Презентация, доклад по электротехнике:Ток в газах

Е!

газах;
12.2.Несамостоятельный газовый разряд;
12.3. Самостоятельный газовый разряд;
12.4. Типы разрядов;
12.5. Применение газового разряда;
12.6. Понятие о плазме

ионов одного знака; N/V = n – концентрация ионов
∆ni – число пар ионов возникающих под действием ионизатора за 1 сек в единице V
∆nr – число пар ионов рекомбинирующих за 1 сек в единице объема
∆nj – число пар ионов уходящих из газоразрядного промежутка к электродам за 1 сек
и – скорости направленного движения положительных и отрицательных ионов
μ – подвижность ионов
q – заряд, переносимый ионами
– плотность тока
– напряженность электрического поля
d – расстояние между электродами

без поля.
∆ni = ∆nr + ∆nj – условие равновесия ионов в электрическом поле.
1) Случай слабого поля ∆nj << ∆nr
– плотность тока в цепи
и
Обозначим nq(μ+ + μ–) = σ – удельная проводимость тогда
Закон Ома в дифференциальной форме
2) Случай сильного поля
∆nr <<∆nj и ∆ni = ∆nj (∆nr→0)
∆ni – не зависит от E
Iн – ток насыщения
jн = Nqd – плотность тока насыщения

что под действием высокой температуры или некоторых лучей молекулы газа теряют электроны и тем самым превращаются в положительные ионы.
Ионизация газа может происходить под действием коротковолнового излучения – ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма – лучей, а также альфа, бета – и космических лучей.
Одновременно с процессом ионизации идёт обратный процесс рекомбинации (иначе - молизации).
Рекомбинация – это нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона и электрона в нейтральную молекулу (атом).
Факторы, под действием которых возникает ионизация в газе, называют внешними ионизаторами, а возникающая при этом проводимость называется несамостоятельной проводимостью.

закону Ома.

носит название тока насыщения.

Сильное поле

∆nr << ∆nj и ∆ni = ∆nj (∆nr→0)

усиление разрядного тока.

роль в исчезновении зарядов из газоразрядного промежутка играет процесс рекомбинации, имеет место закон Ома (

); при больших полях

закон Ома не выполняется – наступает явление насыщения, а при полях превышающих

– возникает лавина зарядов, обуславливающая значительное увеличение плотности тока.

наличии электрического поля,
может существовать только под действием внешнего
ионизатора.

по сравнению с j/ql . Это означает, что практически все
возникающие ионы достигают электродов, не успев
рекомбинировать. При этом условии соотношение (12.2.5)
принимает вид

откуда . (12.2.12)

Плотность тока (12.2.12) создается всеми ионами, порождаемыми
ионизатором в заключенном между электродами столбе газа с
единичным поперечным сечением. Следовательно, эта плотность
является наибольшей при данной интенсивности ионизатора и
величине межэлектродного промежутка l. Ее называют плотностью
тока насыщения jнасыщ.. График функции (12.2.7) изображен на рис 12.2.

∆ni = j/ql,

j = q ∆ni l

объясняется тем, что порождаемые
внешним ионизатором электроны за время свободного пробега успевают приобрести энергию, достаточную для того, чтобы, столкнувшись с молекулой, вызвать ее ионизацию (ионизация ударом). Возникшие при этом свободные электроны, разогнавшись, в свою очередь вызывают ионизацию. Т.о., происходит лавинообразное размножение первичных ионов, созданных внешним ионизатором, и усиление разрядного тока.

Рис. 12.2

тока возникают в результате тех процессов в газе, которые обусловлены приложенным к газу напряжением.
Т. е. данный разряд продолжается и после прекращения действия ионизатора.

пробой.
Напряжение, при котором происходит пробой межэлектродного промежутка, называется пробивным напряжением.

возрастает. Это происходит вследствие того, что возникающие под действием внешнего ионизатора электроны, сильно ускоренные электрическим полем, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют их. В результате этого образуются вторичные электроны и положительные ионы (процесс 1)

электроны (процесс 2);

переход таких молекул в основное состояние сопровождается испусканием фотонов (процесс 3);

(процесс 4);

положительные ионы, обладающие меньшей длиной свободного пробега, чем электроны, приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа (процесс 6), и к отрицательной пластине устремляются ионные лавины.
Когда возникают, кроме электронных лавин, еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличения напряжения.

электродами газового промежутка ток сильно возрастает. Это происходит вследствие того, что возникающие под действием внешнего ионизатора электроны, сильно ускоренные электрическим полем, сталкиваются с нейтральными молекулами газа и ионизируют их, в результате чего образуются вторичные электроны и положительные ионы (процесс 1).
2) ускоренные электрическим полем положительные ионы, ударяясь о катод, выбивают из него электроны (процесс 2);
3) положительные ионы, сталкиваясь с молекулами газа, переводят их в возбужденное состояние; переход таких молекул в основное состояние сопровождается испусканием фотонов (процесс 3);
4) фотон, поглощенный нейтральной молекулой, ионизирует ее, происходит процесс фотонной ионизации молекул (процесс 4);
5) выбивание электронов из катода под действием фотонов (процесс 5);
6) наконец, при значительных напряжениях между электродами газового промежутка наступает момент, когда положительные ионы, обладающие меньшей длиной свободного пробега, чем электроны, приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа (процесс 6), и к отрицательной пластине устремляются ионные лавины. Когда возникают, кроме электронных лавин, еще и ионные, сила тока растет уже практически без увеличения напряжения.

внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:
тлеющий разряд;
искровой разряд;
дуговой разряд;
коронный разряд.

стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами.
Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой

темное пространство; 4. Тлеющее свечение; 5. Фарадеево темное пространство; 6. Положительный столб.

Он характеризуется прерывистой формой.
По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга.
Эти полоски называют искровыми каналами.

его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.

рисунке изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3с
силой тока 104 – 105 А, длиной 20 км

равна примерно 25 000°С,
продолжительность разряда
составляет доли секунды.

кВ/см

постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом.

сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт.
Дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода.
На практике – это сварка, мощные дуговые печи.

высоких давлениях газа (порядка атмосферного).
Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).

примерно 3∙106 В/м, вокруг него возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.

являются точные приборы, которые можно разделить на следующие групп шесть групп.

● Тиратроны и газотроны тлеющего разряда.
● Стабиллитроны тлеющего и коронного разрядов.
● Счётчики коммутаторные векотроны.
● Индикаторы тлеющего разряда.
● Газотроны тиратроны с наполненным катодом.
● Импульсные водородные тиратроны с наполненным катодом.

Они используются для стабилизации напряжения, защиты от перенапряжения, выполнения переключательных функций, индикации электрического состояния и т. д.

В последнее время для повышения защиты уязвимых и ответственных объектов, например, пусковых комплексов ракет, пытаются реализовать различные формы управления молнией, в частности лазерное инициирование молнии.
Лазерное инициирование основано на создании в воздухе ионизованного канала с помощью лазерного излучения.

вследствие высокой эффективности ударной ионизации, причем концентрация ионов и электронов одинакова.
Такая система из электронов и положительных ионов, распределенных с одинаковой концентрацией, называется плазмой.

Плазма, в которой выполняется равенство:

(где индексы «э», «и», «а» относятся к электронам, ионам, атомам) называется изотермической.
Такая плазма имеет место при ионизации с помощью высокой температуры (дуга, горящая при атмосферном и выше давлении, искровой канал); например, в дуге сверхвысокого давления (до 1000 атм.) температура плазмы достигает 10000 К, температура плазмы при термоядерном взрыве – порядка нескольких десятков миллионов градусов, в установке «ТОКАМАК» для исследования термоядерных реакций – порядка 7∙106 K.

электрическими полями, связанное с ее высокой электропроводностью;
б) специфическое коллективное взаимодействие частиц плазмы, осуществляющееся через усредненные электрические и магнитные поля, которые создают сами эти частицы;
в) благодаря коллективным взаимодействиям плазма ведет себя как своеобразная упругая среда, в которой легко возбуждаются и распространяются различного рода колебания и волны (например, ленгмюровские колебания плазмы);
г) во внешнем магнитном поле плазма ведет себя как диамагнитная среда;
д) удельная электрическая проводимость полностью ионизованной плазмы не зависит от плотности плазмы и увеличивается с ростом термодинамической температуры, и при Т ≥ 107 К столь велика, что плазму можно приближенно считать идеальным проводником

и другие звезды состоят из полностью ионизованной высокотемпературной плазмы. Основной источник энергии излучения звезд – термоядерные реакции синтеза, протекающие в недрах звезд при огромных температурах.

Земли. С процессами, происходящими в этой плазме, связаны такие явления, как магнитные бури, нарушения дальней радиосвязи и полярные сияния

проблемы управляемого термоядерного синтеза – процесс слияния легких атомных ядер при высоких температурах в управляемых условиях. Энергетический выход реактора составляет 105 кВт/м3

при температуре 108 К.

Схема токамака

камерой

Осуществление управляемой термоядерной реакцией в высокотемпературной плазме позволит человечеству в будущем получить практически неисчерпаемый источник энергии.

преобразования внутренней энергии ионизованного газа в электрическую. Этот метод осуществлен в магнитогазодинамическом генераторе

современных телевизорах с плоским плазменным экраном.
Ионизация плазмы в плоском экране происходит в газовом разряде. Разряд возникает при бомбардировке молекул газа электронами, ускоренными электрическим полем − самостоятельный разряд.

миллиона маленьких плазменных ячеек, собранных в триады RGB – пиксели (pixel – picture element).