дугового разрядов: Приведите примеры практического использования тлеющего разряда.

Разряд тлеющий и дуговой — Энциклопедия по машиностроению XXL

Радиолюминесценция 529 Разряд тлеющий и дуговой 250—252 Распределение интенсивностей в комбинированной ртутно-вольфрамовой лампе 268  [c.815]

Газосветные лампы низкого давления подразделяются по форме разряда на лампы тлеющего и дугового разряда.  [c.19]

В лазерных излучателях используются приборы с тлеющим и дуговым газовым разрядом. Эти разряды. различаются величиной катодного падения напряжения. Если это напряжение больше ионизационного потен- циала газа, то имеет место тлеющий разряд, в против яом случае — дуговой разряд (при токе, равном долям ампера и выше).  [c.18]

Плазма — это четвертое, наиболее распространенное в природе состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ, который содержит электроны, положительно заряженные ионы, нейтральные и возбужденные атомы и молекулы. Гигантскими сгустками плазмы являются Солнце и звезды. Внешняя поверхность земной атмосферы покрыта плазменной оболочкой- — ионосферой. В земных природных условиях плазма наблюдается при темных, тлеющих и дуговых (молния) разрядах в газах. В практической деятельности человека плазма используется в светотехнике (неоновых лампах, лампах дневного света, электродуговых устройствах), а также при электросварке, плазменной резке, плазменной наплавке и в других технологических процессах.  [c.35]

А, Тлеющий и дуговой разряды  [c.250]

К газосветным источникам относятся, конечно, и источники, использующие, в частности, тлеющий разряд или промежуточные формы между тлеющим и дуговым разрядами.  

[c.251]

Дуговой разряд представляет собой одну из разновидностей прохождения электрического тока через газовый промежуток, отличающийся от других видов разряда (тёмного и тлеющего) чрезвычайно ярким свечением и весьма высокой температурой (около 6000° С при атмосферном давлении).  [c.274]

Электрическая накачка импульсных газовых лазеров осуществляется напряжением с амплитудой от единиц до десятков киловольт при длительности от долей до единиц микросекунд. Длительность импульса накачки может определяться выбранным режимом импульсного тазового разряда (тлеющим, дуговым). Фронт и спад импульса электрической накачки стремятся сделать воз- можно более короткими при получении генерации в ус—ловиях нестационарной плазмы газового разряда.  

[c.32]

В разреженном пространстве рабочей камеры между катодом — деталью (—) и заземленным анодом—стенками камеры (- -) создается тлеющий разряд в среде газа, содержащего атомы и ионы азота. Рабочее напряжение установки 0,3—1,5 кВ. При возбуждении тлеющего разряда к поверхности детали устремляется поток положительно заряженных ионов азота. При ударах ионов происходит нагревание поверхности деталей. В качестве насыщающей атмосферы используют аммиак из баллонов, смесь азота с водородом и очищенный от кислорода азот.

Ра)бочее давление в камере 1—10 мм рт. ст., так как при более высоком давлении тлеющий разряд переходит в дуговой, что вызывает перегрев и оплавление поверхности.  [c.199]

Можно указать и на некоторые другие характерные отличия дугового разряда от тлеющего. Для дугового разряда характерна высокая температура катода и ствола дуги, в то время как при тлеющем разряде температура катода может равняться температуре окружающей среды, а температура ствола разряда может быть в несколько раз ниже, чем в случае дуги. Свечение вызывается у тлеющего разряда ионизацией газа высоким градиентом в его стволе, а у дуги — термической ионизацией газа.  

[c.13]

В процессе дуговой плавки необходимо обеспечить условия стабильного горения дуги (наличие дугового разряда) и исключить образование побочных дуг между электродом н стенкой тигля, а также явление тлеющего разряда.. Тлеющий разряд наблюдается при определенном критическом давлении газов между электродами дуги. При тлеющем разряде дуга между электродами гаснет и разряд проходит через весь ионизированный газ, захватывая вое пространство плавильного тигля. Тлеющий разряд сопровождается сильным свечением газа.   [c.268]

Если к трубке, наполненной газом, подключить источник электрического тока достаточного напряжения, то внутри нее возникает электрический разряд, который и вызывает свечение газа. При малом токе, проходящем по трубке, имеет место так называемый тихий разряд, не вызывающий заметного свечения. При увеличении тока в трубке образуется тлеющий разряд, используемый во многих специальных лампах дальнейшее увеличение тока приводит к дуговому разряду с ярким свечением.  [c.66]

Еа, между которыми возникает тлеющий разряд. Сила тока тлеющего разряда ограничивается сопротивлением = 1 ООО ом. Тлеющий разряд нагревает электрод Ех в несколько секунд до красного каления, возникает электронная эмиссия, и разряд переходит в дуговой между основными электродами Е] и Ег.

Световой поток лампы достигает своей полной величины через 5 — 6 мин. после включения лампы. Добавочное сопротивление Я помещается внутри колбы, так  [c.326]

Разрядник газовый (ионный) — ионный электровакуумный прибор, действие которого основано на использовании резкого увеличения его проводимости вследствие возникновения самостоятельного дугового или тлеющего разряда- и предназначенный в основном для защиты элементов электрических цепей от перенапряжений или избыточной мощности или коммутации электрических цепей в тех случаях, когда необходимо производить замыкание или размыкание электрической цепи за столь короткое время, которое не могут обеспечить механические выключатели [3].  

[c.152]

Опасность могут представлять диффузный тлеющий, искровой и в наибольшей степени дуговой разряды [56].  [c.67]

Для получения высоких антикоррозионных свойств образцы с титановыми покрытиями подвергались азотированию в тлеющем разряде.

Ведение процесса ионного азотирования, контроль температуры и других параметров азотируемых деталей осуществлялись с помощью специально разработанного высоковольтного пульта, снабженного системой автоматической защиты от перехода тлеющего разряда в дуговой.  [c.54]

Если эта разность достигает нескольких сотен вольт, то в местах дефектов происходят тлеющие разряды, что ведет к снижению сопротивления заземления. При разности потенциалов начиная примерно с 1 кВ между трубопроводом и грунтом происходят дуговые разряды, что снижает сопротивление заземлению на несколько порядков. Кроме того, в слабых местах изоляционного покрытия происходят дополнительные пробои, что еще более снижает сопротивление заземления (растеканию тока в землю).  

[c.433]

Классификация газовых разрядов. Среди стационарных самостоятельных разрядов в пост, поле наиб, важные и распространённые—тлеющий и дуговой. Они различаются механизмами катодной эмиссии, обеспечивающей возможность протекания пост, тока, поскольку осн. носителями тока являются электроны. В тлеющем и тёмном (таунсендовском) разрядах катод холодный. Электроны вырываются из него положит, ионами (и фотонами). В дуговом разряде катод разогревается сильным током и происходит термоэлектронная эмиссия. В резко неоднородных полях, усиленных около острий, проводов линий электропередачи, возникает коронный разряд, самостоятельный и слаботочный. Среди быстротечных сильноточных разрядов особенно важен искровой разряд. Он возникает обычно при 1 атм, d> 1—5 см и достаточно высоком напряжении, превышающем напряжение зажигания короны, если поле сильно неоднородное. Искровой пробой газа происходит в результате возникновения и быстрого развития тонкого плазменного какала от одного электрода к другому затем получается как бы короткое замыкание цепи высокопроводящим искровым каналом. Одна из форм искрового разряда—молния. В коронном и искровом разрядах катодная эмиссия особой роли не играет.  

[c.510]

В маломощных ГРП наиболее просто можно зажечь разряд повышением напряжения 1/пит а выходе основного источника питания до значения t/np данного ГРП.

Выполнение этого условия приводит к зажиганию разряда и установлению рабочего режима ГРП. Поскольку t/np значительно больше напряжения на ГРП в рабочем режиме Ups.6, то источник питания должен обладать падающей внешней характеристикой (иметь большое внутреннее сопротивление). Это НеОбХ-ОДИМО для того, чтобы после пробоя при 1/пит= пр на выходе источника питания установилось новое рабочее напряжение t/pa6= nHT при рабочем токе /раб через ГРП, соответствующем заданному виду газового разряда (тлеющему или дуговому).   [c.8]

Источники света могут, как было уже выше отмечено, весьма существенно отличаться как но способу возбуждения испускания, так и по характеру их спектров. Например, применяются источники тепловые (в виде различного рода раскаленных печей и электрических ламп накаливания или штифтов накаливания, пламенн), электрические дуги и конденсированные пли высокочастотные искры, газосветные ламны тлеющего и дугового разряда и пр. По характеру спектров испускания источники подразделяются на источники с непрерывным (сплошным), линейчатым (дискретным) и линейчато-полосатым спектром. На рис. 167 приведены некоторые типичные спектры пспускания.  [c.226]

Наиболее удобно проследить возникновение тлеющего и дугового разрядов, пользуясь вольт-амнерной характеристикой газового разряда, которая изображена па рис. 189.  [c.251]

Газосветные источники с холодными электродами в настоящее время в лабораторной практике применяются сравнительно редко, так как они требуют применения для зажигания и поддержания разряда высокого напряжения, величина которого тем больше, чем длиннее трубка. В последние десятплетия получили распространение газосветные лампы с горячими электродами, где используется катод либо с независимым подогревом, либо самокалящпйся катод. Эти типы ламп используют либо типичную форму дугового разряда, либо некоторую промежуточную форму между тлеющим и дуговым разрядами. Последние обычно рассматривают как лампы с дуговым разрядом малой интенсивност в отличие от газосветных ламп интенсивного дугового разряда.  [c. 258]

Зависимость, позволяющая оценить влияние режима разряда при работе щеток с искро-образованием на износ, показана на рис. 14.9. Любая форма самостоятельного разряда в газах сопровождается эрозией электродов. При тлеющем и дуговом разряде преобладает изнашивание катода, искровой разряд приводит к изнашиванию анода. Переход разряда из одной формы в другую всегда сопровождается инверсией электрической составляющей износа электродов.  [c.536]

С. Таунсенд, 1901), каждый эл-н на единице длины пути к аноду производит а актов ионизации (а — первый коэфф. Таунсенда). Ионизация вторичными эл-нами приводит к экспоненциальному росту числа эл-нов, достигающих анода. Благодаря воспроизводству положит, ионами новых эл-нов несамостоят. разряд переходит в самостоятельный. В дальнейшем теория была усовершенствована с учётом объёмного заряда и диффузии носителей заряда, но осн. её черты сохранились для описания стационарных Л. р. низкого давления (тлеющего и дугового). При давлениях, близких к  [c.336]

Газовый разряд может быть неустойчивым (например, искровым) и устойчивым. Последний можно классифицировать по внешнему виду темновой, тлеющий, в том числе коронный, и дуговой разряды. Например, если в длинной цилиндрической стеклянной трубке, заполненной газом при давлении около 100 Па, медленно повышать разность потенциалов между катодом и анодом, то приборы фиксируют наличие тока начиная с Ю … 10 А. Он появляется вследствие ионизации в объеме газа, на стенках и электродах, вызываемой космическими лучами. С помощью ограничивающего сопротивления можно получить все три формы разряда (рис. 2.5). Темновой разряд переходит в тлеющий, который отличается уже заметным свечением, используемым в газосветных трубках. При этом катодное падение  [c.36]

Прибор ионный электровакуумный — электровакуумный прибор с электрическим разрядом в газе или парах к приборам такого типа относятся приборы с несамостоятельным разрядом — газотроны и тиратроны, приборы с тлеющим разрядом — газосветные и индикаторные лампы, ионные стабилитроны и другие, приборы с дуговым автоэлек-тронным разрядом—вентили ртутные, игнитроны и т. д. [4J.  [c.151]

ИОННЫЕ ПРИБОРЫ (газоразрядные приборы) — приборы, наполненные к.-л. инертным газом (Не, Ne, Аг, Кг, Хе), парами ртути или водородом, действие к-рых основано на прохождении электрич. тока через газоразрядную плазму, образующуюся в меж-электродном иространстве. Давление газов в И. п. составляет 10 -f-100) мм рт. ст. По тину газового разряда, зажигающегося в приборе и определяемого природой электронной эмиссии из катода, родом газа и его плотностью, питанием разряда, различают И. п, несамосто-ят. дугового разряда, самоетоят. дугового, тлеющего, искрового и коронного разрядов.  [c.203]

Газоразрядные И. о, п, п н з к о г о давления (р 20 кПа) в зависимости от плотности тока на катоде /к работают в режиме тлеющего или дугового разряда. В индикаторны х лампах и панелях, обычно наполняемых смесью Ne с Пе и Аг, используется тлеющее свечение, локализованное вблизи катода (Lj,= 10 —10 кд/м ). Трубчатые лампы с парами Hg (рн= Ю Па) и Na (р ь=0,2 Па) в положительном столбе разряда излучают в резонансных линиях Hg (А,= 253,7 184,9 нм) и Na (Я = 589,0 589,6 нм) до 80% вводимой мощности, благодаря чему достигаются большие кпд и г . Вследствие малых токов их мощность Р ВО и 500 Вт соответственно, а срок службы доходит до 15 ООО ч. Натриевые лампы имеют самую высокую т (до 170 лм/Вт), но из-за плохой цветопередачи применяются только для наружного освещения и сигнализации. Ртутные люминесцентные ламны широко используются для внутреннего и декоративного освещения. На внутр. поверхность их стеклянной трубки 0 (1,7—4)Х (13—150) см наносится слон люминофора, преобразующий резонансное излучение Hg в видимую область со спектральным составом излучения, близким к дневному свету (Тс= = 2700—6000 К, до 80 ккд/м до 90 лм/Вт) или определённой цветности. Эритемные (люминесцентные с Х=280—400 нм) и бактерицидные лампы, излучающие с Х=253,7 нм через стенку колбы из увнолевого стекла, используются D медицине и биологии.  [c.222]

П. э. газового промежутка следует рассматривать как нач. стадию электрического разряда в газе. В зависимости от типа разряда могут быть существ, отличия в формировании токового канала и механизма то-КОпрохождения. Наиб, исследован пробой в тлеющем разряде. Существенно различаются механизмы формирования пробоя в дуговых разрядах низкого и высокого рвлеиий, к-рые определяются не только формой электродов и частотой электрич. поля, но также и характером нач. эмиссии (термоэмиссия или холодные эпектро-ды с формированием пятен).  [c.131]

Применения. Газовые разряды применяют в газосветных приборах, в электронных диодах с газовым наполнением, тиратронах, ртутных выпрямителях (игнитронах), в качестве стабилизаторов напряжения в счётчиках Гейгера ядер-ных частиц, в антенных переключателях, озонаторах, маг-нитогидродинамшеских генераторах. Широко используются электродуговая сварка, электродуговые печи для плавки металлов, дуговые коммутаторы. Получили большое распространение генераторы плотной равновесной низкотемпературной плазмы с К, /)—1 атм—плазмотроны (дуговые, индукционные, СВЧ). В них продуванием холодного газа через соответствующий разряд получают плазменную струю. Тлеющий и ВЧЕ-разряды используют для создания активной среды в лазерах самой разл. мощности—от мВт до многих кВт, в плазмохимии. Эти и др. приложения, использование результатов исследований Э. р. в г. в технике высоких напряжений поставило физику газового разряда в ряд наук, к-рые служат фундаментом совр, техники.  [c.514]

Вакуумные ионпо-плазменные процессы нанесения покрытий характеризуются следующими основными этапами генерацией атомарного или молекулярного потока вещества, его ионизацией, ускорением и фокусировкой н, наконец, конденсацией на поверхности деталей или подложки. Для генерации потока вещества используются разогрев потоком электронов и различные формы газовых разрядов (тлеющий, дуговой с нерасходуемым термоэмис-  [c.153]

Для получения спектров испускания двухато.мных и простых многоатомных молекул используются различные источники света (пламена, печи, электрические дуга, газоразрядные трубки и т.д.). Наиболее просты и удобны в работе различные типы газового разряда, которые подразделяются на плазму высокого и низкого давления. Их различие состоит в том, что в плазме высокого давления все частицы находятся в термодинамическом равновесии, а в плазме низкого давления (обычно давление газа ниже 1 — 10 мм рт. ст.) равновесия между нейтральными и заряженными частицами нет нет также равновесия между поступательной энергией частиц и энергией их колебания и вращения. К первому типу разряда относятся дуговой и искровой разряды, а ко второ-.му — тлеющий и высокочастотный разряд и разряд в полом катоде.  [c.133]

Наилучший эффект от обработки разрядом наблюдался при напряжении 320—400 В, плотности тока 5— мА/см , давлении 65—130 Па и времени обработки 5 мин. При плотности тока разряда менее 5 мА/см качество обработки резко ухудшалось. При плотности тока, превышающей 7 мА/см , поверхность становилась неоднородной и наблюдался разный цвет свечения — от розового до сине-фиолетового. На поверхности образца возникали микродуги, а при 10 мА/см тлеющий разряд переходил в дуговой. Переходу тлеющего разряда в дуговой способствовало повышение давления и увеличение тока, а также наличие жировых загрязнений на подложке, поскольку ионы, образующиеся в дуге, стремятся зажечь вторичную дугу в точках с низкой температурой плавления. Если нанести хромовое покрытие на образец, подвергнутый обработке тлеющим разрядом при плотности тока 7—10 мА/см , то основная часть покрытия в виде порошка легко удаляется. Выбор оптимального давления обусловлен тем, что при более низком давлении разряд в основном концентрируется в отверстиях и углублениях образца, а при более высоком — переходит в дуговой.  [c.109]

В нормальном состоянии газы являются хорошими электрическими изоляторами. Однако, приложив достаточно сильное электрическое поле, можно вызвать нарушение, их изолируюш,их свойств, благодаря чему появляется возможность пропускать через газ значительные токиПрохождение тока через газ по историческим причинам получило название электрического разряда . Возникаюш ие прд этом явления зависят от рода и давления газа, от материала, из которого изготовлены электроды, от геометрии электродов и окружающего их сосуда, а также от протекающего тока. Различные формы разряда получили специальные названия, как-то темный разряд, корана, тлеющий разряд и т. д. Мощные разряды, однако (имеются в виду токи от до 10 а), даже при различных условиях обладают рядом общих особенностей, позволяющих объединить их под одним названием — дуговой разряд .  [c.5]

ДИФФУЗНЫЙ разряд, электрический разряд в газе (напр., тлеющий или дуговой) в виде широкого светящегося столба. Д. р. формируется при низких давлениях ( 10- —10мм рт. ст.) и в условиях, когда длина свободного пробега (межэлект-  [c.176]

В лаб. условиях и пром. применениях П. образуется в электрическом разряде в газах дуговом разряде, искровом разряде, тлеющем разряде и пр.), в процессах горения и взрыва, используется в плазменных ускорителях, маг-нитог идродинам ических генера тор ах, в установках для исследования УТС. Многими характерными для П. св-вами обладают совокупности эл-нов и дырок в полупроводниках и эл-нов проводимости (нейтрализуемых неподвижными положит, ионами) в металлах, к-рые поэтому наз. плазмой твёрдых тел. Её отличит, особенность — возможность существования при сверхнизких для газовой П. темп-рах — комнатной и ниже, вплоть до абс. нуля темп-ры.  [c.536]

Твердые вещества имеют широкие полосы поглощения и для накачки целесообразно использовать газоразрядные лампы с широким спектром излучения. Газообразные вещества имеют относительно узкие и весьма интенсивные линии поглощения и возбуждаются нередко с помощью газового разряда в самой активной среде, — т. е. в газе. Для газовой смеси удается получить высокую инверсию населенности при определенном режиме газового разряда. К таким средам относятся смеси гелия и неона, гелия и ксенона, неона и кислорода, аргона и кислорода и др. Обычно газовая среда состоит из двух газов, в которой активным является один из газов, а второй лишь используется для не-, редачи энергии накачки к частицам активного газа например, в ге-лийнеоновом ОКГ в состав смеси входит гелий Не и неон Ne в соотношении 10 I давление составляет 1 мм рт. ст. Источником стимулированного излучения служат атомы неона. Возбуждение достигается либо с помощью высокочастотного генератора, либо с помощью тлеющего разряда в трубке при высоком постоянном напряжении. Возбужденные атомы гелия с большим временем жизни, 1000 мксек, передают при столкновениях свою энергию атомам неона. В смеси азота с углекислым газом излучательные переходы совершаются между уровнями молекул СОз, а возбужденные атомы азота лишь передают свою энергию углекислому газу. В генераторах на аргоне генерация возникает при дуговом разряде в аргоне. Возможно использование и других газов. —  [c.223]

Напряжения зажигания и разрыва дуги в условиях ИПХТ-М. В ИПХТ-М принципиально возможны различные формы разряда темный, тлеющий, диффузный тлеющий, коронный, искровой, дуговой.  [c.67]

В момент замыкания контакта стартера тлеющий разряд прекращается, так как напряжение на стартере падает до нуля, при этом ток в цепи лампы (пусковой ток) определяется сопротивлением баластного дросселя и подогревных спиралей электродов. Пусковой ток в 1,5 раза превышает рабочий. После прекращения тлеющего разряда биметаллические пластины контакта стартера охлаждаются и разрывают ток нагрева электродов. При разрыве цепи экстраток размыкания в дросселе обеспечивает достаточный толчок напряжения на трубке для возбуждения дугового разряда. Весь описанный процесс включения длится около 1,5 сек.  [c.525]

А (область II) наблюдается переход от та-унсендовского разряда (область 1) к нормальному тлеющему разряду (область III), характеризующийся падающим участком. В нормальном тлеющем разряде рост тока происходит при пост, напряжении. При этом возрастает часть поверхности катода, покрытая разрядом, так что плотность тока на катоде сохраняется постоянной, Аномальный тлеющий разряд (область IV) занимает всю поверхность катода и имеет возрастающую характеристику. При ещё больших токах вновь наблюдается падающий участок (область V), связанный с переходом тлеющего разряда к дуговому.  [c.336]

---

Дуговой разряд в газах — Справочник химика 21

    Электрическая дуга является одним из видов электрического разряда в газе или в парах. Она характеризуется малым катодным падением напряжения (10— 20 В) и высокой плотностью тока, которая может достигать сотен и тысяч ампер на 1 см . Неионизированные газы и пары, состоящие из нейтральных частиц, не проводят электрический ток. В дуговом разряде газ сильно ионизирован, в нем присутствуют положительно заряженные ионы и отрицательно заряженные свободные электроны. При наложении электрического поля на дуговой промежуток заряженные частицы под его действием [c.180]
    Для получения струи плазмы в целях резки используется газоразрядное устройство, называемое плазмотроном, где рабочий газ (водород, азот, аргон, гелий или их смеси) превращается в плазму в дуговом разряде между электродами [ 36 ]. [c.117]

    Прохождение тока через газ по историческим причинам получило название электрического разряда . Явления, возникающие при газовом разряде, сложным образом зависят от рода и давления газа, материала электродов и их геометрии, окружающих тел, а также от силы протекающего тока. Различные формы разрядов, получили специальные наименования темный разряд, корона, тлеющий разряд и т.д. Мощные разряды (с силой тока от 10 1 до 10 А) даже при различных условиях обладают рядом общих особенностей, что позволяет объединить их под одним названием — дуговой разряд . Термин дуга применяют к устойчивым формам разряда. Электрическая дуга была открыта В.В. Петровым в 1803 г. [c.80]

    Наличие ток в газе получило наз вание газового разряда, причем различается несколько его разновидностей. С точки зрения теплогенерации практическое значение имеют распределенный и дуговой разряды. Теплогенерация за счет электрической энергии в любом теле, и в газе, в частности, есть результат наличия определенного активного сопротивления 7 Для получения постоянных условий теплогенерации нужно или иметь постоянное сопротивление Я, или менять напряжение в соответствии с изменением сопротивления. Последнее, естественно, осуществить сложнее. [c.229]

    В угольной дуге постоянного тока возбуждаются спектры почти всех элементов, за исключением некоторых газов и неметаллов, характеризующихся высокими потенциалами возбуждения. По сравнению с измерениями эмиссии или абсорбции пламени дуговой разряд обеспечивает снижение предела обнаружения элементов примерно на порядок величины, а также существенное снижение уровня матричных эффектов. [c.59]

    Дуговой разряд возникает при более высокой плотности тока, чем тлеющий из-за испарения электродов в спектре преобладают линии металла электродов газ находится в состоянии плазмы разность потенциалов невелика (десятки вольт). [c.215]

    Дуговой разряд создается при высоких давлениях газа, и обусловлен тем, что катод сильно разогревается, в результате чего возникает термоэлектронная эмиссия. [c.252]

    Искровой разряд возникает при больших давлениях газа и при большой разности потенциалов на электродах. Представляет собой пучок ярких зигзагообразных полосок, совокупность которых называют искровым каналом. Во всех трех видах разрядов образуется типичное плазменное состояние. Положительный столб тлеющего и дугового разрядов и искровой канал искрового разряда состоят из плазмы. [c.252]

    Для повышения воспроизводимости количественных определений и снижения пределов обнаружения предлагаются различные способы стабилизации дугового разряда наложение магнитного поля, соосного разряду обдув свободно горящей дуги потоком газа помещение разряда в охлаждаемую трубку, которая ограничивает поперечное сечение разряда. Такие приемы не только стабилизируют дугу пространственно, но и изменяют параметры разряда — напряжение, температуру и электронную концентрацию, пространственное распределение и концентрацию элементов в облаке. В дуговом плазмотроне используется принцип стабилизации дуги потоком газа и стенками. [c.52]

    Принцип работы плазмотрона заключается в следующем. Два электрода, между которыми зажигается сильноточный дуговой разряд, помещаются в специальную камеру. Через эту камеру с большой скоростью протекает газ. Таким газом может быть [c.52]

    Поскольку плазма не находится в равновесии, ее характеристики отвечают лишь определенным стационарным процессам. Непрерывно происходит ионизация и нейтрализация зарядов, выделение энергии внутри плазмы и охлаждение вследствие взаимодействия с окружающей средой. При этом наиболее трудно происходит обмен энергией между ионами и электронами, что обусловлено большим различием в их массах. Поэтому отсутствует термическое равновесие между ионами и электронами, а также и нейтральными частицами (молекулами). Энергию от электрических источников (например, дуг) непосредственно получают электроны. Вследствие этого 7 а>7 и>7 м, где Тэ, Ти, 7 м — температуры электронов ионов и молекул (или атомов). В газоразрядных трубках Гэ имеет порядок 10 С, а Та и Ты лишь (1—2)-10 °С. В дуговом разряде, где плотность газа выше и число столкновений больше, величины Та, Тя и Та сближаются. При этом Т и Тм достигают около 6000° С. [c.357]

    Принцип действия плазматрона состоит в том, что при охлаждении поверхностного слоя облака дугового разряда происходит сжатие разрядного шнура дуги, в результате чего увеличивается плотность тока в ней. Это достигается помещением графитовых или тугоплавких электродов в камеру, в которую вводят струю инертного газа в направлении касательных к камере. Механизм работы плазмотрона ясен из рис. 30.9. В горящую дугу вводят аэрозоль анализируемого раствора. Вихреобразные струи инертного 1 аза охлаждают снаружи облако разряда и выносят образуемую плазму через отверстие в катоде в виде светящейся струи длиной 10—15 мм. По мере увеличения скорости потока через выходное отверстие возрастает электропроводность струи, что приводит к повышению плотности тока и увеличению температуры [c.663]

    Для создания потока ионизированных частиц используется дуговой разряд значительной длины между двумя электродами в продуваемом инертным газом канале, стенки которого имеют водяное охлаждение. За счет охлаждения внешней поверхности столба дуги происходит концентрация дугового разряда в центральной части канала, где достигается температура 10 000—20 000 К, что вызывает высокую степень ионизации продуваемого газа, получающего значительный запас энергии. Эта энергия может быть использована для нагрева в процессе сварки и резки различных материалов. [c.305]

    В последние годы также усиленно разрабатываются дуговые нагреватели газа и плазменные горелки на постоянном и переменном токе, со стабилизацией дугового разряда газовым потоком или электромагнитным полем. Области применения их расширяются и им предстоит, по-видимому, большое будущее, [c.17]

    Электрическая дуга, или дуговой разряд, — один из видов электрических разрядов в газе или парах. Газовая среда, обычно не проводящая тока, приобретает проводимость, если в ней, помимо нейтральных, появляются свободные заряженные частицы — электроны, положительные и отрицательные ионы, которые и обусловливают прохождение в газе токов, если в нем существует электрическое поле. [c.18]

    Ионы также могут быть источником ионизации, но так как их масса по крайней мере в 2 000 раз больше массы электронов, а электрические заряды их равны, то их скорости много меньше скоростей электронов. Поэтому хотя в некоторых случаях ионы могут приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации нейтральных частиц, в дуговых разрядах их участие в ионизации газа невелико. [c.22]

    В зоне дугового разряда средняя скорость движения заряженных частиц мало отличается от средней скорости теплового движения газа ал. Тогда если Я — средний свободный пробег частиц, то среднее время между соударениями равно т= = Х1ш. За это время поле Е сообщит частице ускорение е //п, а путь частицы в направлении поля будет [c.27]

    Установки для машинной резки позволяют резать нержавеющую сталь и цветные металлы толщиной до 80—120 мм со скоростью 6—450 м ч. Со снижением стоимости и заменой дефицитных материалов (неплавящиеся вольфрамовые электроды, образующие дуговой разряд) и газов, образующих плазменную струю (стабилизирующие газы аргон, водород, азот), резка плазменной дугой найдет весьма широкое применение. Эффективна резка нержавеющей стали в среде азота или в смеси с водородом. Рекомбинация атомов азота и водорода в полости разреза сопровождается выделением тепла, что улучшает поверхность разреза [46, 47]. Эффективно применение электроннолучевой резки высоколегированных и закаленных сталей [48]. [c.144]

    Абсорбционные методы применяют для извлечения значительных примесей ацетилена. Известно несколько методов переработки природного газа, к ним относятся электрокрекинг, термический крекинг, окислительный пиролиз. Они различаются лишь способом подвода тепла в реакционную зону, в которой происходит разложение метана. При электрокрекинге необходимая высокая температура (—1600 °С) в реакционной зоне достигается в результате дугового разряда между двумя электродами, расположенными в концах реактора. [c.452]

    Быстро развивающейся и привлекающей большое внимание областью приложения парофазного анализа является определение газов в изоляционных маслах. Исследования, проводившиеся в 1960—1970-х годах во многих странах с развитой электроэнергетикой, показали, что определение следов растворенных в трансформаторном масле газов может служить надежным и эффективным способом выявления и диагностики дефектов мощных трансформаторов, возникающих в процессе их работы. Такой способ надзора за состоянием силовых высоковольтных трансформаторов дает значительный экономический эффект благодаря возможности предотвращения тяжелых аварий и своевременного устранения возникающих повреждений на ранних стадиях их развития. Газы образуются в трансформаторах вследствие воздействия на изоляцию тепла и электрических разрядов. Разложение целлюлозы бумажной изоляции и электротехнического картона приводит к выделению в трансформаторное масло окислов углерода. Кроме того, при пиролизе твердой изоляции и электроизоляционных масел получаются углеводороды ряда метана и этилена, а при нагреве выше 600 °С или действии дугового разряда образуется ацетилен. Небольшие количества указанных газов медленно выделяются и при естественном старении изоляции в нормально работающих трансформаторах. Однако статистика обследования большого числа установок в разных странах показы- [c.165]

    Метод основан на бомбардировке исследуемой поверхности газообразными ионами и масс-спектрометрическом анализе выбиваемых поверхностных ионов. Достоинство метода — его высокая чувствительность, применимость ко всем элементам и значительное пространственное разрешение ( 1 мкм), дости- гаемое при использовании тонко сфокусированного пучка ионов. Полученные данные обобщены Соха [106] и Кейном и Ларраби [107]. Источник ионов представляет собой двойной плазмотрон [108, 109], в котором создается сжатый магнитным полем дуговой разряд газа при давлении около 2—3 Па 0,02. мм рт. ст.) образующиеся ионы выходят через узкую диафрагму в аноде. После ускорения и дополнительной фокусировки ионы падают на образец. Выбиваемые ионы имеют значительную кинетическую энергию, и для их анализа обычно применяют масс-спектрометр с двойной фокусировкой. [c.430]

    В положительном столбе дугового разряда газ находится в состоянии изотермической плазмы, при котором электроны и ионы находятся в термодинамическом равновесии. Вследствие высокой температуры, достигающей 18 000° С в центре дуги, а также большой плотности тока и возможности варьирования давления в дуговом разряде создаются весьма благоприятные условия для проведения высокотем- [c.126]

    Химическая реакция двух инертных, дешевых и распространенных компонентов (СН4, N3) представляет большой интерес. В патенге So iete d Elektro himie [74] рекомендуется пропускать через дуговой разряд газ следующего состава 60% Ng, 32% Н2 и 6% СН4. При взаимодействии СН4 и N2 образ)аотся, помимо H N, ацетилен и водород, что повышает ценность этого процесса. [c.106]

    Этот вид имеет и другие названия — независимая плазменная струя или плазменная дуга косвенного действия. При этом дуговой разряд 4 возникает между электродом 1 и корпусом плазмотрона 2. Поток газа 3, проходя через столб дуги 4, образует кинжалообразный язык плазмы 5 с температурой порядка 10000 — 15000 °С, используемый для проплавления разрезаемого металла 6. [c.117]

    При низких давлениях газа (несколько миллиметров ртутного столба) и не очень малом сопротивлении внешней цеии формируется тлеюи ий разряд. Если же сопротивление внешней цепи невелико, источник тока достаточно мощный, а давление газа более высокое, то вслед за пробоем образуется дуговой разряд. Тлеющий разряд можно постепенно перевести в дуговой, увеличивая силу тока (путем уменьшения внешнего сопротивления цеии) и одновременно повышая давление. При этом можно получить различные формы тлеющего разряда. [c.239]

    Плазменная наплавка. Плазма представляет собой высокотемпературный сильно ионизированный газ. Она создается возбуждаемым между двумя электродами дуговым разрядом, через который пропускается газ в узком канале. Присадочный материал может подаваться в виде проволоки, ленты или порошка. При наплавке по слою крупнозернистого порошка последний заранее насыпается на наплавляемую поверхность, а плазменная дуга, горящая между электродом и и.чделием, расплавляет его. При наплавке с вдуванием порошка в дугу порошок подается в плазменную струю, плавится в струе и наносится на предварительно подогретую поверхность изделия. В качестве плазмообразующего газа используется аргон. Плазменная наплавка позволяет значительно повысить износостойкость деталей. Объясняется это минимальным проплавлением основного металла в процессе наплавки порошковых сплавов, что обеспечивает получение необходимых свойств наплавки уже в первом слое. [c.92]

    Газ в положительном столбе тлеющего разряда, в дуговом разряде при высоких давлениях и в некоторых других формах разряда (а также в раскаленной атмосфере звезд) находится в особом состоянии (состояние плазмы). Плазма представляет собой некоторую (диную систему взаимодействующих частиц, обладающую специфическими свойствами. [c.178]

    Состояние газа в дуговом разряде обычно соответствует состоянию изотермической плазмы. Благодаря высокой температуре глла и высокой электронной температуре , достигающей нескольких тысяч градусов, большой плотности тока и обычно высокому давлению в дуге преобладают химические процессы, характерные для высоких температур, в частности процессы температурного к]]екинга. [c.179]

    Синтез ацетилена из метана (а также из смеси газов, содержащей метан) представляет собой один из примеров органического синтеза в электрическом разряде, осуществленного на практике в значительных масштабах и усношно конкурирующего с обычным, карбидным методом получения ацетилена. Для получения ацетиленл из метана применялись различные формы электрического разряда. Тпк как, однако, уже первые исследования показали, что и тихом разряде выход ацетилена ничтожно мал, то все дальнейшие попытки осуществления этой реакции с выходом jH , представляющим практический интерес, в основном были сосредоточены на использовании дугового разряда. (Литературу см. в [4, 41].) [c.181]

    Дуговой разряд постоянного тока. Дуга постоянного тока представляет собой, стационарный газовый разряд, в котором прохождение тока обусловливается электронами и ионами. Для спектрально-аналитических целей преимущественно используют дугу низкого напряжения между угольными (графитовыми) электродами (ток 5—15 А, питающее напряжение 220 В, ток ограничивают балластным сопротивлением). Температура дугового разряда зависит от подводимой электрической мощности и от природы газа в межэлектродном промежутке. В смесях эта температура определяется наиболее легко ионизируемым элементом (например, для дуги с чисто угольными электродами Т 7700 К при потенциале ионизации 1 = 11,3 эВ, а для дуги между цезиевыми электродами Т 2900 К при , = 3,9 эВ). Вводя легко ионизирующиеся элементы в плазму дуги, можно регулировать ее температу- [c.187]

    Высокочастотная индуктивно-связанная плазма обладает достоинствами пламен и высокотемпературных дуговых разрядов. Большая протяженность факела и относительно малая скорость потока газа создают условия для увеличения времени пребыва- [c.73]

    На практике флуктуации потока фотонов, зависящие от параметров конкретного источника излучения, значительно превышают флуктуации, обусловленные дискретной природой света. Например, интенсивность спектра дугового разряда зависит от флуктуации скорости испарения пробы из канала угольного электрода, а ин-тенсивиость спектра пламени — от флуктуаций давления горючего газа. Как было сказано выше, каждая из флуктуаций, какими бы явлениями она ни была обусловлена, вносит свой вклад в суммарную составляющую шума. Поэтому нахождение явления, вносящего наибольший вклад в суммарную составляющую, и устранение или минимизация флуктуаций, обусловленных этим явлением, являются важной аналитической задачей. [c.80]

    Применение -металлов III группы. Применение 8с, У, Ьа ограничено их дефицитностью. Однако лантан Ьа употребляется в сплавах с вольфрамом. Лантанированный вольфрам обладает малой работой выхода электрона и дуговой разряд между электродами из этого материала отличается большой стабильностью (сварка в инертных газах). [c.324]

    Свойства аминопластов отличны от свойств фенолальдегидных смол. Эти полимеры полупрозрачны или прозрачны, окрашиваются в любые светлые цвета, достаточно прочны и обладают дугоустой-чивостью, т. е., выделяя много газов при разложении, гасят образующиеся электрические дуговые разряды. [c.487]

    Энергию в основном от электрических источников получают электроны. Из-за большого различия их масс и масс ионов они плохо передают энергию ионам, В результате 7 злектронов Т иопов Т атомов ( э и а) ТаК, В ГаЗО-разрядных трубках Гэ составляет десятки тысяч градусов, а Та и T a — лишь одну — две тысячи. В дуговом разряде из-за большого числа частиц в единице объема столкновения происходят чаще, и Т ближе к и Га. Примерно при той же Тэ величины Г,, и Га достигают 6000 °С. Для плазмы в целом характерна электронейтральность. В то же время в малых объемах электронейтральность ие имеет места. Пространственное расположение зарядов, как п в случае электролитов, определяется ближним порядком. Как и в теории сильных электролитов, в плазме целесообразно ввести понятия радиуса ионной атмосферы (де-баевский радиус). [c.677]

    В дуговом разряде одним из основных путей ионизации газа является соударение частиц, вызванное их интенсивным тепловым движением. Такая термическая и онизация. может иметь существенное значение только при очень высоких температурах в столбе дуги, где температура достигает 6000, 8000 К и более. При этих температурах пары большинства металлов в значительной степени ионизированы пары газов для существенной термической ионизации требуют более высоких температур (15 ООО К и выше). [c.181]

    Дуговой разряд по длине можно подразделить на три области среднюю—столб дуги, прикатодную и прианод-ную области В столбе дуги потенциал растет линейно по направлению от одного конца к другому в приэлект-родных областях, протяженность которых весьма мала (порядка 10 = см), он изменяется скачком. Между тем-эти приэлектродные области, в первую очередь прика-тодная, образуют те потоки заряженных частиц, которые в столбе дуги ионизируют газ. Под действием бомбардирующих катод ионов он разогревается и находящиеся в нем, как во всяком металле, свободные электроны получают такие скорости теплового движения, что оказываются в состоянии преодолеть потенциальный барьер у поверхности катода и ВЫЙТИ В дуговой промежуток, где они ускоряются электрическим полем и при столкновении с нейтральными частицами ионизируют их толчком. Такая термоэлектронная эмиссия требует высокой температуры катода (более 2000 К), поэтому она возможна лишь тогда, когда катод выполнен из тугоплавкого материала. Катод из менее тугоплавкого материала интенсивно испаряется, и электроны выходят из окружающего катод раскаленного облака пара. [c.182]

    Для дугового разряда при нормальном давлении важную роль играет термическая ионизация газа. С повышением температуры газа увеличивается средняя ки-нгтическая энергия его частиц и усиливается процесс ионизации. Характер зависимости степени ионизации газов от температуры показан на рис. 5.3, где приведены две кривые для степени ионизации газов с потенциалами ионизации 7,5 и 15 В. Потенциалом ионизации около 7,5 В обладают пары марганца, магния, железа и крем- [c.259]

    В препаративной химии газов обычно используют так называемые тихие электрические разряды, получаемые при атмосферном давлении, и тлеющие разряды, получаемые при пониженном давлении. Дуговые разряды при получении газов применяются редко, так как их воздействие не является специфическим и в основном связано с действием возникающей в дуге высокой температуры. [c.16]

    В первом десятилетии XX в. появились предтечи дуговых нагревателей газа и дуговых плазменных установок — аппараты для получения окиси азота. Азот окисляется только при высоких температурах, но лаже при 3 000—4 000° С лишь несколько процентов азота превращаются в его окись. Естественной была идея использовать электрическую дугу для подогрева воздуха, пропускаемого через разряд, В данном случае, для того чтобы облегчить теплоотдачу от дуги к воздуху, необходимо увеличить поверхность соприкосновения воздуха и разряда, либо раздувая или удлиняя дугу, либо направленным потоком воздуха, либо воздействием на дугу электромагнитным полем. Первый принцип был реализован в печах Шангера и Паулинга. В печах Шанге-ра дуга между центральным стержневым и наружным трубчатым электродом увлекалась потоком воздуха вдоль труб, достигая [c.14]

    Яронскир исследователь Т.Иошида разработал новый метод получения различных фуллеренов. Как было сказано выше, их выделяли из сажи, осаждавшейся на стенках камеры при испарении графитовых электродов в дуговом разряде. Но таким способом производить кластеры в больших количествах не удается, а, кроме того, процесс невозможно контролировать. Автор предложил вводить в плазму из благородного газа с температурой от 4000 до 20000 С порошок углеродсодержащих веществ, например, угля или кокса с размерами частиц примерно 20 мкм. В плазме идет синтез фуллеренов, которые откладываются на стенках реактора. Но теперь, изменяя температуру, можно добиться преимущественного выхода нужного типа фуллеренов, а также производить их в требуемом количестве. Кроме того, добавляя в плазму компоненты, содержащие азот, фосфор или металлы, удается получать кластеры, в которых кроме углерода есть атомы других элементов. [c.117]

    Некоторые авторы указывают на возможность повышения чувствительности спектрального определения бериллия при замене атмосферы воздуха, в которой сжигают пробу, на инертные газы. Так, Валли и Петти [440] наблюдали увеличение интенсивности искровых линий бериллия в атмосфере гелия дуговые линии при этом были ослаблены, но чувствительность определения повышалась из-за ослабления фона. В атмосфере Не(Аг) интенсивность линии 3130,4 А в 10 раз больше, чем в воздухе [441]. Очевидно, в атмосфере гелия и аргона усиливаются линии ионизированных атомов, требующие большой энергии возбуждения линии нейтральных атомов более интенсивны в воздухе [442]. Мочалов и Рафф [441] также подтвердили увеличение интенсивности линий ионов бериллия в аргоне (дуговой разряд) при одновременном уменьшении интенсивности линий нейтральных атомов. [c.91]

---

Обновление модуля Плазма — обзор версии COMSOL® 5.3

Обновление модуля Плазма

Пользователи модуля Плазма в версии 5.3 программного пакета COMSOL Multiphysics^® могут использовать новую модель диффузии Global (Глобальная) для проверки сложных химических реакций, возможность приблизительного вычисления средней энергии электронов для систем под высоким давлением, а также несколько новых учебных моделей. Ознакомьтесь с остальными новыми функциями и учебными моделями модуля Плазма ниже.

Новое приложение: Больцмановский тлеющий разряд постоянного тока.

Это приложение моделирует тлеющий разряд постоянного тока. С помощью интерфейса Boltzmann Equation, Two-term Approximation (Уравнение Больцмана, двухчленное приближение) рассчитывается функция распределения электронов по энергиям и транспортные свойства электронов. Поскольку входные параметры интерфейса Boltzmann Equation, Two-term Approximation (Уравнение Больцмана, двухчленное приближение), такие как степень ионизации плазмы, в начале моделирования неизвестны, моделирование является итеративным. Расчет по Больцману и расчет параметров плазмы проводятся по очереди до тех пор, пока изменение концентрации электронов не упадет ниже заданной пользователем величины. Результатом является функция распределения электронов по энергиям в каждой точке объема моделирования.

Пользовательский интерфейс для приложения Boltzmann DC Glow Discharge (Больцмановский тлеющий разряд постоянного тока), показывающий результаты моделирования. Пользовательский интерфейс для приложения Boltzmann DC Glow Discharge (Больцмановский тлеющий разряд постоянного тока), показывающий результаты моделирования.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Plasma_Module/Applications/boltzmann_dc_discharge

Глобальное моделирование для предварительного анализа плазменных процессов

Чтобы облегчить моделирование процессов в плазме, добавлена новая диффузионная модель Global (Глобальная), в которой можно проводить предварительные анализы. По их итогам затем проводится более точное моделирование. Глобальное моделирование проводит анализ с применением обыкновенных дифференциальных уравнений к модели плазмы и сокращает число степеней свободы, перед дальнейшим моделированием. Благодаря этому можно провести тестирование и проверку сложных химических реакций, а уже затем смоделировать найденные процессы с учетом геометрии реактора, химических взаимодействий на поверхности и поступающих реагентов в моделях с пространственной зависимостью. Чтобы включить глобальное моделирование, выберите опцию Global (Глобальное моделирование) в раскрывающемся меню Diffusion model (Модель диффузии), и выберите тип реакционного объема из доступных:

• Закрытый реактор (Closed Reactor)
• Постоянная масса (Constant mass)
• Постоянное давление (Constant pressure)

Путь к файлам Библиотеки приложений примера использования глобального моделирования:
Plasma_Module/Global_Discharges/chlorine_global_model

Приближение локального поля

Численное моделирование разрядов при атмосферном давлении подвержено расходимостям из-за трудности расчета средней энергии электрона. Теперь этот расчет можно обойти, используя функцию Local field approximation (Приближение локального поля). В ней транспортные свойства и исходные коэффициенты становятся функциями приведенного электрического поля, которое задает пользователь. Это приближение работает при высоких давлениях и позволяет моделировать стримеры и коронные разряды.

Путь к файлам Библиотеки приложений примеров использования опции Local field approximation (Приближение локального поля):
Plasma_Module/Direct_Current_Discharges/corona_discharge_air_1d
Plasma_Module/Direct_Current_Discharges/streamer_1d

Автоматический расчет подвижности электронов

При задании подвижности электронов в окне Settings (Настройки) узла Plasma Model (Модель плазмы) теперь можно задать транспортные свойства, которые будут рассчитаны автоматически на основе списка реакций, протекающих с участием электронного удара.

Пути к файлам Библиотеки приложений, используемым в примерах применения опции From electron impact reactions (Из реакций с участием электронного удара):
Plasma_Module/Direct_Current_Discharges/argon_dbd_1d
Plasma_Module/Inductively_Coupled_Plasmas/electrodeless_lamp

Поддержка различных единиц измерения в интерфейсе

Plasma (Плазма)

В интерфейсе Plasma (Плазма) теперь можно выбирать единицы измерения для данных, содержащихся в двух колонках таблиц. Доступ к единицам измерения появился в следующих опциях:

Реакции с участием электронного удара

• Когда в опции Specify reaction using (Задание реакции с использованием…) выбран параметр Cross section data (Данные поперечных сечений), доступны таблицы Electron energy (Энергия электронов), и Collision cross section data (Поперечное сечение столкновения), .
• Когда в опции Specify reaction using (Задание реакции с использованием…) выбран параметр Use lookup table (Справочная таблица), и в опции Rate constant form (Форма константы реакции) выбран параметр Rate coefficient (Коэффициент скорости), доступны таблицы Mean electron energy (Средняя энергия электронов), и Rate coefficient data (Данные по коэффициенту скорости), .
• Когда в опции Specify reaction using (Задание реакции с использованием…) выбран параметр Use lookup table (Справочная таблица), и в опции Rate constant form (Форма константы реакции) выбран параметр Townsend coefficient (Коэффициент Таунсенда), доступны таблицы Mean electron energy (Средняя энергия электронов), и Townsend coefficient data (Данные по коэффициенту Таунсенда), .

Вид реагента

Когда в опции Species (Вид реагента) выбран параметр Ion (Ион), а в опции Mobility and Diffusivity Expressions (Выражения для подвижности и коэффициента диффузии) выбран параметр Specify mobility, compute diffusivity (Задать подвижность, вычислить коэффициент диффузии), параметр Ion mobility (Подвижность ионов), может быть задан через параметр Electric field (Напряженность электрического поля), ). Когда в опции Species (Вид реагента) выбран параметр Ion (Ион), а в опции Mobility and Diffusivity Expressions (Выражения для подвижности и коэффициента диффузии) выбран параметр Specify mobility, compute diffusivity (Задать подвижность, вычислить коэффициент диффузии), параметр Ion mobility (Подвижность ионов), может быть задан через параметр Reduced electric field (Напряженность приведенного электрического поля), ).

Модель плазмы

Когда свойство Use reduced electron transport properties (Использовать приведенные транспортные свойства электронов) в интерфейсе не активировано, и в опции Electron transport properties (Транспортные свойства электронов) выбран параметр Use lookup tables (По справочным данным), доступны четыре таблицы для следующих величин:

• Electron mobility(Подвижность электронов), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Electron mobility (Подвижность электронов), .
• Electron diffusivity (Коэффициент диффузии электронов), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Electron diffusivity (Коэффициент диффузии электронов), .
• Electron energy diffusivity (Коэффициент диффузии электронов, перенос энергии), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Electron energy diffusivity (Коэффициент диффузии электронов, перенос энергии), .
• Electron energy mobility (Подвижность электронов, перенос энергии), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Electron energy mobility (Подвижность электронов, перенос энергии), .

Когда свойство Use reduced electron transport properties (Использовать приведенные транспортные свойства электронов) активировано в интерфейсе, и в опции Electron transport properties (Транспортные свойства электронов) выбран параметр Use lookup tables (По справочным данным), доступны четыре таблицы для следующих величин:

• Reduced electron mobility (Приведенная подвижность электронов), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Reduced electron mobility (Приведенная подвижность электронов), .
• Reduced electron diffusivity (Приведенный коэффициент диффузии электронов), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Reduced electron diffusivity (Приведенный коэффициент диффузии электронов), .
• Reduced electron energy diffusivity (Приведенный коэффициент диффузии электронов, перенос энергии), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Reduced electron energy diffusivity (Приведенный коэффициент диффузии электронов, перенос энергии), .
• Reduced electron energy mobility (Приведенная подвижность электронов, перенос энергии), в которой имеются две колонки — Mean electron energy (Средняя энергия электронов), , и Reduced electron energy mobility (Приведенная подвижность электронов, перенос энергии), .

Дополнительные модели ионной подвижности

Появились две новые модели расчета подвижности ионов. Модель Далгарно корректна при слабых электрических полях (когда скорость дрейфа ионов намного меньше скорости теплового движения). Для ее использования необходимо указать поляризуемость ионов. Модель сильного поля корректна, когда скорость дрейфа ионов значительно больше скорости теплового движения.

Новая учебная модель: Коронный разряд в воздухе при атмосферном давлении

В данной учебной модели рассматривается исследование коаксиального коронного разряда постоянного тока в сухом воздухе при атмосферном давлении. В данной модели используются геометрические размеры и условия работы, которые встречаются в электростатических осадителях конфигурации «провод — пластина». Внутренний проволочный электрод имеет радиус 100 мм, а зазор между электродами составляет 10 см.

Модель решает уравнения непрерывности и сохранения импульса в приближении смещения диффузии для электронов и ионов, самосогласованно связанных с уравнением Пуассона. Используется приближение локального поля, то есть предполагается, что приведенное электрическое поле корректно параметризует коэффициенты переноса и генерации.

Представленные модели описывают стационарный режим поддержания заряда, в котором внутренний электрод находится под напряжением десятки киловольт, а внешний заземлен. Основное внимание в модели уделяется генерации и переносу заряженных частиц, и тому, как из этих процессов вытекают наблюдаемые вольт-амперные характеристики разряда.

Плотности электронов, положительных ионов и отрицательных ионов в коронном разряде с упрощенной химией атмосферы. Плотности электронов, положительных ионов и отрицательных ионов в коронном разряде с упрощенной химией атмосферы.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Plasma_Module/Direct_Current_Discharges/corona_discharge_air_1d

Новая учебная модель: отрицательный стример в азоте, одномерная модель

Стримеры — это нестационарные нитевидные электрические разряды, которые развиваются в непроводящей среде под действием сильного электрического поля. В этих разрядах может достигаться высокая концентрация свободных электронов, а следовательно, и высокая концентрация химически активных частиц, что важно во многих практических задачах. В промышленности они применяются, к примеру, при производстве озона, в обработке поверхностей и в борьбе с загрязнениями.

Распространение стримеров характеризуется весьма нелинейной динамикой, в которой играют роль очень резкие градиенты плотности, и высокие плотности заряда, сосредоточенные в очень тонких слоях. В данной модели демонстрируется исследование отрицательного стримера в азоте при атмосферном давлении и постоянном электрическом поле напряженностью -100 кВ/см. Данная модель является одномерной и описывает переходный процесс от момента появления электрона-затравки в невозмущенном электрическом поле до, собственно, распространения стримера.

Пространственное распределение плотности электронов (цветные сплошные линии) и ионов (черные прерывистые линии) для четырех значений времени во время дугового разряда. Пространственное распределение плотности электронов (цветные сплошные линии) и ионов (черные прерывистые линии) для четырех значений времени во время дугового разряда.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Plasma_Module/Direct_Current_Discharges/streamer_1d

Новая учебная модель: разряд в плазме хлора

Плазмы, получающиеся при разряде в хлорсодержащих газах, часто используются в производстве микроэлектроники для травления полупроводников и металлов.

В данной модели хлорсодержащая газоразрядная плазма исследуется с использованием глобальной (усредненной по объему) диффузионной модели. Процесс моделирования в таких моделях во много раз быстрее, чем при учете геометрии пространства, поэтому они хорошо подходят для исследования больших установок и широких диапазонов параметров.

В модели Chlorine Discharge (Разряд в плазме хлора) разряд исследуется в диапазоне давлений от 1 до 100 миллиторр и диапазоне поглощенной мощности от 50 до 600 Вт. В качестве результатов вычисляются несколько важных параметров, таких как концентрация электронов, их температура, и концентрация атомарного хлора. Все эти параметры хорошо сходятся с литературными данными об измерениях в индуктивно-связанной плазме.

Выделение компонентов хлора и плотность электронов в реакторе, основанном на модели глобальной диффузии. Выделение компонентов хлора и плотность электронов в реакторе, основанном на модели глобальной диффузии.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Plasma_Module/Global_Discharges/chlorine_global_model

Новая учебная модель: химия поверхности

Реакциями на поверхности часто пренебрегают при моделировании реакций в потоке. Эта учебная модель демонстрирует, как можно включить реагенты и реакции, связанные с поверхностью, в изучение таких процессов, таких как химическое осаждение из газовой фазы (CVD). Далее учебная модель демонстрирует рост кремния на подложке.

Сначала в примере запускается глобальное моделирование, в котором исследуется широкий набор параметров и сложные химические реакции. Затем строится и запускается модель, учитывающая геометрию. Особое внимание уделяется общему закону сохранения масс в системе, с учетом которого исследуется среднемассовая скорость и скорость диффузии. В модели демонстрируется сохранение молярных концентраций и общей массы в системе. Наконец, строится и изучается зависимость толщины осажденного слоя кремния от времени.

Рост осажденного кремния на границе для глобальной модели (справа) и пространственно-зависимой модели (слева). На оси x расположена пространственная координата (м), на оси y — время (с), а на оси z — толщина выросшего слоя (Å). Поскольку это реактор закрытого типа с равномерным распределением составляющих компонентов, результаты двух методов хорошо согласуются.

Рост осажденного кремния на границе для глобальной модели (справа) и пространственно-зависимой модели (слева). На оси x расположена пространственная координата (м), на оси y — время (с), а на оси z — толщина выросшего слоя (Å).3), и в то же время — относительно низкой температурой тяжелых частиц. В этой модели изучается поведение плазменного разряда в аргоне при атмосферном давлении, поддерживаемого переменным электрическим полем микроволновой частоты. Эта модель является одномерной в направлении прикладываемого поля и описывает изменения некоторых макроскопических параметров в пространстве и времени.

Изменение логарифма плотности электронов во время 500-го радиочастотнoго цикла. На оси y — время, умноженное на частоту возбуждения.

Изменение логарифма плотности электронов во время 500-го радиочастотнoго цикла. На оси y — время, умноженное на частоту возбуждения.

Путь к файлам в Библиотеке приложений:
Plasma_Module/Capacitively_Coupled_Plasmas/microwave_microplasma

Инженерные коммуникации в доме — презентация онлайн

Инженерные коммуникации в доме
Жилой дом – это архитектурное сооружение, которое
удовлетворяет естественной потребности человека в свете
и тепле, воздухе и воде, защите и отдыхе.
Дом создает условия работы, общения и развлечений.
Инженерные коммуникации — совокупность
устройств, приборов и оборудования, которые
обеспечивают комфортные условия жизнедеятельности
человека.

3. Основные составляющие ИК в доме:

Отопление
Электропроводка
Газоснабжение
Кондиционирование и вентиляция
Информационные коммуникации
Системы безопасности
Водопровод
Канализация

4. Отопление

Одной из первых
инженерных задач, которую
удалось решить человеку,
было отопление.
В настоящее время в городах налажены системы
центрального отопления . Чтобы поднять воду на
верхние этажи используются специальные насосы,
создающие высокое давление, поэтому элементы ЦО
изготовляют из прочных материалов (стали, чугуна,
современных сплавов алюминия, полимеров).
При прорыве водопроводной системы горячая вода в
считанные секунды наносит помещению урон….

5. Чугунные радиаторы

Стальные
радиаторы
+ Высокая теплоотдача,
стойкость к коррозии,
— Вес, нужна покраска
+ Легкие, любой дизайн
— Только для ванных комнат

6. Алюминиевые радиаторы

Биметаллические
радиаторы
Сталь
+
Алюминий
Медь
+
Алюминий
+ Дешевые
— Склонные к коррозии
+ Идеальный вариант по всем параметрам
— Цена

7. Ваши действия при обнаружении капель, коррозии в системе ЦО?

Вызвать
— слесаря –сантехника
из ЖКО
(домоуправления) или
вызвать аварийную
службу.

10. Электропроводка

Одна из важнейших систем
инженерных
коммуникаций, поскольку в
доме всегда есть
электроприборы.
И здесь есть свои правила безопасности….
О которых забывать нельзя.
Электротехнические работы лучше
доверять профессионалу –
Электромонтеру !

11. Правила штробления стен под электропроводку: 1. Штробы делаются либо горизонтально, либо вертикально. Штробы под произвольным

углом (по
диагонали) строго запрещены.
2. Штробы под потолком выполняются на
расстоянии 150-400 (мм) от него.
3. Штробы выполняются на расстоянии 100 (мм) от
углов стен, оконных и дверных проемов.
Штроба, выполненная параллельно газопроводу,
должна находиться на расстоянии 400 (мм) от него.
5. Глубина и ширина штробы не должна превышать
25 (мм).
6. Запрещено штробить несущие стены, балки и
колонны.
Основная цель штробления
– спрятать все коммуникации
(кабели, провода и трубы).
То есть, речь здесь идет исключительно
о скрытой электропроводке.

12. Вентиляция

В большинстве случаев
воздух в современных
квартирах проникает через
форточки или другие
зазоры в окнах и дверей
а удаляется через вытяжные решетки на кухне и в
санузлах в вентиляционную шахту.
Чтобы воздух в квартирах не ухудшался нужно следить
за чистотой решеток и не перекрывать их мебелью и
другими предметами.

13. Информационные коммуникации:

Телефонные линии
Телевизионный кабель
Оптоволоконный кабель
Спутниковое телевидение

14. Системы безопасности:

• Охранная сигнализация
• Домофон
• Пожарная сигнализация
• Имитация
присутствия
человека

15. Водопровод

Современный водопровод представляет из себя сложный
комплекс технических сооружений. В состав его входят:
насосная станция, станция очистки воды,
водопроводная сеть, фильтры, водомерные узлы, а
также водоразборная смесительная , запорная и
регулировочная аппаратура.
Для монтажа водопровода обычно используют трубы с
цинковым покрытием или из пропилена армированного
металлом.
Кроме этого в современных
квартирах устанавливают
индивидуальные водомеры
(счетчики).
Пройдя водомер, через разветлители и трубы вода поступает
к смесителям воды.
Они имеют различную конструкцию:
Двухвентильный кран
Однорыжачный смеситель с шаровыми или
керамическими устройствами
Электронные смесители

19. Канализация

Использование
водопровода в
современных домах
невозможно без
канализации.
Современные очистные сооружения
обеспечивают полную
биологическую очистку воды по
технологической схеме.
Некоторые станции имеют
сооружения доочистки воды,
которую затем используют
промышленные предприятия.

20. Типичные неисправности канализации:

Все знают, что под каждой раковиной, ванной и унитазом
есть сливная изогнутая труба. Когда вода из мойки стекает
вниз она сначала поднимается наверх и уже потом сливается в
канализацию. Эта конструкция называется сифон.
Он выполняет функцию затвора и не дает неприятным
запахам проникать в квартиру.
Именно сифон наиболее подвержен к засору. Разобрав его с
помощью специальных инструментов можно его вычистить и
снова собрать, иногда засор помогает устранить использование
вантуза.
Устранение засора путем
разбора сифона
Инструменты для
сантехнических
работ:
Тросик
Разводные ключи
Шведский ключ
Очистные сооружения
Бассейны канализования
Труба, из которой мощной струей
льется содержимое канализационного
коллектора. Вода, разбавленной
мылом и шампунем, уличной грязью,
промышленными отходами, остатками
еды, а также результатами
переваривания этой еды (все это
попадает в канализацию, а потом — на
очистные сооружения) предстоит
пройти долгий и тернистый путь перед
тем, как она снова вернется в реку.
Достигнув самого дна коллектора (дно как раз находится на территории
очистных сооружений) вода мощными насосами поднимается почти на 20метровую высоту. Это нужно для того, чтобы грязная вода проходила
этапы очистки под действием силы тяжести, с минимальным
привлечением насосного оборудования.
Первый этап очистки — решетки, на которых остается крупный и не
очень мусор — всякие тряпки, грязные носки, утопленные котята,
потерянные мобильные телефоны и прочие бумажники с документами.
Большая часть собранного отправляется прямиком на свалку, но самые
любопытные находки остаются в импровизированном музее.
Принесенное водой
Песколовки. Первичные отстойники.
Субъективный
контроль качества
очистки
ВОДЫ
Субъективный контроль качества очистки
ВОЗДУХА

31. Немного истории:

В Средние века обеспеченность водой населения в Европе,
России и других регионов мира значительно отставала от
уровня Древнего Рима.
Однако централизованное водоснабжение на Руси возникло
раньше , чем в Европе.
Первый водопровод был создан в Великом Новгороде в
конце XI- начале XIIв.
Для его изготовление использовали сосновые бревна,
которые распиливали вдоль, выдалбливали середину и
соединяли вновь, используя в качестве изоляционного
материала бересту. Такой водопровод считался экологически
чистым в отличие от Римского, где для труб использовали
свинец, вызывавший онкологические заболевания у
населения.

33. Проверочная работа

1. Что такое инженерные коммуникации?
2. Основные составляющие ИК?
3.Перечислите виды радиаторов и их свойства.
4. Что такое адоранты?
5.Ваши действия при обнаружении протечек в
системе центрального отопления.
6. Что такое штроба?
7.Что относится к системам безопасности в
доме?

34. Вопросы

1. Что такое источник электрической энергии?
2. Перечислить источники эл.энергии.
3. Что такое проводники? Примеры.
4. Что такое изоляторы? Примеры.
5. Сила тока?
6. Что такое постоянный ток?
7. Что такое приемник эл.тока? Примеры.

35. Домашнее задание:

1. Что такое электрический ток?
2. Приведите примеры практического
применения использования тлеющего
и дугового разрядов.

определение, особенности и интересные факты

В газах существуют несамостоятельные и самостояг тельные электрические разряды.

Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой .

Носителями электрического тока при несамостоятельном разряде являются положительные ионы и отрицательные электроны. Вольт-амперная характеристика представлена на рис. 54. В области ОАВ — несамостоятельный разряд. В области ВС разряд становится самостоятельным.

При самостоятельном разряде одним из способов ионизации атомов является ионизация электронным ударом. Ионизация электронным ударом становится возможна тогда, когда электрон на длине свободного пробега А приобретает кинетическую энергию W k , достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома. Виды самостоятельных разрядов в газах — искровой, коронный, дуговой и тлеющий разряды.

Искровой разряд возникает между двумя электродами заряженными разными зарядами и имеющие большую разность потенциалов. Напряжение между разноименно заряженными телами достигает до 40 000 В. Искровой разряд кратковременный, его механизм — электронный удар. Молния — вид искрового разряда.

В сильно неоднородных электрических полях, образующихся, например, между острием и плоскостью или между проводом линии электропередачи и поверхностью Земли, возникает особая форма самостоятельного разряда в газах, называемая коронным разрядом .

Электрический дуговой разряд был открыт русским ученым В. В. Петровым в 1802 г. При соприкосновении двух электродов из углей при напряжении 40-50 В в некоторых местах возникают участки малого сечения с большим электрическим сопротивлением. Эти участки сильно разогреваются, испускают электроны, которые ионизируют атомы и молекулы между электродами. Носителями электрического тока в дуге являются положительно заряженные ионы и электроны.

Разряд, возникающий при пониженном давлении, называется тлеющим разрядом . При понижении давления увеличивается длина свободного пробега электрона, и за время между столкновениями он успевает приобрести достаточную для ионизации энергию в электрическом поле с меньшей напряженностью. Разряд осуществляется электронно-ионной лавиной.

1. Ионизация, ее сущность и виды.

Первым условием существования электрического тока является наличие свободных носителей заряда. В газах они возникают в результате ионизации. Под действием факторов ионизации от нейтральной частицы отделяется электрон. Атом становится положительным ионом. Таким образом, возникает 2 типа носителей заряда: положительный ион и свободный электрон. Если электрон присоединится к нейтральному атому, то возникает отрицательный ион, т.е. третий тип носителей заряда. Ионизированный газ называют проводником третьего рода. Здесь возможно 2 типа проводимости: электронная и ионная. Одновременно с процессами ионизации идет обратный процесс- рекомбинация. Для отделения электрона от атома надо затратить энергию. Если энергия поводится извне, то факторы способствующие ионизации, называются внешними (высокая температура, ионизирующее излучение, у/ф излучение, сильные магнитные поля). В зависимости от факторов ионизации, ее называют термоионизацией, фотоионизацией. Также ионизация может быть вызвана механическим ударом. Факторы ионизации делятся на естественные и искусственные. Естественная вызвана излучением Солнца, радиоактивным фоном Земли. Кроме внешней ионизацией есть внутренняя. Ее делят на ударную и ступенчатую.

Ударная ионизация.

При достаточно высоком напряжении, электроны разогнанные полем до больших скоростей, сами становятся источником ионизации. При ударе такого электрона о нейтральный атом происходит выбивание электрона из атома. Это происходит, когда энергия электрона, вызывающего ионизацию, превышает энергию ионизации атома. Напряжение между электродами должно быть достаточным для приобретения электроном нужной энергии. Это напряжение называется ионизационным. Для каждого имеет свое значение.

Если энергия движущегося электрона меньше, чем это необходимо, то при ударе происходит лишь возбуждение нейтрального атома. Если движущийся электрон сталкивается с предварительно возбужденным атомом, то происходит ступенчатая ионизация.

2. Несамостоятельный газовый разряд и его вольт-амперная характеристика.

Ионизация приводит к выполнению первого условия существования тока, т.е. к появлению свободных зарядов. Для возникновения тока необходимо наличие внешней силы, которая заставит заряды двигаться направленно, т.е. необходимо электрическое поле. Электрический ток в газах сопровождаются рядом явлений: световых, звуковых, образование озона, окислов азота. Совокупность явлений сопровождающих прохождением тока через газ- газовый разряд . Часто газовым разрядом называют сам процесс прохождения тока.

Разряд называется несамостоятельным, если он существует только во время действия внешнего ионизатора. В этом случае после прекращения действия внешнего ионизатора не образуются новые носители заряда, и ток прекращается. При несамостоятельном разряде токи имеют по величине небольшое значение, а свечение газа отсутствует.

Самостоятельный газовый разряд, его виды и характеристика.

Самостоятельный газовый разряд — это разряд, который может существовать после прекращения действия внешнего ионизатора, т.е. за счет ударной ионизации. В этом случае наблюдается световые и звуковые явления, сила тока может значительно увеличиваться.

Виды самостоятельного разряда:

1. тихий разряд -следует непосредственно за несамостоятельным, сила тока не превышает 1 мА, звуковых и световых явлений нет. Применяется в физиотерапии, счетчиках Гейгера — Мюллера.

2. тлеющий разряд . При увеличении напряжения тихий переходит в тлеющий. Он возникает при определенном напряжении — напряжении зажигания. Оно зависит от вида газа. У неона 60-80 В. Также зависит от давления газа. Тлеющий разряд сопровождается свечением, оно связано с рекомбинацией, идущей с выделением энергии. Цвет также зависит от вида газа. Применяется в индикаторных лампах (неоновых, у/ф бактерицидных, осветительных, люминесцентных).

3. дуговой разряд. Сила тока 10 — 100 А. Сопровождается интенсивным свечением, температура в газоразрядном промежутке достигает нескольких тысяч градусов. Ионизация достигает почти 100%. 100% ионизированный газ — холодная газовая плазма. У нее хорошая проводимость. Применяется в ртутных лампах высокого и сверхвысокого давления.

4. Искровой разряд — это разновидность дугового. Это разряд импульсно — колебательного характера. В медицине применяется воздействие высокочастотных колебаний.При большой плотности тока наблюдаются интенсивные звуковые явления.

5. коронный разряд . Это разновидность тлеющего разряда Он наблюдается в местах где происходит резкое изменение напряженности электрического поля. Здесь возникает лавина зарядов и свечение газов — корона.

Образуется направленным движением свободных электронов и что при этом никаких изменений вещества, из которого проводник сделан, не происходит.

Такие проводники, в которых прохождение электрического тока не сопровождается химическими изменениями их вещества, называются проводниками первого рода . К ним относятся все металлы, уголь и ряд других веществ.

Но есть в природе и такие проводники электрического тока, в которых во время прохождения тока происходят химические явления. Эти проводники называются проводниками второго рода . К ним относятся главным образом различные растворы в воде кислот, солей и щелочей.

Если в стеклянный сосуд налить воды и прибавить в нее несколько капель серной кислоты (или какой-либо другой кислоты или щелочи), а затем взять две металлические пластины и присоединить к ним проводники опустив эти пластины в сосуд, а к другим концам проводников подключить источник тока через выключатель и амперметр, то произойдет выделение газа из раствора, причем оно будет продолжаться непрерывно, пока замкнута цепь т.к. подкисленная вода действительно является проводником. Кроме того, пластины начнут покрываться пузырьками газа. Затем эти пузырьки будут отрываться от пластин и выходить наружу.

При прохождении по раствору электрического тока происходят химические изменения, в результате которых выделяется газ.

Проводники второго рода называются электролитами , а явление, происходящее в электролите при прохождении через него электрического тока, — .

Металлические пластины, опущенные в электролит, называются электродами; одна из них, соединенная с положительным полюсом источника тока, называется анодом , а другая, соединенная с отрицательным полюсом,- катодом .

Чем же обусловливается прохождение электрического тока в жидком проводнике? Оказывается, в таких растворах (электролитах) молекулы кислоты (щелочи, соли) под действием растворителя (в данном случае воды) распадаются на две составные части, причем одна частица молекулы имеет положительный электрический заряд, а другая отрицательный.

Частицы молекулы, обладающие электрическим зарядом, называются ионами . При растворении в воде кислоты, соли или щелочи в растворе возникает большое количество как положительных, так и отрицательных ионов.

Теперь должно стать понятным, почему через раствор прошел электрический ток, ведь между электродами, соединенными с источником тока, создана , иначе говоря, один из них оказался заряженным положительно, а другой отрицательно. Под действием этой разности потенциалов положительные ионы начали перемешаться по направлению к отрицательному электроду — катоду, а отрицательные ионы — к аноду.

Таким образом, хаотическое движение ионов стало упорядоченным встречным движением отрицательных ионов в одну сторону и положительных в другую. Этот процесс переноса зарядов и составляет течение электрического тока через электролит и происходит до тех пор, пока имеется разность потенциалов на электродах. С исчезновением разности потенциалов прекращается ток через электролит, нарушается упорядоченное движение ионов, и вновь наступает хаотическое движение.

В качестве примера рассмотрим явление электролиза при пропускании электрического тока через раствор медного купороса CuSO4 с опущенными в него медными электродами.

Явление электролиза при прохождении тока через раствор медного купороса: С — сосуд с электролитом, Б — источник тока, В — выключатель

Здесь также будет встречное движение ионов к электродам. Положительным ионом будет ион меди (Си), а отрицательным — ион кислотного остатка (SO4). Ионы меди при соприкосновении с катодом будут разряжаться (присоединяя к себе недостающие электроны), т. е. превращаться в нейтральные молекулы чистой меди, и в виде тончайшего (молекулярного) слоя отлагаться на катоде.

Отрицательные ионы, достигнув анода, также разряжаются (отдают излишние электроны). Но при этом они вступают в химическую реакцию с медью анода, в результате чего к кислотному остатку SO4 присоединяется молекула меди Сu и образуется молекула медного купороса СuS О4 , возвращаемая обратно электролиту.

Так как этот химический процесс протекает длительное время, то на катоде отлагается медь, выделяющаяся из электролита. При этом электролит вместо ушедших на катод молекул меди получает новые молекулы меди за счет растворения второго электрода — анода.

Тот же самый процесс происходит, если вместо медных взяты цинковые электроды, а электролитом служит раствор цинкового купороса Zn SO4. Цинк также будет переноситься с анода на катод.

Таким образом, разница между электрическим током в металлах и жидких проводниках заключается в том, что в металлах переносчиками зарядов являются только свободные электроны, т. е. отрицательные заряды, тогда как в электролитах переносится разноименно заряженными частицами вещества — ионами, двигающимися в противоположных направлениях. Поэтому говорят, что электролиты обладают ионном проводимостью.

Явление электролиза было открыто в 1837 г. Б. С. Якоби, который производил многочисленные опыты по исследованию и усовершенствованию химических источников тока. Якоби установил, что один из электродов, помещенных в раствор медного купороса, при прохождении через него электрического тока покрывается медью.

Это явление, названное гальванопластикой , находит сейчас чрезвычайно большое практическое применение. Одним из примеров тому может служить покрытие металлических предметов тонким слоем других металлов, т. е. никелирование, золочение, серебрение и т. д.

Газы (в том числе и воздух) в обычных условиях не проводят электрический ток. Например, голые , будучи подвешены параллельно друг другу, оказываются изолированными один от другого слоем воздуха.

Однако под воздействием высокой температуры, большой разности потенциалов и других причин газы, подобно жидким проводникам, ионизируются , т. е. в них появляются в большом количестве частицы молекул газа, которые, являясь переносчиками электричества, способствуют прохождению через газ электрического тока.

Но вместе с тем ионизация газа отличается от ионизации жидкого проводника. Если в жидкости происходит распад молекулы на две заряженные части, то в газах под действием ионизации от каждой молекулы всегда отделяются электроны и остается ион в виде положительно заряженной части молекулы.

Стоит только прекратить ионизацию газа, как он перестанет быть проводящим, тогда как жидкость всегда остается проводником электрического тока. Следовательно, проводимость газа — явление временное, зависящее от действия внешних причин.

Однако есть и другой , называемый дуговым разрядом или просто электрической дугой. Явление электрической дуги было открыто в начале 19-го столетия первым русским электротехником В. В. Петровым.

В. В. Петров, проделывая многочисленные опыты, обнаружил, что между двумя древесными углями, соединенными с источником тока, возникает непрерывный электрический разряд через воздух, сопровождаемый ярким светом. В своих трудах В. В. Петров писал, что при этом «темный покой достаточно ярко освещен быть может». Так впервые был получен электрический свет, практически применил который еще один русский ученый-электротехник Павел Николаевич Яблочков.

«Свеча Яблочкова», работа которой основана на использовании электрической дуги, совершила в те времена настоящий переворот в электротехнике.

Дуговой разряд применяется как источник света и в наши дни, например в прожекторах и проекционных аппаратах. Высокая температура дугового разряда позволяет использовать его для . В настоящее время дуговые печи, питаемые током очень большой силы, применяются в ряде областей промышленности: для выплавки стали, чугуна, ферросплавов, бронзы и т.д. А в 1882 году Н. Н. Бенардосом дуговой разряд впервые был использован для резки и сварки металла.

В газосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков используется так называемый тлеющий газовый разряд .

Искровой разряд применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника, электродами которого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на них подается измеряемая разность потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.

Электрический ток в газах в нормальных условиях невозможен. То есть при атмосферной влажности давлении и температуре в газе отсутствуют носители зарядов. Это свойство газа, в частности воздуха, используется в воздушных линиях передач выключателях реле для обеспечения электрической изоляции.

Но при определенных условиях в газах может наблюдутся ток. Проведем опыт. Для него нам понадобится воздушный конденсатор электрометр и соединительные провода. Для начала соединим электрометр с конденсатором. Потом сообщим заряд пластинам конденсатора. Электрометр при этом покажет наличие этого самого заряда. Воздушный конденсатор некоторое время будет хранить заряд. То есть тока между его пластинами не будет. Это говорит о том что воздух между обкладками конденсатора обладает диэлектрическими свойствами.

Рисунок 1 — Заряженный конденсатор подключенный к электрометру

Далее внесем в промежуток между пластинами пламя свечи. При этом увидим, что электрометр покажет уменьшение заряда на пластинах конденсатора. То есть в зазоре между пластинами протекает ток. Почему же это происходит.

Рисунок 2 — Внесение свечи в зазор между обкладками заряженного конденсатора

В нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны. И не способны обеспечивать ток. Но при повышении температуры наступает так называемая ионизация газа, и он становится проводником. В газе появляются положительные и отрицательные ионы.

Чтобы от атома газа оторвался электрон необходимо совершить работу против Кулоновских сил. Для этого необходима энергия. Эту энергию атом получает с увеличением температуры. Так как кинетическая энергия теплового движения прямо пропорционально температуре газа. То с ее увеличение молекулы и атомы получают достаточно энергии, чтобы при соударении от атомов отрывались электроны. Такой атом становится положительным ионом. Оторванный электрон может прицепиться к другому атому тогда он станет отрицательным ионом.

В итоге в зазоре между пластинами появляются положительные и отрицательные ионы, а также электроны. Все они начинают двигаться под действием поля созданного зарядами на обкладках конденсатора. Положительные ионы движутся к катоду. Отрицательные ионы и электроны стремятся к аноду. Таким образом, в воздушном зазоре обеспечивается ток.

Зависимость тока от напряжения не на всех участках подчиняется закону Ома. На первом участке это так с увеличением напряжения увеличивается количество ионов а, следовательно, и ток. Далее на втором участке наступает насыщение, то есть с увеличением напряжения ток не увеличивается. Потому что концентрация ионов максимальна и новым появляется просто неоткуда.

Рисунок3 — вольтамперная характеристика воздушного зазора

На третьем участке вновь наблюдается рост тока с увеличением напряжения. Этот участок называется самостоятельным разрядом. То есть для поддержания тока в газе уже не нужны сторонние ионизаторы. Происходит это из за того что, электроны при высоком напряжении, получают достаточную энергию для того чтобы выбивать другие электроны из атомов самостоятельно. Эти электроны в свою очередь выбивают другие и так далее. Процесс идет лавинообразно. И основную проводимость в газе обеспечивают уже электроны.

Рекомендуем также

Реферат по физике на тему: «Электрический ток в газах». Электрический ток в газах. 1. Электрический разряд в газах. Все газы в естественном состоянии не проводят электрического тока. В чем можно убедиться из следующего опыта: Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоского конденсатора и зарядим его. При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается – положение стрелки электрометра не изменяется. Чтобы заметить уменьшение угла отклонения стрелки электрометра, требуется длительное время. Это показывает, что электрический ток в воздухе между дисками очень мал. Данный опыт показывает, что воздух является плохим проводником электрического тока. Видоизменим опыт: нагреем воздух между дисками пламенем спиртовки. Тогда угол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, т.е. уменьшается разность потенциалов между дисками конденсатора – конденсатор разряжается. Следовательно, нагретый воздух между дисками стал проводником, и в нем устанавливается электрический ток. Изолирующие свойства газов объясняются тем, что в них нет свободных электрических зарядов: атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными. 2. Ионизация газов. Вышеописанный опыт показывает, что в газах под влиянием высокой температуры появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщепления от атомов газа одного или нескольких электронов, в результате чего вместо нейтрального атома возникают положительный ион и электроны. Часть образовавшихся электронов может быть при этом захвачена другими нейтральными атомами, и тогда появятся еще отрицательные ионы. Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газов. Нагревание газа до высокой температуры не является единственным способом ионизации молекул или атомов газа. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешних взаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновских лучей, a-, b- и g-лучей, возникающих при радиоактивном распаде, космических лучей, бомбардировки молекул газа быстро движущимися электронами или ионами. Факторы, вызывающие ионизацию газа называются ионизаторами. Количественной характеристикой процесса ионизации служит интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени. Ионизация атома требует затраты определенной энергии – энергии ионизации. Для ионизации атома (или молекулы) необходимо совершить работу против сил взаимодействия между вырываемым электроном и остальными частицами атома (или молекулы). Эта работа называется работой ионизации A i . Величина работы ионизации зависит от химической природы газа и энергетического состояния вырываемого электрона в атоме или молекуле. После прекращения действия ионизатора количество ионов в газе с течением времени уменьшается и в конце концов ионы исчезают вовсе. Исчезновение ионов объясняется тем, что ионы и электроны участвуют в тепловом движении и поэтому соударяются друг с другом. При столкновении положительного иона и электрона они могут воссоединиться в нейтральный атом. Точно также при столкновении положительного и отрицательного ионов отрицательный ион может отдать свой избыточный электрон положительному иону и оба иона превратятся в нейтральные атомы. Этот процесс взаимной нейтрализации ионов называется рекомбинацией ионов. При рекомбинации положительного иона и электрона или двух ионов освобождается определенная энергия, равная энергии, затраченной на ионизацию. Частично она излучается в виде света, и поэтому рекомбинация ионов сопровождается свечением (свечение рекомбинации). В явлениях электрического разряда в газах большую роль играет ионизация атомов электронными ударами. Этот процесс заключается в том, что движущийся электрон, обладающий достаточной кинетической энергией, при соударении с нейтральным атомом выбивает из него один или несколько атомных электронов, в результате чего нейтральный атом превращается в положительный ион, а в газе появляются новые электроны (об этом будет рассмотрено позднее). В таблице ниже даны значения энергии ионизации некоторых атомов. 3. Механизм электропроводности газов. Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. При отсутствии внешнего поля заряженные частицы, как и нейтральные молекулы движутся хаотически. Если ионы и свободные электроны оказываются во внешнем электрическом поле, то они приходят в направленное движение и создают электрический ток в газах. Таким образом, электрический ток в газе представляет собой направленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов к аноду . Полный ток в газе складывается из двух потоков заряженных частиц: потока, идущего к аноду, и потока, направленного к катоду. На электродах происходит нейтрализация заряженных частиц, как и при прохождении электрического тока через растворы и расплавы электролитов. Однако в газах отсутствует выделение веществ на электродах, как это имеет место в растворах электролитов. Газовые ионы, подойдя к электродам, отдают им свои заряды, превращаются в нейтральные молекулы и диффундируют обратно в газ. Еще одно различие в электропроводности ионизованных газов и растворов (расплавов) электролитов состоит в том, что отрицательный заряд при прохождении тока через газы переносится в основном не отрицательными ионами, а электронами, хотя проводимость за счет отрицательных ионов также может играть определенную роль. Таким образом в газах сочетается электронная проводимость, подобная проводимости металлов, с ионной проводимостью, подобной проводимости водных растворов и расплавов электролитов. 4. Несамостоятельный газовый разряд. Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Если электропроводность газа создается внешними ионизаторами, то электрический ток, возникающий в нем, называется несамостоятельным газовым разрядом. С прекращением действия внешних ионизаторов несамостоятельный разряд прекращается. Несамостоятельный газовый разряд не сопровождается свечением газа. Ниже изображен график зависимости силы тока от напряжения при несамостоятельном разряде в газе. Для построения графика использовалась стеклянная трубка с двумя впаянными в стекло металлическими электродами. Цепь собрана как показано на рисунке ниже. При некотором определенном напряжении наступает такой момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе ионизатором за секунду, достигают за это же время электродов. Дальнейшее увеличение напряжения уже не может привести к увеличению числа переносимых ионов. Ток достигает насыщения (горизонтальный участок графика 1). 5. Самостоятельный газовый разряд. Электрический разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разрядом . Для его осуществления необходимо, чтобы в результате самого разряда в газе непрерывно образовывались свободные заряды. Основным источником их возникновения является ударная ионизация молекул газа. Если после достижения насыщения продолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока при достаточно большом напряжении станет резко возрастать (график 2). Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число заряженных частиц, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Поэтому ионизатор теперь можно убрать. Каковы же причины резкого увеличения силы тока при больших напряжениях? Рассмотрим какую либо пару заряженных частиц (положительный ион и электрон), образовавшуюся благодаря действию внешнего ионизатора. Появившийся таким образом свободный электрон начинает двигаться к положительному электроду – аноду, а положительный ион – к катоду. На своем пути электрон встречает ионы и нейтральные атомы. В промежутках между двумя последовательными столкновениями энергия электрона увеличивается за счет работы сил электрического поля. Чем больше разность потенциалов между электродами, тем больше напряженность электрического поля. Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением пропорциональна напряженности поля и длине свободного пробега электрона: MV 2 /2=eEl. Если кинетическая энергия электрона превосходит работу A i , которую нужно совершить, чтобы ионизировать нейтральный атом (или молекулу), т.е. MV 2 >A i , то при столкновении электрона с атомом (или молекулой) происходит его ионизация. В результате вместо одного электрона возникают два (налетающий на атом и вырванный из атома). Они, в свою очередь, получают энергию в поле и ионизуют встречные атомы и т.д.. Вследствие этого число заряженных частиц быстро нарастает, возникает электронная лавина. Описанный процесс называют ионизацией электронным ударом. Но одна ионизация электронным ударом не может обеспечить поддержания самостоятельного заряда. Действительно, ведь все возникающие таким образом электроны движутся по направлению к аноду и по достижении анода «выбывают из игры». Для поддержания разряда необходима эмиссия электронов с катода («эмиссия» означает «испускание»). Эмиссия электрона может быть обусловлена несколькими причинами. Положительные ионы, образовавшиеся при столкновении электронов с нейтральными атомами, при своем движении к катоду приобретают под действием поля большую кинетическую энергию. При ударах таких быстрых ионов о катод с поверхности катода выбиваются электроны. Кроме того, катод может испускать электроны при нагревании до большой температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можно рассматривать как испарение электронов из металла. Во многих твердых веществах термоэлектронная эмиссия происходит при температурах, при которых испарение самого вещества еще мало. Такие вещества и используются для изготовления катодов. При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за счет бомбардировки его положительными ионами. Если энергия ионов не слишком велика, то выбивания электронов с катода не происходит и электроны испускаются вследствие термоэлектронной эмиссии. 6. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение. В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают различные виды самостоятельного разряда. Рассмотрим несколько из них. A. Тлеющий разряд. Тлеющий разряд наблюдается в газах при низких давлениях порядка нескольких десятков миллиметров ртутного столба и меньше. Если рассмотреть трубку с тлеющим разрядом, то можно увидеть, что основными частями тлеющего разряда являются катодное темное пространство, резко отдаленное от него отрицательное, или тлеющее свечение, которое постепенно переходит в область фарадеева темного пространства. Эти три области образуют катодную часть разряда, за которой следует основная светящаяся часть разряда, определяющая его оптические свойства и называемая положительным столбом. Основную роль в поддержании тлеющего разряда играют первые две области его катодной части. Характерной особенностью этого типа разряда является резкое падение потенциала вблизи катода, которое связано с большой концентрацией положительных ионов на границе I и II областей, обусловленной сравнительно малой скоростью движения ионов у катоду. В катодном темном пространстве происходит сильное ускорение электронов и положительных ионов, выбивающих электроны из катода. В области тлеющего свечения электроны производят интенсивную ударную ионизацию молекул газа и теряют свою энергию. Здесь образуются положительные ионы, необходимые для поддержания разряда. Напряженность электрического поля в этой области мала. Тлеющее свечение в основном вызывается рекомбинацией ионов и электронов. Протяженность катодного темного пространства определяется свойствами газа и материала катода. В области положительного столба концентрация электронов и ионов приблизительно одинакова и очень велика, что обуславливает большую электропроводность положительного столба и незначительное падение в нем потенциала. Свечение положительного столба определяется свечением возбужденных молекул газа. Вблизи анода вновь наблюдается сравнительно резкое изменение потенциала, связанное с процессом генерации положительных ионов. В ряде случаев положительный столб распадается на отдельные светящиеся участки – страты, разделенные темными промежутками. Положительный столб не играет существенной роли в поддержании тлеющего разряда, поэтому при уменьшении расстояния между электродами трубки длина положительного столба сокращается и он может исчезнуть совсем. Иначе обстоит дело с длиной катодного темного пространства, которая при сближении электродов не изменяется. Если электроды сблизились настолько, что расстояние между ними станет меньше длины катодного темного пространства, то тлеющий разряд в газе прекратится. Опыты показывают, что при прочих равных условиях длина d катодного темного пространства обратно пропорциональна давлению газа. Следовательно, при достаточно низких давлениях электроны, выбиваемые из катода положительными ионами, проходят через газ почти без столкновений с его молекулами, образуя электронные , или катодные лучи . Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков. Если в катоде сделать щель, то сквозь нее в пространство за катодом проходят узкие ионные пучки, часто называемые каналовыми лучами. Широко используется явление катодного распыления , т.е. разрушение поверхности катода под действием ударяющихся о него положительных ионов. Ультрамикроскопические осколки материала катода летят во все стороны по прямым линиям и покрывают тонким слоем поверхность тел (особенно диэлектриков), помещенных в трубку. Таким способом изготовляют зеркала для ряда приборов, наносят тонкий слой металла на селеновые фотоэлементы. B. Коронный разряд. Коронный разряд возникает при нормальном давлении в газе, находящемся в сильно неоднородном электрическом поле (например, около остриев или проводов линий высокого напряжения). При коронном разряде ионизация газа и его свечение происходят лишь вблизи коронирующих электродов. В случае коронирования катода (отрицательная корона) электроны, вызывающие ударную ионизацию молекул газа, выбиваются из катода при бомбардировке его положительными ионами. Если коронируют анод (положительная корона), то рождение электронов происходит вследствие фотоионизации газа вблизи анода. Корона – вредное явление, сопровождающееся утечкой тока и потерей электрической энергии. Для уменьшения коронирования увеличивают радиус кривизны проводников, а их поверхность делают возможно более гладкой. При достаточно высоком напряжении между электродами коронный разряд переходит в искровой. При повышенном напряжении коронный разряд на острие приобретает вид исходящих из острия и перемежающихся во времени светлых линий. Эти линии, имеющие ряд изломов и изгибов, образуют подобие кисти, вследствие чего такой разряд называют кистевым . Заряженное грозовое облако индуцирует на поверхности Земли под собой электрические заряды противоположного знака. Особенно большой заряд скапливается на остриях. Поэтому перед грозой или во время грозы нередко на остриях и острых углах высоко поднятых предметов вспыхивают похожие на кисточки конусы света. С давних времен это свечение называют огнями святого Эльма. Особенно часто свидетелями этого явления становятся альпинисты. Иногда лаже не только металлические предметы, но и кончики волос на голове украшаются маленькими светящимися кисточками. С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов может начаться коронный разряд. Это приводит к утечке электроэнергии. Чем выше напряжение высоковольтной линии, тем толще должны быть провода. C. Искровой разряд. Искровой разряд имеет вид ярких зигзагообразных разветвляющихся нитей-каналов, которые пронизывают разрядный промежуток и исчезают, сменяясь новыми. Исследования показали, что каналы искрового разряда начинают расти иногда от положительного электрода, иногда от отрицательного, а иногда и от какой-нибудь точки между электродами. Это объясняется тем, что ионизация ударом в случае искрового разряда происходит не по всему объему газа, а по отдельным каналам, проходящим в тех местах, в которых концентрация ионов случайно оказалась наибольшей. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества теплоты, ярким свечением газа, треском или громом. Все эти явления вызываются электронными и ионными лавинами, которые возникают в искровых каналах и приводят к огромному увеличению давления, достигающему 10 7 ¸10 8 Па, и повышению температуры до 10000 °С. Характерным примером искрового разряда является молния. Главный канал молнии имеет диаметр от 10 до 25 см., а длина молнии может достигать нескольких километров. Максимальная сила тока импульса молнии достигает десятков и сотен тысяч ампер. При малой длине разрядного промежутка искровой разряд вызывает специфическое разрушение анода, называемое эрозией . Это явление было использовано в электроискровом методе резки, сверления и других видах точной обработки металла. Искровой промежуток применяется в качестве предохранителя от перенапряжения в электрических линиях передач (например, в телефонных линиях). Если вблизи линии проходит сильный кратковременный ток, то в проводах этой линии индуцируются напряжении и токи, которые могут разрушить электрическую установку и опасны для жизни людей. Во избежание этого используются специальные предохранители, состоящие из двух изогнутых электродов, один из которых присоединен к линии, а другой заземлен. Если потенциал линии относительно земли сильно возрастает, то между электродами возникает искровой разряд, который вместе с нагретым им воздухом поднимается вверх, удлиняется и обрывается. Наконец, электрическая искра применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника , электродами которого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на них подается измеряемая разность потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт. D. Дуговой разряд. Дуговой разряд был открыт В. В. Петровым в 1802 году. Этот разряд представляет собой одну из форм газового разряда, осуществляющуюся при большой плотности тока и сравнительно небольшом напряжении между электродами (порядка нескольких десятков вольт). Основной причиной дугового разряда является интенсивное испускание термоэлектронов раскаленным катодом. Эти электроны ускоряются электрическим полем и производят ударную ионизацию молекул газа, благодаря чему электрическое сопротивление газового промежутка между электродами сравнительно мало. Если уменьшить сопротивление внешней цепи, увеличить силу тока дугового разряда, то проводимость газового промежутка столь сильно возрастет, что напряжение между электродами уменьшается. Поэтому говорят, что дуговой разряд имеет падающую вольт-амперную характеристику. При атмосферном давлении температура катода достигает 3000 °C. Электроны, бомбардируя анод, создают в нем углубление (кратер) и нагревают его. Температура кратера около 4000 °С, а при больших давлениях воздуха достигает 6000-7000 °С. Температура газа в канале дугового разряда достигает 5000-6000 °С, поэтому в нем происходит интенсивная термоионизация. В ряде случаев дуговой разряд наблюдается и при сравнительно низкой температуре катода (например, в ртутной дуговой лампе). В 1876 году П. Н. Яблочков впервые использовал электрическую дугу как источник света. В «свече Яблочкова» угли были расположены параллельно и разделены изогнутой прослойкой, а их концы соединены проводящим «запальным мостиком». Когда ток включался, запальный мостик сгорал и между углями образовывалась электрическая дуга. По мере сгорания углей изолирующая прослойка испарялась. Дуговой разряд применяется как источник света и в наши дни, например в прожекторах и проекционных аппаратах. Высокая температура дугового разряда позволяет использовать его для устройства дуговой печи. В настоящее время дуговые печи, питаемые током очень большой силы, применяются в ряде областей промышленности: для выплавки стали, чугуна, ферросплавов, бронзы, получения карбида кальция, окиси азота и т.д. В 1882 году Н. Н. Бенардосом дуговой разряд впервые был использован для резки и сварки металла. Разряд между неподвижным угольным электродом и металлом нагревает место соединения двух металлических листов (или пластин) и сваривает их. Этот же метод Бенардос применил для резания металлических пластин и получения в них отверстий. В 1888 году Н. Г. Славянов усовершенствовал этот метод сварки, заменив угольный электрод металлическим. Дуговой разряд нашел применение в ртутном выпрямителе, преобразующем переменный электрический ток в ток постоянного направления. E. Плазма. Плазма – это частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Таким образом, плазма в целом является электрически нейтральной системой. Количественной характеристикой плазмы является степень ионизации. Степенью ионизации плазмы a называют отношение объемной концентрации заряженных частиц к общей объемной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизации плазма подразделяется на слабо ионизованную (a составляет доли процентов), частично ионизованную (a порядка нескольких процентов) и полностью ионизованную (a близка к 100%). Слабо ионизованной плазмой в природных условиях являются верхние слои атмосферы – ионосфера. Солнце, горячие звезды и некоторые межзвездные облака – это полностью ионизованная плазма, которая образуется при высокой температуре. Средние энергии различных типов частиц, составляющих плазму, могут значительно отличаться одна от другой. Поэтому плазму нельзя охарактеризовать одним значением температуры Т; различают электронную температуру Т е, ионную температуру Т i (или ионные температуры, если в плазме имеются ионы нескольких сортов) и температуру нейтральных атомов Т a (нейтральной компоненты). Подобная плазма называется неизотермической, в отличие от изотермической плазмы, в которой температуры всех компонентов одинаковы. Плазма также разделяется на высокотемпературную (Т i »10 6 -10 8 К и более) и низкотемпературную!!! (Т i Плазма обладает рядом специфических свойств, что позволяет рассматривать ее как особое четвертое состояние вещества. Из-за большой подвижности заряженный частицы плазмы легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей. Поэтому любое нарушение электрической нейтральности отдельных областей плазмы, вызванное скоплением частиц одного знака заряда, быстро ликвидируется. Возникающие электрические поля перемещают заряженные частицы до тех пор, пока электрическая нейтральность не восстановится и электрическое поле не станет равным нулю. В отличие от нейтрального газа, между молекулами которого существуют короткодействующие силы, между заряженными частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленные убывающие с расстоянием. Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих частиц. Благодаря этому наряду с хаотическим тепловым движением частицы плазмы могут участвовать в разнообразных упорядоченных движениях. В плазме легко возбуждаются разного рода колебания и волны. Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени ионизации. При высокой температуре полностью ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам. Низкотемпературная плазма применяется в газоразрядных источниках света – в светящихся трубках рекламных надписей, в лампах дневного света. Газоразрядную лампу используют во многих приборах, например, в газовых лазерах – квантовых источниках света. Высокотемпературная плазма применяется в магнитогидродинамических генераторах. Недавно был создан новый прибор – плазмотрон. В плазмотроне создаются мощные струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяемые в различных областях техники: для резки и сварки металлов, бурения скважин в твердых породах и т.д. Список использованной литературы: 1) Физика: Электродинамика. 10-11 кл.: учеб. для углубленного изучения физики/Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков, Б. А. Слободсков. – 2-е издание – М.: Дрофа, 1998. – 480 с. 2) Курс физики (в трех томах). Т. II. Электричество и магнетизм. Учеб. пособие для втузов./Детлаф А.А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Изд. 4-е, перераб. – М.: Высшая школа, 1977. – 375 с. 3) Электричество./Э. Г. Калашников. Изд. «Наука», Москва, 1977. 4) Физика./Б. Б. Буховцев, Ю. Л. Климонтович, Г. Я. Мякишев. Издание 3-е, перераб. – М.: Просвещение, 1986.

Электрический тлеющий разряд | Plasma-Universe.com

Электрический тлеющий разряд — это тип плазмы, образованной пропусканием тока от 100 В до нескольких кВ через газ, обычно аргон или другой благородный газ. Он содержится в таких продуктах, как люминесцентные лампы и плазменные телевизоры, используется в физике плазмы и аналитической химии, и был предложен в качестве альтернативного метода, с помощью которого звезды создают свои видимые спектры. ^[1]

Тлеющий разряд обязан своим названием тому факту, что плазма светится, а светимость возникает из-за того, что электроны получают достаточно энергии для генерации видимого света за счет возбуждающих столкновений, которые генерируют фотоны.Это явление легче всего достигается взаимодействием анода и катода, которое генерирует сложную цепь тока, которая производит свечение. В формировании тлеющих разрядов участвует образование ограниченных электрических полей и плазменных слоев на каждом из электродов. Ионизация также должна быть критической частью тлеющего разряда в состоянии равновесия, поскольку в любой заданный момент времени будет происходить непрерывная потеря ионов из любого установленного компонента системы, которую необходимо уравновесить эквивалентным усилением.

Простейшим видом тлеющего разряда является тлеющий разряд постоянного тока. В простейшем виде он состоит из двух электродов в ячейке, находящейся под низким давлением (1–10 торр). Ячейка обычно заполнена аргоном. Между двумя электродами приложен потенциал в несколько сотен вольт. Небольшая совокупность атомов внутри клетки первоначально ионизируется посредством случайных процессов (например, столкновений между атомами или с альфа-частицами). Ионы (которые заряжены положительно) движутся к катоду электрическим потенциалом, а электроны движутся к аноду тем же потенциалом.Первоначальная популяция ионов и электронов сталкивается с другими атомами, ионизируя их. Пока сохраняется потенциал, сохраняется популяция ионов и электронов.

Часть кинетической энергии ионов передается катоду. Частично это происходит из-за того, что ионы попадают прямо на катод. Однако первичный механизм менее прямой. Ионы ударяются о более многочисленные атомы нейтрального газа, передавая им часть своей энергии. Затем эти нейтральные атомы ударяются о катод.Какие бы частицы ни ударялись о катод, столкновения внутри катода перераспределяют эту энергию до тех пор, пока часть катода не будет выброшена, обычно в виде свободных атомов. Этот процесс известен как распыление . Освободившись от катода, атомы перемещаются в глубину тлеющего разряда за счет дрейфа и за счет энергии, которую они получили от распыления. Тогда атомы могут быть возбуждены столкновениями. Эти столкновения могут происходить с ионами, электронами или другими атомами, которые ранее были возбуждены столкновениями с ионами, электронами или атомами.После возбуждения атомы довольно быстро теряют свою энергию. Из различных способов, которыми эта энергия может быть потеряна, наиболее важным является излучение, что означает, что фотон высвобождается, чтобы унести энергию. В оптической атомной спектроскопии длину волны этого фотона можно использовать для определения идентичности атома (то есть, какой это химический элемент), а количество фотонов прямо пропорционально концентрации этого элемента в образце. Некоторые столкновения (с достаточно высокой энергией) вызовут ионизацию.Эти ионы обнаруживаются в атомной масс-спектрометрии. Их масса определяет тип атомов, а их количество показывает количество этого элемента в образце.

Трубка электрического тлеющего разряда с ее наиболее важными характеристиками: (a) анод и катод на каждом конце (b) темное пространство Aston (c) свечение катода (d) темное пространство катода (также называемое темным пространством Крукса или темным пространством Hittorf) (e) Отрицательное свечение (f) Пространство Фарадея (g) Положительный столбец (h) Свечение анода (i) Темное пространство анода.

На рисунке выше показаны основные области, которые могут присутствовать в тлеющем разряде.Области, описанные как «свечение», излучают значительный свет; регионы, помеченные как «темные пространства», — нет. По мере того, как разряд становится более протяженным (т. Е. Растягивается по горизонтали в геометрии фигуры), положительный столб может становиться полосатым. То есть могут образовываться чередующиеся темные и светлые области. Соответственно, сжатие разряда по горизонтали приведет к уменьшению количества областей. Положительный столбец будет сжат, в то время как отрицательное свечение останется того же размера, а с достаточно маленькими промежутками положительный столбец исчезнет совсем.В аналитическом тлеющем разряде разряд в основном представляет собой отрицательное свечение с темной областью над и под ним.

Вольт-амперная характеристика тлеющего разряда очень нелинейна, как и многие явления плазмы, и обычная линейная физика не может быть применена для объяснения их структуры. В базовом тлеющем разряде постоянного тока можно выделить три основные области: темный разряд, тлеющий разряд и дуговый разряд.

На приведенном выше рисунке показан типичный график V / I тлеющего разряда.Основные характеристики разряда, такие как напряжение пробоя, вольт-амперная характеристика и структура разряда, зависят от геометрии электродов, используемого газа, давления и материала электродов. ^[2]

Dark Discharge (режим темнового тока)

Режим между A и E на вольт-амперной характеристике называется темным разрядом, поскольку, за исключением коронных разрядов и самого пробоя, разряд остается невидимым для глаза.

• A — B На стадии фоновой ионизации электрическое поле, приложенное вдоль оси газоразрядной трубки, выметает ионы и электроны, созданные ионизацией, из фонового излучения. Фоновое излучение космических лучей, радиоактивных минералов или других источников создает постоянную и измеримую степень ионизации воздуха при атмосферном давлении. Ионы и электроны мигрируют к электродам в приложенном электрическом поле, создавая слабый электрический ток.Повышение напряжения выметает все большую часть этих ионов и электронов.

• B — C Если напряжение между электродами увеличивается достаточно сильно, в конечном итоге все доступные электроны и ионы уносятся, и ток достигает насыщения. В области насыщения ток остается постоянным, пока напряжение увеличивается. Этот ток линейно зависит от мощности источника излучения, и этот режим используется в некоторых счетчиках излучения.

Тлеющий разряд в цилиндрической трубке, показан черным и белым.Темные области показаны черным цветом, а видимые области — белым.

• C — E Если напряжение на газоразрядной трубке низкого давления превышает точку C, ток будет расти экспоненциально. Электрическое поле теперь достаточно велико, поэтому электроны, изначально присутствующие в газе, могут получить достаточно энергии, прежде чем достичь анода, чтобы ионизировать нейтральный атом. По мере того, как электрическое поле становится еще сильнее, вторичный электрон может также ионизировать другой нейтральный атом, что приводит к лавине образования электронов и ионов.Область экспоненциально нарастающего тока называется таунсендовским разрядом.

• D — E Коронные разряды возникают в темных разрядах Таунсенда в областях высокого электрического поля вблизи острых точек, краев или проводов в газах до электрического пробоя. Если корональные куренты достаточно высоки, коронные разряды могут быть технически «тлеющими разрядами», видимыми для глаза. Для малых токов вся корона темная, что соответствует темным разрядам. К связанным явлениям относятся бесшумный электрический разряд, неслышимая форма нитевидного разряда и щеточный разряд, световой разряд в неоднородном электрическом поле, где одновременно активны многие коронные разряды и образуют стримеры в газе.

• E Электрический пробой происходит в режиме Таунсенда с добавлением вторичных электронов, испускаемых катодом в результате ионного или фотонного удара. При потенциале пробоя или искрообразования V _B ток может возрасти в 10 ⁴ до 10 ⁸ раз и обычно ограничивается только внутренним сопротивлением источника питания, подключенного между пластинами. Если внутреннее сопротивление источника питания очень велико, разрядная трубка не может потреблять достаточно тока для разрушения газа, и трубка будет оставаться в режиме коронного разряда с небольшими точками коронного разряда или щеточными разрядами, заметными на электродах.Если внутреннее сопротивление источника питания относительно низкое, то при напряжении V _B газ выйдет из строя и перейдет в нормальный режим тлеющего разряда. Напряжение пробоя для конкретного газа и материала электрода зависит от произведения давления на расстояние между электродами pd, как это выражено в законе Пашена (1889 г.).

Тлеющий разряд (нормальный режим накала)

Режим тлеющего разряда получил свое название от того факта, что плазма светится.Газ светится, потому что энергия и плотность электронов достаточно высоки, чтобы генерировать видимый свет за счет возбуждающих столкновений. Области применения тлеющего разряда включают люминесцентные лампы, плазменные реакторы с параллельными пластинами постоянного тока, «магнетронные» разряды, используемые для осаждения тонких пленок, и источники плазмы с электробомбардировкой.

• F — G После прерывистого перехода от E к F газ попадает в область нормального свечения, в которой напряжение почти не зависит от тока в течение нескольких порядков величины разрядного тока.Плотность электродного тока в этом режиме не зависит от полного тока. Это означает, что плазма контактирует только с небольшой частью поверхности катода при малых токах. По мере увеличения тока от F до G доля катода, занятая плазмой, увеличивается до тех пор, пока плазма не покроет всю поверхность катода в точке G.

• G — H В режиме аномального свечения выше точки G напряжение значительно возрастает с увеличением общего тока, чтобы заставить катодную плотность тока превышать ее естественное значение и обеспечить требуемый ток.Начиная с точки G и двигаясь влево, на вольт-амперной характеристике наблюдается форма гистерезиса. Разряд сохраняется при значительно меньших токах и плотностях тока, чем в точке F, и только после этого возвращается в режим Таунсенда.

Дуговые разряды (режим дуги)

• H — K В точке H электроды нагреваются до такой степени, что катод термоэлектронно испускает электроны. Если источник питания постоянного тока имеет достаточно низкое внутреннее сопротивление, в разряде произойдет переход от тлеющего к дуге, H-I.Режим дуги от I до K — это режим, при котором напряжение разряда уменьшается по мере увеличения тока до тех пор, пока в точке J не будут достигнуты большие токи, а после этого напряжение увеличивается медленно по мере увеличения тока.

Свойства тлеющих разрядов были предложены как идеальный способ создания термоядерной энергии, и были разработаны некоторые методы термоядерного синтеза, чтобы использовать свойства и различные режимы работы тлеющих разрядов в качестве жизненно важного компонента в этом процессе. Наиболее заметным из них является термоядерный синтез с инерционным электростатическим удержанием (IECF).В этом процессе ионы топлива захватываются чисто электростатическими полями в сходящейся геометрии, в отличие от магнитного удержания и других подобных более популярных методов. Изобретателем этой концепции был американский ученый Фило Фарнсворт, который придумал эту идею в 1950-х годах. Другие варианты этого включают концепцию Polywell, ^[3] ловушку Пеннинга, ^[4] Perodically Oscillating Plasma Sphere (POPS), ^[5] и многоэлектродные (#electrodes> 2) устройства. ^[6] Все эти устройства включают некоторые особенности, которые делают их более сложными, чем простые двухэлектродные устройства тлеющего разряда, часто с намерением обойти некоторые механизмы потерь, связанные с устройствами IECF.

Термоядерный синтез с инерционным электростатическим удержанием (IECF)

Простое устройство для инерционно-электростатического удержания термоядерного синтеза, состоящее из полого катода внутри сферической вакуумной камеры (анода). ^[7] Источник нейтронов / протонов с инерционно-электростатическим удержанием (IECF) представляет собой компактное устройство простой конфигурации, основанное на
свойствах тлеющего разряда. ^[8] Он в основном состоит из прозрачного полого катода в центре сферической вакуумной камеры (служит анодом), обычно заполненной топливным газом D2, и между ними происходит тлеющий разряд. Образующиеся в результате ионы высокой энергии взаимодействуют с фоновым газом (столкновения пучка с фоном) и сами с собой (столкновения пучок с пучком) в небольшом объеме вокруг центрального пятна, что приводит к высокой скорости реакций синтеза. В результате получается нейтронный генератор, производящий нейтроны порядка 10 ⁶ -10 ⁸ нейтронов в секунду.В устройствах, использующих еще более высокие скорости инжекции, инжектируемые ионы могут создавать глубокую самогенерируемую потенциальную яму, которая ограничивает захваченные ионы пучка, создавая еще более высокие скорости реакции. Устройство может быть модифицировано путем использования заполняющей газовой смеси дейтерия и гелия-3 в качестве источника как протонов, так и нейтронов. У IECF также есть многообещающие приложения для обнаружения наземных мин. ^[7]

Режимы работы, связанные с IECF

Тлеющий разряд в машинах IECF можно разделить на четыре различных режима разряда.Это режим Central Glow, режим Star, режим Halo и режим Jet. Имена описывают внешний вид света, излучаемого разрядами. Каждый режим связан с различной структурой потенциальной ямы и, следовательно, с производительностью нейтронов для заданных рабочих параметров. Для каждого требуется уникальная комбинация рабочих параметров, т. Е. Параметров напряжения, тока, давления и сети. ^[9]

Рис. 1. Фотография GD IXL SIEC в «Звездном режиме» в Университете Миссури-Колумбия.Видны светящиеся спицы, указывающие на неоднородную структуру разряда ^[10] Рис. 2. Фотография GD IXL SIEC в «реактивном режиме» в Университете Миссури-Колумбия. Хорошо видна электронная струя. ^[10]

• Режим центрального свечения В режиме центрального свечения в центре сферы создается свечение в форме шара. Для его производства можно использовать ионный источник, такой как ионная пушка, или сетка источника ионов, или катод электронной эмиссии.В катоде сетка сделана как можно более сферической, состоящей из множества тонких проволочных сеток с множеством отверстий для получения большой геометрической прозрачности и достаточно однородного и сферически-симметричного потока ионов. В такой работе прозрачность сетки является ключевым параметром: поскольку ионы почти равномерно проходят через сетку, часть тока перехватывается и теряется в проводах сетки. Чем выше геометрическая прозрачность сетки, тем меньше доля потерь ионов, что увеличивает скорость рециркуляции ионов.Соответственно увеличивается скорость реакции в центральном пятне и уменьшается нагрев и распыление сетки ионной бомбардировкой. Таким образом, разработка и оптимизация таких схем электросетей были первоочередными задачами прежних специалистов в этой области. Для аналогичных рабочих напряжений и токов этот режим дает только около одной трети нейтронного выхода на единицу потребляемой мощности по сравнению с режимом «звезда». ^[9]

• Звездный режим: Для создания звездного режима сетка строится таким образом, что диаметр отверстия сетки составляет значительную долю от основной окружности сетки.Это вызывает локальное углубление потенциальной поверхности. (Этой депрессии следует избегать, чтобы создать режим центрального свечения.) Эта депрессия, в свою очередь, заставляет поток ионов становиться сфокусированным, образуя характерные радиальные ионные пучки или «спицы» режима звезды. В плоских разрядах возможно рассмотрение оболочки только в одном измерении, но дискретная природа катодной сетки тлеющего разряда сферической формы приводит к сложной трехмерной структуре потенциала. Это приводит к тому, что катод действует как эффективная линза заряженных частиц из-за кривизны поля между отдельными проволоками катодной сетки.Это означает, что мы имеем не однородный поток частиц между электродами, а скорее гетерогенную структуру потока из плазменных «спиц», переносящих частицы между электродами. Спицы также светятся, как показано на рис. 1. Звездный режим обычно возникает при давлении от ~ 1 до 25 мТорр. ^[10]
• Halo Mode: Он запускается таким же образом, как и режим Star, и во многих отношениях аналогичен, но обычно при более низких давлениях и, следовательно, более высоких напряжениях на катоде.Переход в режим Halo осуществляется путем увеличения одного или нескольких отверстий решетки (то есть физического удаления участка провода, разделяющего соседние отверстия). Это вызывает поток электронов из центрального объема (электронная струя), в результате чего развивается гало-мода. Затем наблюдается сильная струя электронов, протекающая через увеличенное отверстие (отверстия). На противоположных сторонах рассматриваемой сетки было создано до шести струй. В свою очередь, струя создает новые ионы за счет столкновительной ионизации фоновых нейтралов.Возникающие потоки ионов и электронов вызывают полное перераспределение пространственного заряда, образуя новую структуру потенциальной ямы, характеризующуюся ярким центральным свечением и внешней светящейся областью гало. Яркий белый сферический ореол образуется концентрично катодной сетке с ярким пятном в центре. Соответственно, этот рабочий режим был назван режимом Halo. Ореол всегда сопровождался упомянутой выше электронной струей, которая считается основной характеристикой моды.Режим Halo обычно обеспечивает в 1,5–3 раза более высокую скорость эмиссии нейтронов на единицу входной мощности, чем режим Star. ^[9]

• Струйный режим: По мере того, как давление увеличивается выше рабочих режимов «Звездного режима», разряд становится более однородным, за исключением радиальной дисперсии, и сопровождается струей электронов через определенное отверстие в катодной сетке. ^[11] См. Рис. 2. По этой причине этот режим называется «Jet Mode».Несмотря на визуальную однородность, гетерогенная структура электронного потока все еще существует между анодом и катодом в «струйном режиме». ^[10]

1. ↑ Торнхилл В. Морфология Z-пинча сверхновой 1987A и электрических звезд (2007) IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 35, выпуск 4, стр. 832-844 РЕЦЕНЗИОННАЯ ПЕРВАЯ
2. ↑ Структура тлеющего разряда Принстонская лаборатория физики плазмы
3. ↑ Н.А.Кролл, Polywell ™: концепция сферически сходящегося ионного фокуса Fus.Техн., Т. 22, pp. 42-49, август 1992 г. РЕЦЕНЗИОННАЯ ПЕРВАЯ
4. ↑ Barnes, D.C .; Nebel, R.A .; Тернер, Лист Производство и применение плотной плазмы ловушки Пеннинга (1993) Physics of Fluids B: Plasma Physics, Volume 5, Issue 10, October 1993, pp.
5. ↑ Park, J. Nebel, et al. Периодически колеблющаяся плазменная сфера (2005) Physics of Plasmas, Volume 12, Issue 5, pp. 056315-056315-6 Лос-Аламосская национальная лаборатория PEER REVIEWED
6. ↑ Т. Дж. Макгуайр; Улучшенное удержание в инерционном электростатическом удерживании для термоядерных космических энергетических реакторов (2005) Journal of Propulsion and Power, Volume 21 PEER REVIEWED
7. ↑ ^{7.0 7.1} Йошикава, К. и др., Исследование и разработка компактного термоядерного источника нейтронов для гуманитарного обнаружения наземных мин (2007) Отчет о конференции симпозиума IEEE по ядерной науке, 2007. NSS ’07. ПЕР ПРОСМОТРЕТЬ ПОЛНЫЙ ТЕКСТ
8. ↑ Nadler, J.H .; Кнолл, Д.А. Оценка существующих моделей IEC и предлагаемый новый подход к моделированию систем с координатной привязкой (1995) Fusion Engineering, 16-й симпозиум IEEE / NPSS, том 2, выпуск, 30, стр.
9. ↑ ^{9.0 9,1 9,2} МИЛИ, Джордж, Х. ГУ, Ибинь и др. Генератор инерционно-электростатических удерживающих частиц (1995) ПАТЕНТ.
   Международная заявка № PCT / US1995 / 005185 ПОЛНЫЙ ТЕКСТ
10. ↑ ^{10,0 10,1 10,2 10,3} Райан Мейер, д-р Марк Прелас, д-р Сударшан Лоялка ИНЕРЦИАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, представленная в Колумбийском университете (2007). .236 стр. ПОЛНЫЙ ТЕКСТ
11. ↑ Майли, Джордж, Х. и др., Источник плазменной струи, использующий плазму инерционного электростатического ограничивающего разряда. (1998) Патент на устройство. Международная заявка № PCT / US1997 / 019306 ПОЛНЫЙ ТЕКСТ

Термический анализ мощного тлеющего разряда в потоке атмосферного воздуха путем сочетания термометрии рэлеевского рассеяния и численного моделирования

Плазменный разряд при атмосферном давлении привлекает все больший интерес в последние десятилетия из-за низких эксплуатационных расходов и ценных применений в улучшении горения [1 –3], обработка поверхности [4], сварка [5], синтез наночастиц [6], дезактивация [7] и т. Д.Типичные источники плазмы, работающие при атмосферном давлении, включают дуговый разряд, диэлектрический барьерный разряд (DBD), коронный разряд, тлеющий разряд и наносекундный импульсный разряд. Эти источники плазмы всегда имеют определенные применения, в зависимости от их теплового состояния, которое может быть определено количественно электронным ( T _e ), поступательным ( T _g ), вращательным ( T _rot ), и колебательные ( T _vib ) температуры и качественно характеризуются термическим равновесием или неравновесностью.Как правило, дуговые разряды, температура которых превышает 6000 K и T _e , T _vib , T _rot и T _g , близкие друг к другу, являются тепловыми, а DBD, коронный и тлеющий разряды всегда находятся в нетепловом равновесии с температурным порядком T _e > T _vib > T _rot ~ T _g [8–10]. Для более количественной характеристики теплового состояния различных источников плазмы необходимы количественные измерения T _e , T _vib , T _rot и T _g . T _e можно измерить методом томсоновского рассеяния [11, 12] или оценить по приведенной напряженности электрического поля ( E / N ) [8]. T _vib и T _rot могут быть получены с помощью оптической эмиссионной спектроскопии (OES) [8, 13, 14] или метода комбинационного рассеяния света [15–17]. Следует подчеркнуть, что так называемая колебательная или вращательная температура не определяется точно в реалистичной неравновесной плазме.Различные частицы в плазме могут иметь разные колебательные или вращательные температуры. Например, вращательная температура возбужденных частиц OH (A) больше, чем полученная из эмиссии N ₂ (C – B) [14]. T _г можно рассчитать с помощью термометрии рассеяния Рэлея (RST) [8, 18, 19] или оценить по температуре вращения [20]. Типичные диапазоны для этих различных температур были измерены для скользящего дугового разряда Zhu и др. [8], перечислив электронные, колебательные, вращательные и поступательные температуры 8700 K, 5900 K, 4300 K и 1100 K соответственно.

Недавно тлеющий разряд атмосферного давления был стабилизирован в диапазоне промежуточных токов (50–200 мА) [21], а его поступательная температура охватывает широкий диапазон от 2000 К до 5000 К. Тлеющий разряд промежуточного тока всегда сжатые (называемые дуговыми), но все еще имеют разные T _e и T _g . Его можно рассматривать как гибридный разряд, лежащий между диффузным тлеющим разрядом и тепловой дугой [21]. Этот тип тлеющего разряда, приводимый в движение потоком газа, также может перемещаться, образуя так называемый скользящий тлеющий разряд [22].Тлеющий разряд с промежуточным током имеет высокую плотность мощности и может иметь множество потенциальных применений в промышленности. Однако из-за его нестационарных и сжатых свойств тепловое состояние промежуточного тлеющего разряда в потоке трудно исследовать и плохо охарактеризовать.

Чтобы охарактеризовать тепловые состояния тлеющего разряда, ОЭС широко использовался для измерений T _g , T _rot и T _vib [8, 13, 14, 20], но этот метод обнаруживает интегрированные в линию спонтанные излучения из светящейся зоны и фокусируется только на центральном плазменном столбе, не обращая особого внимания на окружающую среду.Фактически, окружающее поступательное распределение температуры и поле потока сильно взаимодействуют с центральным плазменным столбом. Двумерный (2D) RST кажется наиболее многообещающим методом для обнаружения поступательного температурного профиля плазменного ядра и его окружения.

Для тлеющего разряда при атмосферном давлении необходимо учитывать возмущение потока. Но с добавлением возмущения потока объяснение и описание тепловых свойств плазмы усложняются.Из-за влияния потока характеристики электрического разряда и температурные профили меняются со временем. Отсутствие информации о локальном поле течения затрудняет дальнейшее исследование теплового состояния плазмы в потоке.

Эта статья направлена ​​на исследование теплового состояния разряда сжатой тлеющей плазмы промежуточного тока при возмущении потока и предоставление подробного объяснения переноса энергии вокруг плазменного столба с помощью комбинации метода RST и численного метода.RST с импульсным лазером использовался для визуализации поступательных профилей температуры вокруг нестационарного плазменного столба. Численное моделирование путем объединения гидродинамики и процесса теплопередачи было выполнено для выяснения влияния потока на теплопередачу. Численное моделирование может качественно предсказать всю тепловую историю разряда от пробоя до распространения плазмы и, таким образом, пролить свет на процесс нагрева во время разряда. На основе экспериментальных и численных результатов обсуждаются тепловые свойства плазменного столба при различных режимах течения и вольт-амперных вводах.

2.1. Экспериментальная установка

На рисунке 1 показана схема экспериментальной установки. Гибридная горелка типа Маккенны с центральной трубкой (внутренний диаметр 2 мм) для создания струйного потока и латунной пористой пробкой диаметром 60 мм для создания ламинарного параллельного потока используется для управления полем потока. Сопоток, который имеет расход 160 л / мин ^-1 при комнатной температуре, чтобы получить среднюю скорость 0,94 м / с ^-1 , используется здесь для защиты частиц от открытого воздуха. Следовательно, сильное рассеяние Ми на пылевых частицах может быть сведено к минимуму во время измерения рэлеевского рассеяния.Скорость потока центральной струи варьируется от 0 л мин ^-1 до 20 л мин ^-1 для создания ламинарного или турбулентного струйного потока в центральной зоне. Две вольфрамовые иглы, которые используются в качестве электродов для разряда, расположены примерно на 2 см выше выхода из центральной трубки. Один электрод подключен к источнику переменного тока (генератор 9030 E, SOFTAL Electronic GmbH), а другой заземлен. Чтобы контролировать продолжительность разряда, источник питания устанавливается в пакетный режим [23], что означает, что цепи высокого напряжения переменного тока от источника питания загружаются в течение определенного периода времени ( t _на ) и выключен на другой период времени ( t _off ). t _на и t _off можно независимо отрегулировать с помощью генератора импульсов (BNC 575, Berkeley Nucleonics Corp.). Токовый монитор (Pearson Electronics) и датчик напряжения (Tektronix P6015A) использовались для одновременного измерения форм сигналов тока и напряжения. Типичные формы сигналов тока и напряжения представлены на вставке к рисунку 1. Это указывает на то, что когда высокое напряжение достигает порога пробоя, инициируется разряд вместе с всплесками тока.После стадии пробоя разряд переходит в тлеющий разряд с относительно низкими током и напряжением. Режим свечения подтверждается оценкой катодного падения (около 460 В) и пикового значения низкого тока около 400 мА. На этом этапе плазменный столб движется вниз по потоку под действием потока и удлиняется. Между тем величина пикового тока незначительно изменяется с удлинением плазменного столба на стадии тлеющего разряда.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки. На вставке с правой стороны показано изображение плазменного и лазерного листа (а) и кривые тока / напряжения (б). В части (c) показаны увеличенные кривые тока и напряжения. Фаза тока отображается обратно пропорционально, чтобы отличить ее от напряжения.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Измерения планарного рэлеевского рассеяния проводились с использованием второй гармоники лазера Brilliant B (Quantel).Для изменения поляризации лазерного луча для максимального сигнала рэлеевского рассеяния вставлялась полуволновая пластинка. Для регистрации сигналов Рэлея использовалась камера с усиленным устройством с зарядовой связью (ICCD) (PI Max II, Princeton Instruments), оснащенная линзой Nikon видимого диапазона ( f / 1,4, 50 мм). Для синхронизации использовался генератор импульсов BNC для внешнего запуска лазера Brilliant B и генератора энергии, в то время как камера ICCD запускалась внешним сигналом от лазера.Сигналы тока и напряжения вместе с сигналом затвора ICCD регистрировались одновременно с помощью четырехканального осциллографа (PicoScope 4424, PS) с частотой дискретизации 2 ГГц.

2.2. Принцип термометрии рэлеевского рассеяния [8, 24]

Интенсивность сигнала рэлеевского рассеяния ( I _R ) от газовой смеси определяется как

где Const — константа, определяемая эффективностью сбора, объемом зонда и т. д., I ₀ — интенсивность падающего лазера, а N _i и σ _i — числовая плотность и Сечения Рэлея отдельных частиц i в исследуемой газовой смеси соответственно.Числовая плотность частиц зависит от давления, температуры и мольной доли, которая сформулирована в соответствии с законом идеального газа:

где P — давление, C _i — мольная доля компонента i, k _B — постоянная Больцмана и T _г — поступательная температура газа.

Подставляя уравнение (2) в уравнение (1), получаем уравнение (3):

где — усредненное рэлеевское сечение исследуемой газовой смеси.Уравнение (3) показывает, что интенсивность рэлеевского рассеяния обратно пропорциональна температуре газа при условии, что состав газа и сечения Рэлея постоянны.

Для расчета абсолютной температуры газа вокруг плазменного столба сигнал рэлеевского рассеяния сравнивается с эталонной целью, которой обычно является открытый воздух при комнатной температуре (RT), как показано уравнением (4).

где нижними индексами a и RT обозначены температура плазмы и комнатная температура соответственно.Преобразование уравнения (4) дает формулу для температуры газа вокруг плазменного столба ( T _{г, a} ) (см. Уравнение (5))

В эксперименте собираются 100 однократных изображений сигнала рассеяния от воздуха при комнатной температуре для вычисления усредненного I _{R, RT} в постобработке, а I _R, — это полученный из однокадрового изображения. Это означает, что I _{0, RT} — это усредненное значение, такое же, как I _{R, RT} , а I _0, — это однократное значение.Поскольку лазерный импульс не является идеально повторяемым, но немного меняется от импульса к импульсу, отношение I _{0, RT} и I _{0, a} не совсем равно 1, что может привести к неопределенности.

2.3. Анализ неопределенности термометрии рэлеевского рассеяния

На основании уравнения (5) общие неопределенности температуры от RST могут быть сформулированы в виде уравнения (6):

где первый член в правой части представляет погрешность комнатной температуры, второй и третий члены представляют погрешности от сигналов рэлеевского рассеяния воздуха и плазмы, четвертый член представляет погрешность из-за межзарядного дрожания лазера. а пятый член представляет неопределенность поперечных сечений газообразных веществ.

В лабораторных условиях погрешность измерения комнатной температуры мала, и ею можно пренебречь. Погрешности I _{R, RT} и I _{R, a} в основном связаны с рассеянным светом. Таким образом, I _R можно разделить на две части: сигнал рэлеевского рассеяния исследуемых молекул газа ( I _{R, sig} ) и сигнал рассеянного света ( I _{R, str} ). , как представлено уравнением (7):

Оценка этой неопределенности выполняется следующим образом.Предполагается, что интенсивность рассеянного света линейно зависит от интенсивности лазера, которая явно пропорциональна сигналу рэлеевского рассеяния при комнатной температуре, т.е.

Следовательно, второе и третье слагаемые в правой части уравнения (6) можно переформулировать как:

Если принять Const ₁ равным 1%, погрешности из-за рассеянного света в воздухе и плазме соответственно оцениваются в 1% и T _{г, RT} / T _{г, a} × 1%.Это означает, что влияние рассеянного света усиливается при более высоких температурах. Погрешность сигнала лазерного листа вместе с погрешностью пикселей оценивается в 4,5% при последующей обработке 100 однократных изображений лазерного листа без плазмы с использованием программного обеспечения Matlab.

Рэлеевское сечение газообразных частиц в зависимости от химического состава плазменного столба является неопределенным. Некоторое численное моделирование показало, что молекулы кислорода могут в значительной степени диссоциировать на атомарный кислород в плазме [25, 26].Это сильно влияет на усредненный сигнал рэлеевского рассеяния согласно сечениям различных частиц, перечисленных в таблице 1 [27–29]. В этой статье плазменный разряд запускается от источника переменного тока. Согласно предыдущему исследованию [30], химический состав внутри плазменного столба может быть аппроксимирован с использованием модели химического равновесия, которая предполагает, что химический состав близок к состоянию равновесия, соответствующему эффективной температуре (~ 4500 K). Таким образом, с помощью программы CEA [31] оценивается химический состав плазменного столба.Скорректированное среднее поперечное сечение () на 20% меньше, чем у чистого воздуха. Это означает, что температура, полученная из RST, может быть завышена почти на 20%, если не учитывать изменение химического состава.

Таблица 1. Поперечные сечения различных видов для света 532 нм.

Виды	Поперечное сечение (10 −27 см 2 )
Ar	4.45
N 2	5,1
CO	6,19
О 2	4,74
N	3,526
O	1,204
H	0,86
НЕТ	5,2

Короче говоря, неопределенность температуры можно оценить по уравнению (11)

Следует отметить, что неопределенность сечения возникает в области плазмы, где температура наиболее высока.Следовательно, измеренная пиковая температура имеет большие полосы потенциальных ошибок; однако вдали от плазменного столба измеренная температура более точна. Влияние рассеянного света (Const ₁ ) трудно оценить, но его влияние уменьшается с понижением температуры. Таким образом, температура вне плазменного ядра имеет меньшую погрешность, чем температура в плазменном ядре.

2.4. Численная модель процесса теплопередачи во время разряда

Основные уравнения теплопередачи во время разряда могут быть выражены уравнением Навье – Стокса и уравнением сохранения энергии, заданным уравнениями (12) и (13)

где ρ — плотность газа, u _г — скорость газа, p _г — давление газа, μ _г — вязкость газа, I — единичная матрица ( верхний индекс T представляет операцию транспонирования тензора), c _p — теплоемкость при постоянном давлении газа, k — теплопроводность газа и Q _s — плотность мощности нагрева.

Весь процесс разряда в основном делится на два подпроцесса, то есть пробой и распространение плазмы. Процесс разрушения происходит довольно быстро и бурно, поэтому газ следует рассматривать как сжимаемый поток, в то время как процесс распространения плазмы является мягким, и, таким образом, поток газа можно представить как несжимаемый поток. Из-за этой разницы процесс разрушения и процесс распространения моделируются отдельно. Здесь для проведения моделирования выбрано коммерческое программное обеспечение Comsol, поскольку оно предоставляет соответствующие модули для моделирования процессов пробоя и распространения плазмы.Процесс разрушения моделируется с использованием модуля потока с высоким числом Маха, а процесс распространения плазмы моделируется с помощью модуля общего теплопередачи и модуля потока несжимаемой жидкости. В данной работе выполняется двумерное (2D) моделирование поперечного сечения плазменного столба. Для данных случаев моделирования выбираются разные геометрии моделирования, как показано на рисунке 2. Для случая пробоя используется относительно большой объем круглой формы. Предполагается, что пробой происходит в центре, где применяется импульсный источник тепла с гауссовым профилем для моделирования процесса нагрева во время пробоя.Начальная температура 300 К, начальный поток статический. Радиус моделируемого объема составляет 0,1 м, что достаточно для того, чтобы волна давления, возникающая при пробое, могла распространяться от первоначального источника. Объем квадратной формы размером 67,2 мм × 67,2 мм × 1 м принят для моделирования процесса распространения. Столб плазмы ограничен небольшим объемом, поэтому подводимая энергия представлена ​​источником тепла с радиусом 0,5 мм. Температурный профиль, полученный при моделировании пробоя при 200, мкм, с, используется в качестве начального температурного профиля для моделирования распространения, а начальный поток по-прежнему считается статическим.Граничными условиями для процессов теплопередачи и потока являются теплоизоляция и постоянное давление соответственно. Чтобы изучить влияние потока на температурные профили и рассеивание тепла, дополнительно вводится струйный поток, как показано на рисунке 2 (c).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Геометрия моделирования для различных случаев моделирования: (а) пробой, (б) стационарный поток, (в) струйный поток.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.1. Профиль температуры вокруг плазменного канала при различных условиях потока

В эксперименте лазерный слой формируется поперек движущегося плазменного столба для обнаружения поступательных профилей температуры в поперечном сечении плазмы, как показано на вставке к рис. 3. скорость потока струи и время разряда вместе с расстоянием между лазерной пластиной и электродами варьируются для изучения их влияния на профили температуры вокруг плазменного столба.На рисунке 3 показаны распределения температуры в зависимости от скорости потока струи и времени выпуска, а на рисунке 4 показаны соответствующие пиковые поступательные температуры в зависимости от скорости потока и времени выпуска. Пиковая температура на рисунке 4 представляет собой усредненное значение в объеме с радиусом 0,5 мм без какой-либо температурной коррекции. Она в основном уменьшается с 4400 K до 3500 K с увеличением расхода струи. Пиковая температура также может увеличиваться с увеличением продолжительности разряда, когда скорость потока довольно низкая.Как было проанализировано в разделе 2.3, значение пиковой температуры довольно неопределенно, и необходимо внести некоторые исправления. Когда рассматривается разложение молекул кислорода, но игнорируется влияние рассеянного света, пиковая температура оценивается в диапазоне от 3500 K до 2800 K. Когда рассеянный свет дополнительно рассматривается, принимая Const ₁ = 1%, пик температура может быть около 4000–3200 К согласно уравнению (11).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Поступательное распределение температуры вокруг плазменного столба в зависимости от скорости потока струи и продолжительности разряда.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Пиковая температура, измеренная методом рэлеевского рассеяния в зависимости от скорости потока струи.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Как показано на рисунке 3, профили температуры сильно меняются из-за струи и продолжительности нагнетания.Когда расход струи составляет 0 л мин ^-1 , поле течения является ламинарным, а температурный профиль не растягивается конвекцией, теплопередача в основном определяется теплопроводностью, что приводит к примерно круглому профилю. Из профиля T _г можно оценить градиент температуры как ~ 730 кК · м ^-1 . При проводимости 0,1 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ и радиусе 5 мм скорость рассеивания тепла составляет 2,3 кВт на метр плазменного столба.По мере увеличения расхода струи профили температуры становятся нестабильными и растягиваются или скручиваются потоком, что приводит к более высокому локальному градиенту температуры. Кроме того, размер горячей области уменьшается по мере увеличения расхода струи. Размер горячей области вокруг плазменного столба зависит от продолжительности разряда, поскольку теплу от плазменного столба требуется время для распространения. Для случая, контролируемого теплопроводностью, размер можно оценить по длине термодиффузии, которая определяется уравнением (14)

где D _dif — коэффициент температуропроводности, а t _dif — время теплопроводности.Когда конвекция включена, горячая область сжимается, в основном из-за улучшенного рассеивания тепла для снижения температуры.

3.2. Численный анализ поступательного профиля температуры

Поступательные профили температуры с временным разрешением во время процесса пробоя, а также стадии скольжения плазмы в потоке не могли быть получены экспериментально. Тем не менее, с помощью численного моделирования можно проанализировать как процесс разрушения, так и влияние потока.

3.2.1. Процесс нагрева, вызванный разрядом, в условиях статического потока.

Процесс нагрева при пробое приближается к процессу нагрева от импульсного источника нагрева. Длительность и общая энергия нагревающего импульса определяют скорость распространения волны давления и пиковую температуру. Укорачивая длительность импульса, волна давления распространяется быстрее, поскольку больше энергии может быть преобразовано в кинетическую энергию газа. Увеличение импульсной энергии может привести к повышению температуры.Для текущего случая моделирования предполагается, что импульсный источник тепла следует пространственно-временному гауссовскому профилю, выраженному как уравнение (15)

где r _arc — эффективный размер плазменного столба, равный 0,5 мм, а τ — стандартное отклонение временного гауссова профиля, равное 1,7 μ с. Моделируемое изменение пиковой температуры и профили скорости показаны на рисунке 5. Это указывает на то, что максимальная температура может достигать 6373 К во время процесса пробоя, а после импульсного нагрева температура падает до 4500 К в течение 150 мкм с из-за быстрое рассеивание тепла.Начальная скорость распространения волны давления может составлять 200 м / с ⁻¹ из-за быстрого нагрева газа, но быстро падает в радиальном направлении. Возмущение локального поля течения от пробоя практически исчезает через 50 мкм с в зоне разряда.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Смоделированные изменения пиковой температуры во время процесса пробоя, вместе с профилями температуры и скорости, выбранными при 20 мкм с и 50 мкм с.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

После поломки процесс нагрева моделируется с помощью модуля потока несжимаемой жидкости. Изменение температуры зависит от входной мощности источника нагрева ( Q _s ). При условии, что мощность источника тепла постоянная и большая, пиковая температура в плазме сначала падает, но начинает увеличиваться на 1,6 мс позже, как показано на рисунке 6. Начальный процесс нагрева во время пробоя локализован в плазменном столбе, поскольку пробой происходит намного быстрее, чем процесс теплопередачи.Это приводит к огромному температурному градиенту вокруг плазменного столба сразу после пробоя. Позже температура снижается из-за быстрой теплопроводности, вызванной большим температурным градиентом. По мере распространения тепловой энергии градиент температуры уменьшается, а скорость теплопроводности снижается. Пиковая температура начинает увеличиваться, когда входящая тепловая мощность больше, чем рассеиваемая за счет теплопроводности. Чтобы контролировать пиковую температуру, необходим источник тепла с уменьшающейся мощностью.На рис. 6 также показана пиковая температура во времени, когда мощность нагрева следует кривой на вставке. Пиковая температура может перестать расти, если мощность нагрева уменьшится должным образом. В эксперименте, когда скорость потока струи мала, пиковая температура может увеличиваться с увеличением продолжительности разряда. Если скорость потока достаточно высока, плазменный столб может быстро удлиниться вместе с потоком, поэтому мощность на метр плазменного столба уменьшается вместе с потоком, и, таким образом, плазма может поддерживаться в состоянии свечения вместо термализации.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 6. Изменение максимальной температуры плазменного столба во времени, когда подводимая тепловая мощность является постоянной и изменяющейся. Врезка: переменная тепловая мощность.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Смоделированный температурный профиль сравнивается с экспериментом, как показано на рисунке 7. Поскольку температура в плазменном ядре настолько высока, что шкала погрешности велика, сравнивать пиковую температуру напрямую нецелесообразно.Напротив, температурный профиль во внешнем слое более уместен для сравнения. Моделирование показывает, что температурный профиль определяется размером источника тепла и длиной диффузии, когда теплопроводность является преобладающей. Предполагая коэффициент температуропроводности 5 × 10 ^-4 м ² с ^-1 и интервал времени 20 мс, длина диффузии согласно уравнению (14) составляет около 3 мм. В этом моделировании радиус источника тепла установлен на 0,5 мм, чтобы обеспечить хорошее соответствие температурному профилю.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 7. (a) Профили температуры, измеренные методом рэлеевского рассеяния при скорости потока струи 0 л мин ^-1 . (б) Смоделированные профили температуры в статическом потоке.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.2.2. Влияние потока на температурный профиль.

Струйный поток вводится около плазменного столба для изучения влияния слоя свободного сдвига на температурный профиль, как показано на рисунке 8.Из-за тепловой конвекции пиковая температура падает с увеличением скорости потока, в то время как температурные профили растягиваются.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Смоделированные изменения пиковой температуры во времени для расхода струи 0,1, 1 и 2 м с ⁻¹ , вместе со снимками профилей температуры при расходе струи 2 м с ⁻¹ .

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Здесь для упрощения анализа горячий объем вокруг плазменного столба определяется с помощью изолинии температуры (например,грамм. 2000 К). Тогда скорость теплопередачи через границу этого горячего объема можно оценить как:

где δT / δl — средний градиент температуры вдоль контурной линии, а A, — длина контурной линии с двухмерной точки обзора или граничная область горячего объема с трехмерной точки обзора. Когда струя холодного газа сталкивается с этим горячим объемом, его геометрия изменяется, в то время как формируется слой сдвига, увеличивающий температурный градиент. Из-за повышенного температурного градиента и площади границы пиковая температура снижается.

Градиент температуры, как известно, коррелирует с градиентом локальной скорости из-за сходства между слоем термического сдвига и слоем сдвига импульса. Например, пиковый градиент температуры нанесен на график как функция градиента локальной скорости для разного времени нагрева, как показано на рисунке 9. При фиксированном времени нагрева градиент температуры увеличивается вместе с градиентом скорости. При заданном градиенте скорости градиент температуры может изменяться противоположно времени нагрева.Когда градиент скорости меньше 5 с ^-1 , тепловая диффузия преобладает над конвекцией. Начальный градиент температуры велик из-за быстрого нагрева при пробое. После этого градиент температуры падает из-за теплопроводности. Однако, когда градиент скорости больше 10 с ^-1 , градиент температуры в основном определяется локальным градиентом скорости, то есть он контролируется конвекцией. Температурный градиент увеличивается со временем нагрева, так как окружающий холодный поток со временем становится ближе к горячему объему.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 9. Пиковый градиент температуры как функция местного градиента скорости для разного времени нагрева.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Из-за корреляции между градиентом температуры и градиентом скорости профиль температуры может использоваться для качественного исследования поля скорости.Важным понятием, связанным с полем скорости вокруг плазменного столба, является так называемая скорость скольжения, которая давно предлагалась при изучении скользящих дуговых разрядов [32]. Теоретически скорость скольжения ( U _slip ) можно оценить по градиенту средней скорости и расстоянию до плазменного столба ( l _slip ), которое определяется по формуле:

Согласно рисунку 9, градиент скорости 30 с ^-1 приводит к значительному увеличению градиента температуры.Предполагая, что расстояние до плазменного столба составляет 5 мм, на профиле температуры следует выделить скорость скольжения 0,15 м с ⁻¹ . Используя этот метод, можно интерпретировать профили температуры при различных условиях расхода (см. Рисунок 3). Когда расход струи составляет 0 л мин ^-1 , температурный профиль соответствует профилю, моделируемому в статическом потоке. Это означает, что скорость скольжения отсутствует, когда разряд происходит в ламинарном потоке без крутого градиента скорости.Однако при наличии струйного течения профиль T _g изменяется. Температурный градиент становится неоднородным, так что в некоторой области температурный градиент может быть намного больше, чем в статическом потоке, что указывает на большой градиент скорости. Это означает, что разрядный столб, созданный в этой работе, не может автоматически стимулировать скорость скольжения в потоке без начального градиента скорости.

3.3. Анализ теплового состояния плазменного столба в воздухе

Основные пути ветвления и передачи энергии в воздушном плазменном разряде представлены следующим образом [33].Входная электрическая энергия сначала поглощается электронами, а затем используется для возбуждения различных видов, в основном колебательных уровней молекул азота в воздухе. Наконец, колебательно-возбужденные молекулы азота передают свою энергию теплу посредством колебательно-поступательной (V – T) релаксации. В условиях низких температур процесс перехода V – T является медленным, поэтому колебательная температура может быть выше, чем поступательная температура молекул. Для количественного анализа разницы между поступательной и колебательной температурами в плазменном столбе вводится двухтемпературная модель баланса энергии, примененная в [34].Вкратце, поступательная температура и колебательная температура азота определяются отдельно для описания поступательного и колебательного теплового состояний плазмы. Используя осесимметричное приближение вдоль плазменного столба, уравнения сохранения энергии поступательной и колебательной температур можно выразить уравнениями (18) и (19):

где r — радиус в радиальном направлении плазменного столба, ε _V — средняя колебательная энергия молекул азота, — численная плотность молекул азота, — коэффициент диффузии молекул азота, Дж — плотность электрического тока, E — напряженность электрического поля в плазменном столбе, а Q _VT — скорость V – T релаксации N ₂ , которая может быть выражена следующим выражением:

где τ _VT — время релаксации.Это описывает шкалу времени релаксации колебательной энергии колебательно-возбужденных молекул азота в поступательную энергию молекул воздуха и может быть выражено как [35]

ε _v ( T _g ) — равновесная средняя энергия колебаний при температуре газа, определяемая по формуле

где — колебательный уровень возбуждения молекулы азота (0,29 эВ).

В установившемся состоянии уравнения (18) и (19) могут быть сведены к

Поскольку процесс перехода V – T происходит намного быстрее, чем диффузия массы [36], диффузионным членом в левой части уравнения (24) можно пренебречь, что дает

Уравнение (25) показывает, что разница между T _v и T _г зависит от входной плотности электрической мощности, скорости рассеивания тепла и времени релаксации V – T.Большая входная плотность мощности и большее время релаксации V – T могут привести к большей разнице между T _v и T _g . Однако на практике плотность входной мощности и время V – T-релаксации всегда коррелируют через T _g . Интегрирование уравнения (25) вокруг плазменного столба дает

Температурный градиент линейно аппроксимируется уравнением (27)

где T _{г, дуга} — температура в центре плазмы, T _{г, sub} — температура окружающего холодного газа и представляет собой расстояние от T _{г, дуги} до Т _{г, переходник} .Считаем, что это равно r _arc . T _{g, дуга} может быть получена из уравнений (26) и (27), заданных уравнением (28)

Это означает, что T _{g, дуга} линейно увеличивается с потребляемой мощностью. Комбинируя уравнения (21), (22), (25) и (27), можно оценить T _g и T _v в плазменном столбе, зная входную мощность и радиус плазмы. столбец. На рисунке 10 показаны зависимости T _g и T _v от входной мощности на длину плазменного столба.Обнаружено, что более низкая мощность приводит к более низкой температуре газа, но большей разнице между T _g и T _v . В основном это связано с большим временем релаксации при низкой температуре. В условиях высокой мощности расхождение между T _g и T _v становится меньше, но все еще существует из-за потока энергии из колебательных состояний в тепло. Следует также отметить, что при чрезвычайно высокой температуре механизмы преобразования энергии могут измениться, и, таким образом, предложенная двухтемпературная модель может не предсказать разницу температур.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 10. T _g и T _v как функция входной мощности на длину плазменного столба.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Поскольку скорость рассеивания тепла может быть увеличена за счет конвекции потока, скорость рассеивания тепла искусственно увеличивается вдвое, чтобы увидеть ее влияние на T _g и T _v , как показано на рисунке 10.Видно, что приращение тепловыделения уменьшает T _g и увеличивает T _v . Таким образом, конвекция потока вокруг плазменного столба может способствовать поддержанию плазмы в нетепловом состоянии при увеличении мощности. Согласно этому стационарному анализу, мы можем понять, что термализация плазменного столба зависит от входной мощности и рассеивания тепла. Уменьшение потребляемой мощности и введение турбулентной конвекции — это способы поддерживать нетепловую плазму.На практике плазменный столб всегда колеблется и далек от стационарного состояния. Следовательно, плазменный столб легче поддерживать в нетепловом состоянии.

С помощью комбинации термометрии рэлеевского рассеяния и численного моделирования исследовано тепловое состояние мощного плазменного столба тлеющего типа в потоке воздуха. Численное моделирование показывает, что во время начального пробоя в локализованном пятне происходит резкое повышение температуры, но его температура быстро падает из-за большого температурного градиента между окружающим холодным газом.На стадии скользящего свечения профили поступательной температуры и пиковая поступательная температура изменяются в зависимости от условий потока. При ламинарном и медленном потоке профиль T _g может быть почти круглым и хорошо имитируется моделью кондуктивной теплопередачи. Пиковая температура увеличивается со временем, поскольку входная мощность превышает рассеиваемую мощность. Когда вводится струйный поток, профиль T _g становится более динамичным и изменяется с течением времени.Вызванное потоком удлинение, растяжение и скручивание плазменного столба может снизить локальную входную плотность мощности. Кроме того, конвекция потока увеличивает градиент температуры, чтобы улучшить рассеивание тепла вокруг плазменного столба. В конце концов, пиковая поступательная температура и горячий объем вокруг плазмы уменьшаются.

Двухтемпературная модель, сочетающая поступательную и колебательную температуры, применяется для анализа нетеплового состояния плазмы.Это указывает на то, что плазма становится более тепловой, когда поступательная температура высока, а время релаксации V – T короткое. Турбулентный поток может улучшить рассеивание тепла, чтобы уменьшить T _g и скорость релаксации V – T для данной входной плотности мощности, и, таким образом, задержать или предотвратить термализацию плазменного столба. Следовательно, введение турбулентного потока является важным методом поддержания и даже управления тепловым состоянием плазмы промежуточного тока.

Вкратце, в данной работе представлены подробные сведения о передаче и балансе энергии в тлеющем разряде промежуточного тока, особенно под воздействием возмущения потока.Он обеспечивает метод анализа теплового состояния мощного тлеющего разряда, который представляет интерес для практических приложений, и подтверждает, что введение струйного обтекания плазменного столба является эффективным способом управления тепловыми состояниями.

Работа выполнена при финансовой поддержке Шведского энергетического агентства, Шведского исследовательского совета, Фонда Кнута и Алисы Валленберг и Европейского исследовательского совета.

Электрические дуги | Encyclopedia.com

Электропроводность в газах

Свойства дуги

Использование электрической дуги

Электрическая дуга — это электрический разряд между электродами в присутствии газов.В электрической дуге электроны испускаются нагретым катодом. Дуги могут образовываться при высоком, атмосферном или низком давлении и в различных газах. Они используются для ярких ламп, печей, резки и сварки, а также в качестве инструментов для спектрохимического анализа.

Газы состоят из нейтральных молекул и поэтому являются хорошими изоляторами; они не поставляют свободные электроны, которые могут двигаться и, таким образом, образовывать электрический ток. Однако при определенных условиях это изолирующее свойство нарушается, и ток может проходить через газ.С электрическим разрядом в газах связано несколько явлений; Среди них искра, темный (таунсендский) разряд, свечение, корона и дуга. В воздухе при обычных условиях электрическое поле напряженностью около 30 000 вольт на сантиметр отделяет электроны от молекул воздуха и позволяет протекать току — искру или дугу.

Для того, чтобы провести электричество, необходимы два условия. Во-первых, обычно нейтральный газ должен создавать заряды или принимать их из внешних источников, или и то, и другое.Во-вторых, должно существовать электрическое поле, вызывающее направленное движение зарядов. Заряженный атом или молекула, или ион может быть положительным или отрицательным; электроны — отрицательные заряды. В электрических устройствах электрическое поле создается между двумя электродами, называемыми анодом и катодом, сделанными из проводящих материалов. Процесс превращения нейтрального атома или молекулы в ион называется ионизацией. Ионизированный газ называется плазмой. Проводимость газов отличается от проводимости твердых тел и жидкостей тем, что газы играют активную роль в этом процессе.Однако газ не только позволяет проходить бесплатную зарядку, но и сам по себе может производить заряды. Кумулятивная ионизация происходит, когда исходный электрон и его потомок набирают достаточно энергии, чтобы каждый мог произвести еще один электрон. Когда процесс повторяется снова и снова, возникающий в результате процесс называется лавиной.

Для любого газа при заданном давлении и температуре существует определенное значение напряжения, называемое потенциалом пробоя , которое вызывает ионизацию. Приложение напряжения выше критического значения сначала вызовет увеличение тока из-за кумулятивной ионизации, а затем напряжение снизится.Если давление не слишком низкое, проводимость концентрируется в узком освещенном «искровом» канале. Получая энергию от тока, канал нагревается и может образовывать ударные волны. Природные явления — это молния и связанный с ней гром, которые состоят из высоких напряжений и токов, которые не могут быть достигнуты искусственно.

Дуга может возникать под высоким давлением после искры. Это происходит, когда достигаются установившиеся условия и напряжение низкое, но достаточное для поддержания требуемого тока.При низких давлениях переходная стадия искры приводит к тлеющему разряду, и дуга может позже образоваться при дальнейшем увеличении тока. В дугах термоэлектронный эффект отвечает за образование свободных электронов, которые испускаются горячим катодом. Сильное электрическое поле на металлической поверхности снижает барьер для электронной эмиссии и обеспечивает автоэмиссию . Однако из-за высокой температуры и большого тока некоторые механизмы возникновения дуги не могут быть легко изучены.

Электрическая дуга была впервые обнаружена в 1808 году британским химиком Хамфри Дэви. Он увидел яркое светящееся пламя, когда два углеродных стержня, проводящих ток, были разделены, и конвекционный поток горячего газа отклонил его в форме дуги. Типичные характеристики дуги включают относительно низкий градиент потенциала между электродами (менее нескольких десятков вольт) и высокую плотность тока (от 0,1 до тысяч ампер или выше). В проводящем канале существуют высокие температуры газа (несколько тысяч или десятков тысяч градусов Кельвина), особенно при высоких давлениях газа.Испарение электродов также является обычным явлением, и газ содержит молекулы материала электродов. В некоторых случаях может быть слышен шипящий звук, заставляющий дугу «петь». Градиент потенциала между электродами неоднороден. В большинстве случаев можно различить три различных участка: область, близкую к положительному электроду, называемую катодным падением ; область, близкая к отрицательному электроду, или анодный подъем ; и тело основной дуги. Внутри корпуса дуги существует равномерный градиент напряжения.Эта область электрически нейтральна, где кумулятивная ионизация приводит к тому, что количество положительных ионов равно количеству электронов или отрицательных ионов. Ионизация происходит в основном за счет возбуждения молекул и повышения температуры.

Область катодного падения составляет примерно 0,01 мм с разностью потенциалов менее примерно 10 вольт. Часто на катоде достигается термоэлектронная эмиссия. Электроды в этом случае изготовлены из преломляющих материалов, таких как вольфрам и углерод, а область содержит избыток положительных ионов и большой электрический ток.На катоде происходит переход от металлического проводника, в котором ток переносится электронами, к газу, в котором проводимость осуществляется как электронами, так и отрицательными ионами и положительными ионами. Газообразные положительные ионы могут свободно достигать катода и образовывать потенциальный барьер. Электроны, вылетающие из катода, должны преодолеть этот барьер, чтобы войти в газ.

На аноде происходит переход из газа, в котором и электроны, и положительные ионы проводят ток, в металлический проводник, в котором ток переносится только электронами.За некоторыми исключениями, положительные ионы не попадают в газ из металла. Электроны ускоряются по направлению к аноду и обеспечивают за счет ионизации запас ионов для колонки. Электронный ток может разогреть анод до высокой температуры, что сделает его термоэлектронным эмиттером, но испускаемые электроны возвращаются к аноду, внося свой вклад в большой отрицательный объемный заряд вокруг него. Оплавление электродов и введение их паров в газ увеличивает давление в их окрестностях.

Есть много типов дуговых устройств. Некоторые работают при атмосферном давлении и могут быть открытыми, а другие работают при низком давлении и поэтому закрыты в контейнере, например, в стекле. Свойство высокого тока в дуге используется в ртутных дуговых выпрямителях, таких как

Ключевые термины

Искусственная (горячая) дуга — Электрическая дуга, катод которой нагревается внешним источником для обеспечения термоэлектронной эмиссии, а не самим разрядом.

Дуга с холодным катодом — Электрическая дуга, работающая на материалах с низкой температурой кипения.

Термоэлектронная дуга — Электрическая дуга, в которой электронный ток от катода создается преимущественно за счет термоэлектронной эмиссии.

тиратрон. Применяется переменная разность потенциалов, и дуга передает ток только в одном направлении. Катод нагревается нитью накала.

Высокая температура, создаваемая электрической дугой в газе, используется в печах. Аппараты для дуговой сварки используются для сварки, при которой металл плавится и добавляется в соединение.Дуга может подавать только тепло, или один из ее электродов может служить расходуемым основным металлом. Плазменные горелки используются для резки, напыления и газового нагрева. Резку можно производить с помощью дуги, образованной между металлом и электродом.

Дуговые лампы обеспечивают высокую светоотдачу и большую яркость. Свет исходит от сильно раскаленных (около 7000 ° F [3871 ° C]) электродов, как в углеродных дугах , или от нагретых ионизированных газов, окружающих дугу, как в дугах пламени .Угольная дуга, в которой два угольных стержня служат в качестве электродов, была первым практическим коммерческим электрическим осветительным устройством и до сих пор остается одним из самых ярких источников света. Он используется в кинопроекторах для театров, в больших прожекторах и маяках. Дуги пламени используются в цветной фотографии и в фотохимических процессах, потому что они очень близки к естественному солнечному свету. Уголь пропитан летучими химическими веществами, которые при испарении загораются и попадают в дугу. Цвет дуги зависит от материала; материалом может быть кальций, барий, титан или стронций.В некоторых случаях длина волны излучения находится за пределами видимого спектра. Дуги ртути производят ультрафиолетовое излучение под высоким давлением. Они также могут излучать видимый свет в трубке низкого давления, если внутренние стенки покрыты флуоресцентным материалом, например люминофором; люминофор излучает свет при освещении ультрафиолетовым излучением ртути.

Другое использование дуг — клапаны (использовавшиеся на заре радио), а также в качестве источника ионов в ядерных ускорителях и термоядерных устройствах.Возбуждение электронов в дуге, в частности прямая электронная бомбардировка, приводит к узким спектральным линиям. Следовательно, дуга может предоставить информацию о составе электродов. Спектры металлических сплавов широко изучаются с помощью дуг; металлы соединяются с материалом электродов и при испарении дают отчетливые спектры.

См. Также Электроника.

Илана Штайнхорн

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Полная газификация целлюлозы в плазме тлеющего разряда | Journal of Wood Science

Условия плазменной обработки

На рисунке 2 показана типичная фотография, сделанная в темной комнате во время плазменной обработки фильтровальной бумаги в потоке N ₂ .Плазма имела слабое свечение в пурпурном свете. Три листа фильтровальной бумаги, уложенные стопкой на нижнем электроде, называются верхней, средней и нижней бумагой. Напряжение и ток на электродах при 100 Па составляли 356 В и 1,83 мА, соответственно, среднеквадратичное значение, а электрическая мощность, подводимая к плазме, оценивалась как 0,59 Вт (коэффициент мощности, PF = 0,90). При 20 Па это были 682 В, 1,75 мА и 1,16 Вт (коэффициент мощности = 0,97). Более высокая электрическая мощность при 20 Па связана с более высоким импедансом, потому что более низкое давление имеет тенденцию приводить к более низкой плотности ионов.Полное сопротивление можно оценить как 195 кОм (= 356 В / 1,83 мА) при 100 Па и 390 кОм (= 682 В / 1,83 мА) при 20 Па.

Рис. 2

Внешний вид плазменной обработки фильтровальной бумаги по N ₂ поток

Температура в камере постепенно повышалась во время работы тлеющего разряда и через несколько часов выходила на плато при 50 и 70 ° C при 100 и 20 Па соответственно. Пиролиз целлюлозы не происходит при таких низких температурах [8].

Характер разложения целлюлозы

В течение нескольких минут внешний вид фильтровальной бумаги не изменился, но когда обработка была продлена на несколько часов, разложение фильтровальной бумаги было ясно видно. На рис. 3 показано массовое процентное содержание всех трех фильтровальных бумаг, оставшихся после плазменной обработки в потоке N ₂ . Масса фильтровальной бумаги неуклонно уменьшалась в результате разложения целлюлозы в плазме тлеющего разряда и полностью исчезла через 92 ч при 100 Па без образования полукокса.Скорость разложения снижалась, когда давление снижалось до 20 Па. В этих условиях требовалось время для завершения разложения, так что обработка была прервана через 51 час. Рисунок 3 показывает, что поведение целлюлозы при разложении зависит от условий плазмы.

Рис. 3

Изменения массы фильтровальной бумаги всех трех после обработки в плазме тлеющего разряда с N ₂ при 20 Па / 1,19 Вт и 100 Па / 0,59 Вт

На рис. 4а показана фильтровальная бумага, обработанная при давлении 100 Па и потоке N ₂ .Из трех бумажных фильтров верхняя фильтровальная бумага разлагалась наиболее быстро. Разложение происходило в основном по краю верхней бумаги, но также и по центру. Две фильтровальные бумаги в среднем и нижнем положениях также разложились по краю и в центре, хотя они были скрыты за верхней бумагой. Цвет фильтровальной бумаги оставался почти белым, пока бумага не исчезла.

Рис. 4

Внешний вид фильтровальной бумаги, обработанной в плазме тлеющего разряда с N ₂ при и 100 Па / 0.59 Вт и b 20 Па / 1,16 Вт

На рис. 4b показан случай при 20 Па. Внешний вид значительно отличался от такового при 100 Па. Во-первых, разложение, по-видимому, происходит в основном в центре фильтровальной бумаги, а через 51 час в верхней бумаге было видно большое отверстие. Эта тенденция противоположна таковой на рис. 4а. Во-вторых, все три бумаги изменили цвет с белого на светло-кремовый на ранней стадии лечения. Верхняя бумага, которая подвергалась воздействию тлеющего разряда, была наиболее обесцвеченной, тогда как две другие бумаги за верхней бумагой изменили цвет незначительно.Сильно обесцвеченная область вокруг центра средней бумаги через 51 час является результатом отверстия на верхней бумаге.

На рис. 5 представлены хроматограммы ГПХ фракций, растворимых в ТГФ, из дериватизированной фильтровальной бумаги, обработанной в плазме тлеющего разряда при 100 Па вместе с необработанной фильтровальной бумагой. Этот анализ позволяет измерить молекулярно-массовое распределение целлюлозы. Небольшое количество образца (5 мг) для этого анализа было взято по краю верхней бумаги, которая оказалась наиболее разложенной.Распределение молекулярной массы кардинально не изменилось и было почти таким же, как у необработанной бумаги, даже несмотря на то, что оно было немного смещено в сторону более низкой молекулярной массы со временем обработки плазмой. Можно предположить, что разложение происходило только на поверхности образца, и целлюлоза внутри образца не пострадала от плазмы тлеющего разряда. Это может быть причиной того, что разложение целлюлозы в плазме тлеющего разряда происходит так долго.

Рис. 5

Гель-проникающая хроматограмма для растворимой в ТГФ части производных фенилкарбамата фильтровальной бумаги, обработанной в плазме тлеющего разряда с N ₂ при 100 Па / 0.59 Вт

Хотя поведение и роль ионов, электронов и других нейтральных частиц в плазме может быть сложным, мы даем простое объяснение вышеупомянутых явлений. На рис. 6а представлена ​​упрощенная модель внутри плазменной камеры. Ток разряда будет течь по электрическому пути, показанному серым, потому что фильтровальная бумага является электрическим изолятором. В результате над фильтровальной бумагой появится область без плазмы. Хотя ионы и электроны существуют на электрическом пути (область плазмы), эти заряженные частицы не могут попасть в область без плазмы, потому что на них влияет электрическое поле.Однако радикалы и возбужденные частицы могут перемещаться в область без плазмы, потому что они электрически нейтральны и свободны от электрического поля. В этих ситуациях, если ионы или электроны играют важную роль в разложении целлюлозы, фильтровальная бумага будет разлагаться только по внешнему краю, потому что заряженные частицы могут перемещаться по электрическому пути, который контактирует только на внешнем крае фильтровальная бумага. Разложение произошло на краю и вокруг центра фильтровальной бумаги, как показано на рис.4а, б. Следовательно, реакция целлюлозы может быть вызвана в основном радикалами и / или возбужденными частицами. В случае газа N ₂ известно много возбужденных состояний и мод диссоциации N ₂ [14], но текущее исследование не может указать, какие из них больше всего влияют на разложение целлюлозы.

Рис. 6

Объяснение разложения целлюлозы в плазме тлеющего разряда

На рисунке 6b показан расширенный чертеж. Часть реакционноспособных нейтральных частиц (радикалов и / или возбужденных частиц) может быть введена в небольшой зазор между фильтровальной бумагой.Средняя и нижняя бумаги могут быть разложены этими видами, как и наблюдалось, даже если эти бумаги не обращены непосредственно к плазме.

На рисунках 6c, d показано влияние перепада давления. Во-первых, мы обнаружили, что скорость разложения целлюлозы при 100 Па была выше, чем при 20 Па, как указано на рис. 3. Этот результат является разумным, поскольку более высокое давление приведет к более высокой плотности реактивных частиц в плазме. Во-вторых, длина свободного пробега активных частиц становится короче при более высоком давлении, потому что частота столкновений с другими частицами увеличивается.При 100 Па реактивным частицам трудно летать на большие расстояния из-за короткой длины свободного пробега, а край бумаги склонен к атаке реактивными частицами с малых расстояний, как показано на рис. 6c и как показано на рис. Рис. 4а. При 20 Па реактивные частицы могут перемещаться на большие расстояния и достигать центра фильтровальной бумаги, как показано на рис. 6г и 4б. Эти причины могут объяснить разницу в поведении разложения между рис. 4 а, б.

Продукты плазменной обработки целлюлозы

Хотя плазменная обработка фильтровальной бумаги проводилась неоднократно во время этого исследования, никаких веществ, таких как смола, не наблюдалось на каких-либо поверхностях реакционной камеры и вакуумных линий.После обработки при визуальном осмотре никаких веществ в ловушке с жидким азотом не обнаружено. Внутренняя часть ловушки была тщательно промыта небольшим количеством ионообменной воды, после чего вода была проанализирована с помощью высокоэффективной анионообменной хроматографии с высокочувствительным электрохимическим детектором согласно литературным данным [15], но без значимого пика. было получено на хроматограмме. Это свидетельство указывает на то, что фильтровальная бумага разложилась на газообразные продукты или, по крайней мере, летучие соединения примерно при комнатной температуре при пониженном давлении менее 100 Па.

Газообразные продукты были проанализированы на месте с помощью QMS, подключенного к вакуумной линии. На рисунке 7 показан результат при 100 Па и расходе N ₂ . Масс-спектр был измерен при включенной плазме, и I _blank — спектр, измеренный без фильтровальной бумаги, тогда как I _P — спектр, измеренный с фильтровальной бумагой. Ожидается, что значение I _p — I _blank представляет количество газообразных продуктов из целлюлозы.Следует отметить, что значимого пика в диапазоне выше 50 Да обнаружено не было. В холостом измерении ( I _пустой ) на рис. 7a максимальный пик существует при 28 Да как N ₂ , а пики при 2, 18, 32 и 40 Да считаются H ₂ , H ₂ O, O ₂ и Ar, соответственно, в качестве примесных газов. Остальные пики представляют собой фрагменты следующих газов: 1 Да — H из H ₂ и H ₂ O; 12 Da представляет собой C из CO ₂ ; 14 Da представляет собой N из N ₂ и 16 Da представляет собой O из H ₂ O, O ₂ и CO ₂ [16].

Рис. 7

Квадрупольная масс-спектрометрия газообразных продуктов из фильтровальной бумаги, обработанной плазмой тлеющего разряда с N ₂ при 100 Па / 0,59 Вт

В данных, измеренных с помощью фильтровальной бумаги ( I _p ), некоторые повышенные пики считаются продуктами из целлюлозы, а на рис. 7b показан результат вычитания ( I _p — I _blank ). Этот график показывает получение H ₂ , H ₂ O, CO и CO ₂ из целлюлозы путем обработки плазмой тлеющего разряда.Однако доказательства образования CO (28 Да) являются слабыми, потому что эта атомная масса перекрывается с N ₂ и фрагментом из CO ₂ . Влияние фрагмента может быть незначительным, поскольку ионный ток CO, происходящего из CO ₂ , как сообщается, составляет только около 20% от CO ₂ [16]. Чтобы исключить эффект перекрытия с N ₂ , поток газа был изменен с N ₂ на Ar, и результат показан на рис. 8. Максимальный пик существует при 40 Да (Ar), а пик при 28 Da (N ₂ ) уменьшается в холостом измерении.Таким образом, разница между I _p и I _{заготовкой} при 28 Да увеличивается по сравнению со случаем на фиг. 7 и указывает на получение CO из целлюлозы с хорошей надежностью.

Рис. 8

Квадрупольная масс-спектрометрия газообразных продуктов из фильтровальной бумаги, обработанной плазмой тлеющего разряда с Ar при 100 Па

Патент США на патент на лампу с отрицательным тлеющим разрядом (Патент № 5,021,718, выданный 4 июня 1991 г.)

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ

Настоящее изобретение в целом относится к лампам с отрицательным тлеющим разрядом и, в частности, относится к лампе с отрицательным тлеющим разрядом, в которой используется натриевый наполнитель, излучающий видимый свет при возбуждении.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В большинстве ламп отрицательного тлеющего разряда обычно используется ртутный наполнитель, который излучает ультрафиолетовое излучение при возбуждении в сочетании с благородным газом, таким как неон. Затем ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет с помощью оболочки, покрытой люминофором. Ниже приведены типичные образцы ртутных ламп тлеющего разряда с отрицательным наклоном, описанных в предшествующем уровне техники: Патент США No. №№ 4 521 718; 4,518,897; 4,516,057; 4,494,046; 4450380; 4 413 204.Среди прочего, следует отметить, что с лампами этого типа возникают потери энергии, связанные с вышеупомянутым процессом преобразования, что приводит к неэффективной передаче энергии.

В дополнение к вышеупомянутым ртутным газоразрядным лампам в известном уровне техники также раскрыта натриевая лампа низкого давления. Эти лампы работают в режиме положительного столба, и один недостаток, связанный с этими лампами, заключается в том, что они излучают только желтый свет в пределах видимого спектра из-за использования электронов возбуждения с низкой энергией.Таким образом, у этих ламп существует очень узкое спектральное расположение, и они, как правило, неэффективны для обеспечения «белого» света.

В книге Сэнборна С. Брауна «Введение в электрические разряды в газах» (Wiley & Sons, 1966, Нью-Йорк), в главе 13 «Тлеющие разряды» описаны некоторые параметры, относящиеся к лампам тлеющего разряда. Они описывают цвет режима отрицательного свечения натриевого разряда как «беловатый». В этой книге предлагается использовать натрий в лампе тлеющего разряда только в связи с работой с холодным катодом.Эти лампы характеризуются относительно узкой спектральной характеристикой.

ОБЪЕКТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание лампы с отрицательным тлеющим разрядом, характеризующейся более эффективной передачей энергии. В частности, целью изобретения является устранение необходимости преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет в лампе с отрицательным тлеющим разрядом.

Другой целью настоящего изобретения является создание газоразрядной лампы отрицательного тлеющего разряда, в которой используется предпочтительный натриевый наполнитель, обеспечивающий широкий спектральный выход, поддерживаемый вокруг катода в так называемой области отрицательного свечения газоразрядной лампы.

Еще одно возражение настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить лампу с отрицательным тлеющим разрядом, имеющую горячий катод и характеризующуюся эмиссией электронов при значительно более низких напряжениях и более высокой плотности электронов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеупомянутых и других задач, признаков и преимуществ изобретения предоставляется лампа с отрицательным тлеющим разрядом, которая сконструирована из светопропускающей оболочки, имеющей поддерживаемые в ней электродные средства для создания отрицательного свечения в лампе.Улучшение в соответствии с настоящим изобретением заключается в обеспечении наполняющего материала, который, в частности, представляет собой металл, предпочтительно натрий, который при возбуждении непосредственно излучает видимый свет. Этот металл выбран так, чтобы иметь резонансное излучение в видимой части спектра. Чтобы повысить давление паров металла (например, натрия), температуру холодного пятна повышают до уровня в диапазоне 200 ° С. С.-300 ° С. Предпочтительно это достигается за счет уменьшения размера колбы лампы и, таким образом, увеличения мощности нагрузки, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры.Лампа по настоящему изобретению отличается гораздо более высокой эффективностью преобразования энергии, чем ее чистый ртутный аналог, благодаря тому, что люминофор не требуется в процессе преобразования для получения видимого света в соответствии с натриевой лампой с отрицательным разрядом. изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Многочисленные другие объекты, особенности и преимущества изобретения теперь должны стать очевидными после прочтения следующего подробного описания, взятого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

РИС.1 — схематическая диаграмма лампы отрицательного тлеющего разряда, сконструированной в соответствии с принципами настоящего изобретения; и

РИС. 2 показан промежуточный этап изготовления лампы, в частности, связанный с ее наполнением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Здесь описано и с конкретной ссылкой на фиг. 1 и 2, газоразрядная лампа, которая работает в режиме отрицательного свечения, при этом используемый разрядный газ представляет собой металл, предпочтительно натрий, в присутствии инертного газа, такого как неон.Конкретный материал наполнителя представляет собой металл, предпочтительно имеющий резонансное излучение в видимой части спектра и имеющий достаточно высокое давление паров. В связи с этим в предшествующих лампах с отрицательным тлеющим разрядом использовался разряд ртути и, следовательно, требовался люминофор для преобразования ультрафиолетового света в видимое излучение.

Как указывалось ранее, настоящее изобретение предлагает использование натрия или других подходящих газов на основе металлов в режиме отрицательного свечения газового разряда.Лампа работает с горячим катодом. «Беловатый» цвет, исходящий из разряда из-за электронов высокой энергии, выходящих из режима катодного падения, обеспечивает превосходную цветопередачу, особенно по сравнению со стандартными натриевыми лампами низкого давления, которые излучают только монохроматическое желтое излучение из-за возбуждения только низкой энергии Максвелловские электроны. С другой стороны, в соответствии с настоящим изобретением из режима катодного падения выходят высокоэнергетические электроны.Эти высокоэнергетические электроны служат для возбуждения заполняющего материала, излучающего излучение в видимом спектре. Поскольку электроны высокой энергии вызывают возбуждение не только резонансных уровней натрия, которые испускают желтое излучение, но также и более высоких возбужденных уровней, которые излучают зеленое и синее излучение, общий эффект — более белый цвет, что обеспечивает превосходный внешний вид.

В соответствии с настоящим изобретением лампа накаливания работает с горячим катодом. Таким образом, электронная эмиссия происходит при значительно более низких напряжениях и с гораздо большей электронной плотностью, чем при работе с холодным катодом.Высокая концентрация электронов позволяет генерировать световой поток, достаточный для практического использования устройства. С другой стороны, электронная плотность холодного катода чрезвычайно мала, так что при обычных напряжениях (несколько сотен вольт) количество получаемого света находится в диапазоне десятков люменов.

Кроме того, при использовании работы с горячим катодом функция распределения электронов по энергиям (EEDF) такова, что имеется значительная часть электронов с высокой энергией. Эти высокоэнергетические электроны могут за один шаг возбудить верхние электронные уровни, например, натрия, который обеспечивает синие и зеленые фотоны в дополнение к желтым (каскадно), чтобы получить более белый цвет.

Поскольку видимый свет испускается сразу после возбуждения заполняющего материала, исключаются потери, связанные с преобразованием ультрафиолетового излучения в видимый свет. Настоящее изобретение устраняет необходимость использования стеклянной оболочки с люминофорным покрытием, обычно используемой с ртутными газоразрядными лампами отрицательного тлеющего разряда.

Предполагается, что лампа такого типа будет иметь гораздо более высокую эффективность преобразования энергии, чем ее чистый ртутный аналог, в силу того факта, что люминофор не требуется в процессе преобразования для получения видимого света.

Как указывалось ранее, одним из преимуществ настоящего изобретения является получаемый широкий спектр выходного сигнала. Поскольку это режим работы с отрицательным свечением, разряд натрия «беловатый». В дополнение к доминирующим монохроматическим желтым D-линиям высокоэнергетические электроны способны возбуждать синие и зеленые линии, улучшая цветопередачу, что не происходит в положительном столбце.

Еще одно преимущество лампы по настоящему изобретению и ее особого режима работы состоит в том, что при более низких давлениях инертного газа получают все большие и большие трещины, связанные с электронами с высокой энергией.Обычно при давлении 10 или более торр инертного газа функция распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) становится максвелловской, и доля электронов высоких энергий существенно уменьшается. Следовательно, желательно поддерживать давление ниже примерно 3 торр, чтобы максимизировать долю высокоэнергетических электронов и при этом получить приемлемый срок службы лампы. С другой стороны, при очень низких давлениях катодное испарение сокращает срок службы лампы и сокращает срок ее эксплуатации.

Ссылаясь на фиг. 1 показана лампа с отрицательным тлеющим разрядом для постоянного тока.Колба 10 лампы, изготовленная из светоизлучающего натрийустойчивого вещества, такого как многослойное стекло, определяет разрядный объем 12. Разрядный объем 12 содержит заполняющий материал, который излучает видимый свет при возбуждении. Наполнитель состоит из газа на основе металла, предпочтительно натрия, и благородного газа. Подходящий благородный газ — неон. В разрядном объеме оболочки лампы также заключены анод 14, опорные выводы 16 и катод 18. Стандартный узел крепления электродов 28 используется для поддержки электродов посредством опорных выводов внутри оболочки 10.

РИС. 1 показана лампа накаливания, которая в этом конкретном варианте адаптирована для работы в режиме постоянного тока. Лампа включает в себя, как указывалось ранее, два электрода 14 и 18, расположенных близко друг к другу на расстоянии примерно 1,5 см. Один из электродов покрыт излучающим материалом для усиления термоэмиссионного разряда электронов и действует как катод 18. Другой электрод остается оголенным, чтобы служить анодом 14. Режим работы демонстрирует превосходное сохранение просвета и более длительный срок службы по сравнению с к работе от переменного тока.Поскольку в этом режиме появляются электроны с высокой энергией, получается превосходная цветопередача, включая синие и зеленые линии, по сравнению со стандартными натриевыми лампами низкого давления, которые излучают только монохроматическое желтое излучение.

К этому моменту описание в связи с фиг. 1 был для режима работы постоянного тока. Однако следует понимать, что принципы настоящего изобретения могут также использоваться для режима работы переменного тока, а также для других режимов работы, таких как импульсный режим.

Чтобы повысить давление паров металла (например, натрия), температуру холодного пятна необходимо поднять до уровня не менее 100 ° C. И предпочтительно до уровня в диапазоне 200 ° С. С.-300 ° С. Этого можно достичь, среди прочего, уменьшив размер колбы и тем самым увеличив мощность нагрузки, которая, в свою очередь, повысит температуру. Из соображений безопасности рекомендуется заключать лампу в наружный кожух, который будет намного холоднее на ощупь.В этом отношении обратитесь к фиг. 1 и вакуумированный внешний стеклянный кожух 22. Кожух 22 предпочтительно покрыт материалом, отражающим инфракрасное излучение, который способствует повышению температуры холодного пятна лампы для достижения оптимального давления паров натрия. Это давление пара обычно составляет от 1,0 до 4,0 · 10 -3 торр. Используемое давление неонового газа составляет от 2 до 3 торр.

Стеклянная оболочка 10, используемая для изготовления лампы, сделана из многослойного стекла, которое, как известно, минимизирует миграцию натрия через стены.

Предыдущие лампы с отрицательным тлеющим разрядом использовали разряд ртути и люминофор для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет. Поскольку в настоящем изобретении используется разряд натрия и исключается этап трансляции, достигается более эффективная передача энергии.

В связи с способом изготовления лампы в соответствии с настоящим изобретением можно также сделать ссылку на фиг. 2, который по существу показывает промежуточную стадию в способе производства, стадию, в частности, относящуюся к обеспечению натриевого наполнителя.

Более конкретно, фиг. 2 показана таблетка 24 натрия, которая помещается в выхлопную трубу 26, соединенную с колпаком 10 лампы. Узел 28 крепления электродов состоит из пары сдвоенных пластинчатых стержней, охватывающих отрезки проволоки с шариками диаметром 0,01 дюйма. К нему прикреплены кусочки никелевой подводящей проволоки диаметром 0,02 дюйма. Электроды зажимаются на концах каждого вывода, расстояние между электродами составляет примерно 1,5 см. Один из спиральных электродов покрыт эмиссионным покрытием, полученным из стандартной смеси, и служит катодом 18; другой электрод остается свободным от покрытия и служит анодом 14.

Затем лампу откачивают и запекают в печи до температуры примерно 400 ° С. Катод, которому для эффективной работы требуются высокие температуры, активируется в плотно закрытом вакууме, нагревая его примерно до 1250 ° С. Гранулы натрия 24 плавятся путем быстрого нагревания их радиочастотным полем, чтобы сделать их жидкими. Затем используется выброс неонового газа (приблизительно 700 торр), чтобы заставить жидкую массу натрия попасть в стеклянную оболочку. Затем лампу наполняют неоновым газом от 2 до 3 торр и выключают.Наконец, лампу устанавливают в кожух 22, как показано на фиг. 1. В этой связи следует отметить, что кожух 22 может использоваться или не использоваться с ламповой конструкцией.

Как указывалось ранее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения газообразный натрий используется в режиме отрицательного свечения газоразрядной лампы. Это увеличивает эффективность лампы по сравнению с ртутными лампами с отрицательным тлеющим разрядом и обеспечивает лучшую цветопередачу по сравнению со стандартными натриевыми лампами низкого давления.

Эффективность лампы оценивается примерно в 120 люмен на ватт (LPW) при рабочем напряжении 11 вольт и токе разряда 2,0 ампер. Это повышение эффективности в 3-4 раза по сравнению с ртутными лампами с отрицательным тлеющим разрядом и, следовательно, более эффективное средство преобразования электрической энергии в энергию света.

Как указывалось ранее, предпочтительным заполняющим материалом является натриевый наполнитель для лампы, однако также могут использоваться другие газы на основе металлов, если они имеют резонансное излучение в видимой части спектра и, кроме того, имеют пар давление достаточно высокое.Давление пара должно быть не менее 6 микрон при температуре не более 400-500 ° С. Снова, хотя натрий является предпочтительным, другие газы на основе металлов, которые можно использовать, включают таллий и литий или их различные комбинации.

Чтобы создать эффективную натриевую лампу отрицательного накаливания с более белым цветом, желательно генерировать достаточное количество электронов с энергией около 5-7 эВ. Вообще говоря, эти уровни энергии могут быть достигнуты только с помощью горячего катода при указанных условиях.Этот режим работы обеспечивает генерацию синих и зеленых фотонов, что обеспечивает значительное улучшение цвета, особенно по сравнению с натриевыми лампами низкого давления.

Хотя был проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в него могут быть внесены различные модификации, не выходящие за рамки сущности изобретения или объема прилагаемой формулы изобретения. Например, лампа может быть одноцокольной или двухцокольной.

Электрический разряд при электрохирургии | Научные доклады

1

Поллак, С. В., Каррутерс, А., Грекин, Р. К. История электрохирургии. Dermatol. Surg. 26 , 904–908 (2000).

Артикул CAS Google ученый

2

Massarweh, N. N., Cosgriff, N. & Slakey, D. P. Электрохирургия: история, принципы, текущее и будущее использование. J. Am. Coll. Surg. 202 , 520–530 (2006)

Артикул Google ученый

3

Канади, Дж., Уайли, К. и Раво, Б. Коагуляция аргоновой плазмы и будущее применение двухрежимных эндоскопических зондов. Rev. Гастроэнтерол. Disord. 6 , 1–12 (2006)

PubMed Google ученый

4

Каассис, М., Оберти, Ф., Буртин, П., Бойер, Дж.Коагуляция аргоноплазмы для лечения лучевого проктита. Эндоскопия 32 , 673–676 (2000).

Артикул CAS Google ученый

5

Fantin, A.C., Binek, J., Suter, W. R. & Meyenberger C.. Коагуляция пучком аргона для лечения симптоматического лучевого проктита. Гастроинтест. Endosc. 49 , 515–518 (1999).

Артикул CAS Google ученый

6

Силва, Р.A. et al. Коагуляционная терапия аргоноплазмой при геморрагическом лучевом проктосигмоидите. Gastrointest Endosc. 50 , 221–224 (1999).

Артикул CAS Google ученый

7

Grade, A.J., Shah, I.A., Medlin, S.M. & Ramirez, F.C. Эффективность и безопасность терапии аргоноплазменной коагуляцией пищевода Барретта. Гастроинтест. Endosc. 50 , 18–22 (1999).

Артикул CAS Google ученый

8

Перейра-Лима, Дж.C. et al. Коагуляция аргоновой плазмы с настройкой высокой мощности для ликвидации пищевода Барретта. г. J. Gastroenterol. 95 , 1661–1668 (2000).

Артикул CAS Google ученый

9

Van Laethem, J. L. et al. Коагуляция аргоновой плазмы при лечении дисплазии Барретта высокой степени и аденокарциномы in situ. Эндоскопия 33 , 257–261 (2001).

Артикул CAS Google ученый

10

Ролахон, А., Papillon, E. & Fournet, J. Является ли коагуляция аргоновой плазмой эффективным методом лечения сосудистых мальформаций пищеварительной системы и лучевого проктита? Гастроэнтерол. Clin. Bio. 24 , 1205–1210 (2000).

CAS Google ученый

11

Скотт Д., Шашурин А., Канади Дж. И Кейдар М. Временная эволюция разряда в электрохирургической системе US Medical Innovations SS-200E / Argon-2. IEEE Trans.Plasma Sci. 42, 2742 — 2743 (2014).

12

Stoffels, E. et al. Плазменная игла для лечения in vivo: последние разработки и перспективы. Источники плазмы Sci. Technol. 15 , S169 – S180 (2006).

Артикул CAS Google ученый

13

Шашурин, А., Ли, Дж., Чжуанг, Т., Кейдар, М., и Бейлис, И. I. Применение электростатического зонда Ленгмюра в плазме атмосферной дуги, создающей наноструктуры Phys . Плазма 18 , 073505 (2011).

ADS Статья CAS Google ученый

14

Белостоцкий, С. Г., Доннелли, В. М., Эконому, Д. Дж. И Садеги, Н. Измерения плотности метастабильного аргона (1s5) в микроразряде высокого давления с использованием диодной лазерной абсорбционной спектроскопии IEEE Trans . Plasma Sci. 37, 852 — 858 (2009).

15

Доннелли, В.М., Белостоцкий, С. Г., Эконому, Д. Дж., Садеги, Н. Лазерное томсоновское рассеяние, комбинационное рассеяние света и лазерная абсорбционная диагностика микроразрядов высокого давления. J. Phys .: Conf. Сер. 227 , 012011 (2010).

Google ученый

16

Ван, К., Колева, И., Доннелли, В. М., Эконому, Д. Дж. Диагностика с пространственным разрешением микроплазмы гелия постоянного тока при атмосферном давлении. J. Phys.D: Прил. Phys. 38 , 1690–1697 (2005).

ADS Статья CAS Google ученый

17

Белостоцкий С.Г. и др. Измерение температуры и плотности электронов в микроразряде аргона методом томсоновского рассеяния лазера. Заявл. Phys. Lett. 92 , 221507 (2008).

ADS Статья CAS Google ученый

18

Wagenaars, E., Ганс, Т., О’Коннелл, Д. и Ниеми, К. Измерения флуоресцентной флуоресценции атомарного азота в высокочастотной плазменной струе атмосферного давления, вызванной двухфотонным абсорбционным лазером. Источники плазмы Sci. Technol. 21 , 042002 (2012).

ADS Статья CAS Google ученый

19

Wang, Q. et al. Экспериментальное и теоретическое исследование влияния потока газа на температуру газа в микроплазме атмосферного давления. J. Phys. D: Прил. Phys. 40 , 4202–4211 (2007).

ADS Статья CAS Google ученый

20

Winter, J. et al. Понимание микроплазмы. arXiv , 1104.5385 (2011).

21

ван Гессель, А. Ф. Х., Карбоне, Э. А. Д., Брюггеман, П. Дж., Ван дер Муллен, Дж. Дж. А. М. Лазерное рассеяние на плазменной струе атмосферного давления: распутывание рэлеевского, комбинационного и томсоновского рассеяния. Источники плазмы Sci. Technol. 21 , 015003 (2012).

ADS Статья CAS Google ученый

22

Шашурин А., Шнейдер М. Н. и Кейдар М. Измерение электронной плотности в малой атмосферной плазме с временным разрешением. Заявл. Phys. Lett. 96 , 171502 (2010).

ADS Статья CAS Google ученый

23

Шнейдер, М.Н. и Майлз, Р. Б. Микроволновая диагностика малых плазменных объектов. J. Appl. Phys. 98 , 033301 (2005).

ADS Статья CAS Google ученый

24

Догариу А., Шнейдер М. Н. и Майлз Р. Б. Универсальное радиолокационное измерение скорости потери электронов в воздухе Прил. . Phys. Lett. 103 , 224102 (2013).

Google ученый

25

Чжан, З., Шнейдер, М. Н. и Майлз, Р. Б. Микроволновая диагностика лавинной ионизации, вызванной лазером в воздухе. J. Appl. Phys. 100 , 074912 (2006).

ADS Статья CAS Google ученый

26

Шашурин А., Шнейдер М. Н., Догариу А., Майлз Р. Б. и Кейдар М. Временное поведение струи холодной атмосферной плазмы. Заявл. Phys.Lett. 94 , 231504 (2009)

ADS Статья CAS Google ученый

27

Лю, Х., Найдис, Г. В., Ларусси, М., Остриков, К. Направленные волны ионизации: теория и эксперименты. Phys. Отчет 540 , 123–166 (2014).

ADS Статья CAS Google ученый

28

Keidar, M. et al. Холодная атмосферная плазма в терапии рака. Phys. Плазмы 20 , 057101 (2013).

ADS Статья CAS Google ученый

29

Канади, Дж., Шашурин, А., Вили, К., Фиш, Н. Дж. И Кейдар, М. Характеристика параметров плазмы и повреждений тканей, вызванных плазменными электрохирургическими системами. Plasma Med. 3 , 279–289 (2013).

Артикул Google ученый

30

Райзер Ю. П. в Физика газового разряда (Springer-Verlag: Berlin., 1991).

31

Райзер, Ю. П. Шнейдер, М. Н., Яценко, Н. А. Радиочастотные емкостные разряды 167-211 (CRC Press: Бока-Ратон, Флорида., 1995).

32

Джонс Р. К. Обобщение проблемы диэлектрического эллипсоида. Phys. Ред. 68 , 93–96 (1945).

ADS MathSciNet Статья Google ученый

33

Майкл, Дж.

No related posts.