Разряд дуговой постоянного тока — Справочник химика 21

    В книге, написанной коллективом американских авторов, после краткого изложения основ физики газового разряда (тлеющего, дугового постоянного тока, высокочастотного) дана характеристика электроду говых подогревателей (плазматронов) и приведены некоторые простейшие критерии моделирования. Далее описаны конструкции высокочастотных плазматронов и их применение, например для выращивания кристаллов, и в плазмохимической технологии, в частности для реакций разложения хлоруглеводородов. Специальная глава посвящена генерации сверхвысокочастотной плазмы, характеризующейся значительным различием между температурой (энергией) электронов и температурой тяжелых частиц, т. е. неравновесностью. [c.5]

    Для генерации низкотемпературной плазмы наиболее широко применяют дуговые разряды на постоянном и переменном токе, а также высокочастотный разряд [1]. Относительно редко используют тлеющий разряд на постоянном токе и барьерный разряд. Менее удобными для организации технологических процессов являются способы получения плазмы с помощью импульсного разряда, ударных труб или оптических квантовых генераторов, поскольку такая плазма существует в течение короткого промежутка времени (от 10-5 до 10-1 с). 

[c.99]

    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]

    На рис. 3.1 показана схема дуги постоянного тока. Зажженный разряд поддерживается за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности раскаленного катода. Падение напряжения на электродах обычно составляет 30—70 В и зависит от многих факторов материала электрода, силы тока через дугу, дуговогО промежутка, состава и давления атмосферы. Максимальное падение напряжения наблюдается при использовании угольных электродов введение в дуговой разряд легко ионизующихся элементов снижает напряжение. В рабочем режиме сила тока, питающего дугу, изменяется от нескольких единиц до нескольких десятков ампер в зависимости от поставленной задачи. 

[c.34]

    Дуговой разряд постоянного тока имеет падающую вольт-ам-перную характеристику (рис. 3.2), и для стабилизации дуги используют балластное сопротивление (см. рнс. 3.1).  [c.34]

    Аналогичную формулу можно записать для спектральных линий ионов. Предполагается, что соединение определяемого элемента полностью диссоциировано. В действительности в дуговом разряде постоянного тока для многих элементов (титана, циркония, гафния, ниобия, тантала, ванадия, кремния, алюминия) степень атомизации может быть меньше единицы. На рис. [c.41]

    Метрологические характеристики дугового разряда постоянного тока [c.44]

    Стабильность условий разряда в активизированной дуге переменного тока значительно выше, чем в дуговом разряде постоянного тока, что приводит к лучшей воспроизводимости результатов анализа. Благодаря прерывистому горению дуги переменного то- 

[c.45]

    Оценивая информацию по пределам обнаружения элементов в ИСП-источнике, можно отметить, что при определении щелочных элементов метод намного уступает пламенным источникам атомизации и возбуждения (табл. 3.15). Пределы обнаружения для тугоплавких металлов близки к таковым в дуговом разряде постоянного тока. [c.74]

    В момент И происходит пробой разрядника, и высокочастотные колебания попадают на электроды и ионизируют воздушный промежуток. Возникает дуговой разряд. В силовой части схемы течет ток и напряжение на электродах падает, так как часть напряжения сети теперь гасится на реостате. Начиная с этого момента и до момента ИI дуга горит так же, как и при питании постоянным током. Активизатор не оказывает на нее влияния. 

[c.69]

    Соберите дугу постоянного тока. Параллельно электродам подключите вольтметр. Снимите две вольтамперные характеристики дугового разряда, изменяя по указанию преподавателя материал электродов или величину дугового промежутка. Подсчитайте, как меняется мощность дугового разряда в зависимости от тока. Для одного значения тока дуги подсчитайте, какая часть всей затраченной мощности расходуется в дуговом промежутке. 

[c.79]

    Особенности дугового разряда в ВДП. Плавка в ВДП проводится на постоянном токе, так как на пере-меном токе дуга вследствие усиленного охлаждения внутри холодного кристаллизатора горит неустойчиво (быстрое охлаждение дуги и ее деионизация в момент перехода тока через нуль). Лишь плавка самых тугоплавких металлов, например вольфрама и молибдена, у которых за время перерыва тока не прекращается термоэлектронная эмиссия, может быть проведена на

Гашение электрической дуги в цепях постоянного и переменного тока

Гашение электрической дуги в цепях постоянного тока. При размыкании контактов аппарата, находящегося в цепи постоянного тока, возникает дуговой разряд. Для гашения возникающей дуги постоянного тока обычно стремятся повысить напряжение на дуге (и ее сопротивление) или путем растяжения дуги, или  путем повышения напряженности электрического поля в дуговом столбе, а большей частью – одновременно и тем и  другим путями. Это достигается применением специальных дугогасительных камер в выключающих аппаратах, задача которых состоит в том, чтобы обеспечивать быстрое растяжение дуги и  повышения напряжения  на ней, с одной стороны, а с другой, – ограничивать распространение порождаемого ею пламени и раскаленных газов в приемлемом объеме пространства.

Электрическую цепь следует отключать так, чтобы перенапряжения не превышали тех величин, которые может выдержать без пробоя электрическая изоляция. Такие условия выполняются  в рационально сконструированных выключателях с электрической дугой, при гашении которой большая часть электромагнитной энергии цепи превращается в тепловую и рассеивается столбом дуги в окружающую среду. В результате энергия, запасаемая в емкости, и перенапряжения на емкости снижаются. В этом отношении электрическая дуга играет положительную роль.

Напряжение на дуговом промежутке U_д меняется в процессе гашения дуги в соответствии с вольтамперной характеристикой (ВАХ) дугогасительного устройства. Для многих видов этих устройств ВАХ такова, что при малых токах напряжение

U_д принимает большие значения. Это определяет возможность больших перенапряжений при гашении дуги. При применении ДУ типа дугогасительной решетки, в которой U_д почти не зависит от тока, а при малых токах остается относительно небольшим, эти перенапряжения значительно снижаются.

На рис. 3.5  представлены две формы ВАХ, где зависимость 1 имеет малое напряжение в области больших токов и очень высокий пик напряжения в области малых токов, а зависимость 2, наоборот, характеризуется более высокими напряжениями на дуге в области больших токов и имеет небольшой подъем напряжения при подходе тока к нулю. Вид

2 (см. рис. 3.5) приобретает ВАХ дуги, затянутой в узкую щель между плоскостями из жаростойкой керамики. В этом случае при больших токах дуговой столб испытывает сильную деформацию и подвергается интенсивному охлаждению. Вследствие этого напряжение на дуге значительно возрастает. В области же малых токов сечение дугового канала делается небольшим, следовательно, охлаждающее влияние плоскостей резко снижается, что приводит к относительно низким значениям напряженности электрического поля и напряжения на дуговом канале. Форму характеристики, подобную 1 (см. рис. 3.5), можно наблюдать, если контакты аппарата постоянного тока были погружены в масло. В этом случае охлаждающая и деионизирующая роль масла в области большого тока может быть незначительной, т.к. дуговой канал окутан газовым пузырем с малой теплопроводностью. В области же малых токов окружающее дугу масло может тесно соприкасаться с дуговым каналом, что существенно повышает отбор тепла от дугового канала и ведет к повышению напряженности на нем.

Задача гашения дуги постоянного тока сводится к соблюдению одного  из двух основных условий:

·   увеличению напряженности электрического поля Е в дуговом столбе, увеличению длины дуги или увеличению суммы падений напряжений у электродов. Последнее достигается увеличением количества металлических электродов, разбивающих дугу на ряд коротких дуг. Все эти факторы приводят к повышению напряжения на межконтактном промежутке;

·   увеличению сопротивления или снижению напряжения цепи.

Необходимо отметить, что чрезмерное увеличение длины дуги приводит к возрастанию размеров ДУ и может порождать в некоторых случаях значительные перенапряжения, опасные для изоляции установок, находящихся в коммутируемой цепи.

Весьма часто в ДУ постоянного тока применяют магнитное дутье, т.е. создают в зоне горения дуги поперечное магнитное поле, которое увеличивает скорость перемещения (и растяжения) дуги и способствует вхождению дугового столба в узкие щели между изоляционными стенками, что активно способствует гашению дуги и улучшает форму ВАХ.

Гашение электрической дуги в цепях переменного тока

. Дуга переменного тока обычно гасится значительно легче, чем дуга постоянного тока. Чтобы погасить дугу постоянного тока, надо насильственно свести к нулю ток цепи путем непрерывного увеличения сопротивления дугового столба (практически ®¥).

При переменном токе этого делать не требуется: здесь через каждый полупериод ток естественным путем проходит через нулевое значение, и надо лишь воспользоваться этим обстоятельством и создать вблизи перехода через ноль такие условия в межконтактном пространстве, чтобы протекание тока цепи вслед за этим переходом не возобновлялось. Поэтому    условия гашения дуги переменного тока следует трактовать иначе, чем условия гашения дуги постоянного тока.

Однако существует ряд случаев, которые оказывают специфическое влияние на условия гашения дуги переменного тока.

Открытая дуга переменного тока при высоком напряжении источника. Открытая дуга переменного тока в моменты перехода через ноль сохраняет высокую проводимость, и поэтому в установках высокого напряжения гашение открытой дуги происходит не вследствие перехода тока через ноль и образования прочности промежутка, а главным образом вследствие растяжения дугового столба и образования на нем высокого напряжения горения.  При таком режиме ток в цепи начинает заметно падать за несколько периодов до полного обрыва дуги, и причиной его ограничения  является возрастание сопротивления канала дуги.

При определенной длине дуги переменного тока напряжение сети оказывается  недостаточным для поддержания горения дуги, наступает нарушение баланса мощностей (подводимой и отводимой), и ток цепи довольно быстро уменьшается и, наконец, совсем прекращается. Таким образом, в цепях, содержащих только активное сопротивление, критический ток и критическая длина дуги определяются выражениями: ; , где I_з – действующее значение тока цепи при закороченном дуговом промежутке.  Для цепей с индуктивным сопротивлением эти

выражения примут вид: ; , т.е. в цепях с индуктивным сопротивлением  I_кр и  l_кр имеют более высокие значения.

Дуга переменного тока в условиях активной деионизации. Если столб дуги переменного тока подвергается интенсивной деионизации, то в этом случае механизм  гашения дуги существенно меняется по сравнению с гашением открытой дуги в цепи высокого напряжения. За счет активного воздействия газовой или жидкой среды диаметр дугового канала сокращается (плотность тока повышается), и изменение его следует почти синхронно с током. При подходе тока к нулю дуговой столб приобретает весьма малые размеры и благодаря этому быстро распадаетсяпосле достижения током нулевого значения, теряет свою проводимость и приобретает заметную электрическую прочность. В таком случае восстановление дуги в следующий полупериод связано с пробоем межконтактного промежутка. Эти условия  характерны для отключающих аппаратов высокого напряжения.

Таким образом, дуга переменного тока в условиях активной деионизации дугового столба представляет собой такое явление, когда при каждом переходе тока через ноль возникает соревнование  двух процессов: процесса восстановления электрической прочности промежутка и процесса восстановления напряжения на промежутке. Исходя из такой трактовки процесса, можно заключить, что для угасания дуги переменного тока при интенсивной деионизации необходимо обеспечить такой режим, при котором электрическая прочность дугового промежутка после достижения током его нулевого значения нарастала бы достаточно быстро и достигала бы достаточного уровня. Существенно важной величиной при оценке жесткости сетей  является коэффициент превышения амплитуды, представляющий собой отношение максимального значения восстанавливающего напряжения U_вm к мгновенному значению напряжения источника в    момент перехода тока через ноль U₀: a= U_вm/ U₀ (1<a<2).

Таким образом, условие гашение дуги переменного тока при активной деионизации промежутка может быть сформулировано следующим образом: если после перехода тока через ноль прочность промежутка нарастает быстрее и остается все время выше, чем восстанавливающее напряжение на выключателе, то процесс заканчивается угасанием дуги.  При несоблюдении этого условия наступает повторный пробой и восстановление электрической дуги.

ДУГОВОЙ РАЗРЯД — это… Что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД?



ДУГОВОЙ РАЗРЯД

один из типов стационарного электрического разряда в газе, характеризующийся большой плотностью тока и малым падением напряжения (сравнимым с потенциалом ионизации газа). Д. р. может возникнуть в результате электрич. пробоя разрядного промежутка при кратковрем. резком повышении напряжения между электродами. Если пробой происходит при давлении газа, близком к атмосферному, то Д. р. предшествует искровой разряд. Д. р. используется в дуговых печах, в газоразрядных источниках света, при дуговой сварке, в плазматронах и т. д.

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

• ДУГОВАЯ УГОЛЬНАЯ ЛАМПА
• ДУГОГАСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Смотреть что такое «ДУГОВОЙ РАЗРЯД» в других словарях:

• ДУГОВОЙ РАЗРЯД — самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2 10 4 мм рт. ст., при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 103 Гц) разности потенциалов между электродами. Д.… …   Физическая энциклопедия

• дуговой разряд — Самостоятельный электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов и который характеризуется малым катодным падением потенциала (порядка или меньше… …   Справочник технического переводчика

• дуговой разряд — дуговой разряд; отрасл. дугообразный разряд; вольтова дуга Электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов, характеризуемый малым катодным… …   Политехнический терминологический толковый словарь

• ДУГОВОЙ РАЗРЯД — электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при… …   Большой Энциклопедический словарь

• ДУГОВОЙ РАЗРЯД — один из видов самостоятельного электрического разряда в газе, характеризуемый высокой плотностью тока. Нагретый до высокой температуры ионизированный газ в столбе между электродами, к которым подведено электрическое напряжение, находится в… …   Большая политехническая энциклопедия

• Дуговой разряд —         один из типов стационарного электрического разряда в газах (См. Электрический разряд в газах). Впервые наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 В. В. Петровым и независимо в 1808 09 Г. Дэви. Светящийся токовый канал… …   Большая советская энциклопедия

• дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. arc discharge; electric arc in gas vok. Bogenentladung, f rus. дуговой разряд, m; дуговой разряд в газе, m pranc. décharge d’arc, f; décharge en régime d’arc, f; décharge par arc, f …   Fizikos terminų žodynas

• дуговой разряд — электрический разряд в газах, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2   10 3 мм рт. ст.; характеризуется большой плотностью тока на катоде и малым падением потенциала. Впервые наблюдался в 1802 В. В. Петровым в воздухе… …   Энциклопедический словарь

• Дуговой разряд — Электрическая дуга в воздухе Электрическая дуга физическое явление, один из видов электрического разряда в газе. Синонимы: Вольтова дуга, Дуговой разряд. Впервые была описана в 1802 году русским ученым В. В. Петровым. Электрическая дуга является… …   Википедия

• дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. arc discharge vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. дуговой разряд, m pranc. décharge d arc, f; décharge en arc, f …   Automatikos terminų žodynas

• дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: angl. arc discharge rus. дуговой разряд …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

3.2. Газовый разряд

В эмиссионном анализе используется много электрических источников света. В основе большинства их лежит газовый разряд – это прохождение тока через воздух или другой газ.

В обычных условиях воздух и другие газы являются хорошими изоляторами. Если взять два металлических электрода, разделенных между собой небольшим воздушным промежутком, и подключить их к источнику тока, то цепь окажется разомкнутой, разряд между двумя электродами возможен, если в воздушном промежутке есть ионы и электроны, которые под действием электрического поля будут двигаться к электродам. Прохождение тока в воздухе возможно только в присутствии источника, вызывающего ионизацию. Такой разряд называется несамостоятельным. Он прекращается, когда убирают источник ионизации.

При достаточно высоком напряжении на электродах возникает самостоятельный газовый разряд. Под действием электрического поля между электродами заряженные частицы в воздушном промежутке приобретают значительную кинетическую энергию, которую передают при упругих соударениях молекулам газа, а также электродам. В результате за счет энергии источника тока происходит разогревание газа и электродов. Число заряженных частиц в воздушном промежутке начинает резко возрастать за счет ионизации атомов и молекул и эмиссии заряженных частиц с электродов. Раз начавшийся газовый разряд сам поддерживает себя и не нуждается во внешних источниках ионизации.

Газ, имеющий высокую температуру и состоящий из заряженных и нейтральных частиц, называется плазмой. При самостоятельном газовом разряде между электродами всегда образуется плазма.

Для возникновения газового разряда достаточно приложить к электродам высокое напряжение. Для пробоя воздушного промежутка в несколько миллиметров нужно напряжение около 10000В. Пробойное напряжение при атмосферном давлении растет с ростом ширины промежутка. Зависит она также от формы электродов. Промежуток между остроконечными электродами пробивается при более низком напряжении, чем между плоскими. Пробой облегчается в тех случаях, когда в воздушном промежутке уже имеются заряженные частицы. Так если концы электродов разогреты и с них вследствие термоэлектронной эмиссии вылетают электроны, то для пробоя такого промежутка достаточно напряжение около 100В. Внутри объема в пространстве между электродами, где происходит газовый разряд, в одну секунду выделяется энергия, величина которой зависит от мощности тока

(21)

где i – ток разряда;

U – напряжение на электродах.

Увеличение напряжения на электродах при неизменном токе приводит к сильному повышению температуры плазмы, т.к. увеличивается мощность электрического разряда, а ширина плазменного жгута даже несколько уменьшается под действием сильного электрического поля.

Увеличение тока разряда при постоянном напряжении почти не повышает температуру, т.к. одновременно с ростом электрической мощности увеличивается объем плазмы из-за взаимного отталкивания электронов.

Таким образом, температура плазмы зависит, главным образом, от напряжения на электродах и от плотности тока, проходящего через единицу площади в сечении разряда. Различные типы газового разряда при атмосферном давлении различаются по своим электрическим параметрам. Температура плазмы меняется в широких пределах от наиболее «мягкого» – дугового – разряда до высокотемпературных «жестких» режимов искрового и импульсного разрядов.

Дуговой разряд

Это основной вид самостоятельного разряда. Имеет температуру от 4000⁰ до 8000⁰. Разряд широко применяется в технике: дуговая сварка металлов, дуговые сталеплавильные печи и т.д. В спектральном анализе дуговой разряд – один из наиболее важных и распространенных источников света. Возникает при напряжении между электродами в 25-80В и токе от 1 – 2 до нескольких десятков ампер. Для него характерно продолжительное горение при неизменных электрических параметрах.

Структура разряда представлена на рис. 12. Наибольшую температуру плазма имеет в центральной части, где достигается большая плотность тока.. Интенсивность спектральных линий достигает наибольшей величины в разных частях дуги в зависимости от их потенциалов возбуждения и ионизации. Около катода обычно наблюдается повышенная концентрация ионов, что приводит к усилению спектральных линий, особенно искровых, в этой области разряда. Центральная часть плазмы окружена более холодной областью, температура которой по мере удаления от центра понижается до комнатной. Пары вещества электродов, попадая из плазмы в эту область, остывают, что может вызывать сильное самообращение некоторых спектральных линий.

Рис. 12. Структура дугового разряда

Концы электродов сильно разогреты, особенно высокую температуру имеют места, на которые опирается разряд. Они подвергаются сильной бомбардировке ионами и электронами и имеют вид раскаленных пятен. Температура более горячего анодного пятна, образованного ударами электронов, достигает 4000⁰. Вещество электродов энергично испаряется, и пары поступают в плазму. Температура электрода быстро падает при удалении от анодного или катодного пятна. Чем больше теплопроводность электродов и их масса, тем резче падение температуры. Так, при работе с угольными электродами быстро разогреваются и начинают ярко светиться концы электродов. В металлических электродах, особенно медных, сильно нагреваются только места, на которые опирается разряд.

Разряд обычно делают вертикальным. Окружающий воздух течет вдоль оси разряда и не нарушает горения дуги. При горизонтальной установке поток воздуха отклоняет разряд вверх и его форма становится несимметричной относительно оси (рис. 13). Дуга горит менее стабильно.

Рис. 13. Горизонтальное расположение дугового разряда

Дуговой разряд не подчиняется закону Ома. Его сопротивление зависит от тока. Чем больше ток, тем больше число заряженных частиц во всем объеме, занятом плазмой, и сопротивление разрядного промежутка уменьшается. Если источник тока имеет большую мощность и обеспечивает дает постоянное напряжение на электродах, то при случайном увеличении тока дуги ее сопротивление падает, что приводит к еще большему увеличению тока. Этот процесс может нарастать самопроизвольно, что приведет к сгоранию проводов или источника. Поэтому последовательно всегда включается сопротивление, ограничивающее ток разряда (рис. 14).

Рис. 14. Способ стабилизации тока дугового разряда

Обычно горение дуги протекает очень нестабильно. Разряд часто перемещается по поверхности электродов, его сопротивление и ток дуги все время изменяются. Включение сопротивления несколько стабилизирует горение.

Сопротивление дугового разряда сильно зависит от ионизационного потенциала веществ, в парах которых он протекает. Чем ниже ионизационный потенциал, тем больше заряженных частиц в плазме и меньше ее электрическое сопротивление. Снижение сопротивления приводит к падению напряжения на электродах при том же разрядном токе. Мощность разряда и температура плазмы сильно уменьшаются.

Непрерывное горение дуги, большая мощность и энергичное испарение электродов обеспечивает высокую яркость дугового разряда. Относительно низкая температура плазмы приводит к появлению в спектре дуги линий, главным образом с невысокими потенциалами возбуждения. Наиболее интенсивные линии, возбуждаемые в дуговом разряде, расположенные в видимой, а также в ближней и средней ультрафиолетовой областях спектра.

Благодаря высокой яркости дуги и энергетическому испарению вещества, она обеспечивает высокую чувствительность при анализе всех элементов, кроме трудновозбудимых. Следует отметить, что для щелочных и щелочноземельных металлов даже дуга оказывается часто слишком горячим источником света. При их определении для повышения чувствительности необходимо снижать температуру дугового разряда примерно до 4000⁰.

При возрастании тока мощность и яркость дуги, хотя и медленно, увеличиваются, что обычно приводит к повышению чувствительности анализа. Температура плазмы при этом заметно меняется только при работе с металлическими электродами. При использовании графитовых и угольных электродов она остается практически неизменной.

Сопротивление дуги и напряжение на электродах зависит от расстояния между ними. Поэтому для получения постоянной температуры плазмы при анализе необходимо всегда устанавливать строго одинаковое расстояние между электродами.

Дуговой разряд можно питать как постоянным, так и переменным током. В последнем случае горение дуги прерывается дважды в течение каждого периода тока, когда напряжение на электродах оказывается недостаточным для поддержания самостоятельного разряда.

Разогрев электродов и их испарение в дуге переменного тока происходит менее интенсивно, что приводит к небольшому повышению температуры плазма, так как в ней меньше паров веществ, ионизирующихся легче, чем воздух. Стабильность такой дуги значительно выше, чем при питании постоянным током.

Повысить температуру дуги можно значительным увеличением напряжения на электродах. Ток разряда при этом будет очень большой, т.к. сопротивление разряда очень мало. Такой разряд (называемый высоковольтной или горячей дугой) применяют редко, т.к. для его непрерывного горения необходим очень мощный источник питания.

Искровой разряд

Увеличить температуру плазмы без повышения средней мощности источника, можно, если от непрерывного горения перейти к отдельным кратковременным разрядам при большом напряжении и токе. Такой разряд называют искрой. Время его горения очень мало и средняя мощность невелика.

Рис. 15. Структура искрового разряда

Сначала при каждом пробое воздушного промежутка образуется очень узкий канал плазмы, в который почти не попадает вещество электродов. Температура канала – десятки тысяч градусов. Свечение канала состоит из линий кислорода и азота и интенсивного сплошного фона. В следующий момент небольшой участок поверхности электродов, на который опирается разряд, быстро нагревается до очень высокой температуры. Это тепло не успевает распространиться на соседние участки. В месте разогрева происходит взрывоподобный выброс вещества, который имеет вид факела. Яркость факела значительно больше, чем яркость канала. Его температура около 10000⁰С. Излучение факела состоит главным образом, из спектральных линий вещества электродов (рис. 15). К моменту следующего разряда горячие участки на поверхности электродов остывают, и пробой промежутка происходит в новом месте. Для создания искры используют предварительное накопление заряда на конденсаторе. Такой источник называется конденсированной искрой. Количество электричества, запасенное в конденсаторе, определяется его емкостью и напряжением на обкладках

(22)

Для накопления такого количества электричества необходимо заряжать конденсатор в течение некоторого времени

(23)

где i – средний ток в амперах;

t – время заряда в секундах.

Весь накопленный заряд используется при разряде конденсатора через воздушный промежуток между электродами. Мгновенный ток искры достигает больших значений, так как продолжительность заряда мала.

Продолжительность разряда зависит от сопротивления цепи, через которую он происходит. При подключении конденсатора непосредственно к электродам (рис. 16, а) ток разряда ограничен только сопротивлением искрового промежутка. Все напряжение конденсатора оказывается приложенным к электродам. Ток разряда в этом случае достигает очень больших значений, а время разряда мало. Такой разряд называют очень жесткой искрой.

а б в

Рис. 16. Схемы цепей разряда конденсатора

При включении сопротивления, ограничивающего ток разряда, часть напряжения теряется на этом сопротивлении, поэтому напряжение на электродах падает и продолжительность разряда возрастает (рис. 16, б). На омическом сопротивлении теряется часть энергии, запасенной на конденсаторе. Поэтому обычно для ограничения разрядного тока ставят катушку индуктивности (рис. 16, в), которая вместе с конденсатором образует колебательный контур. После пробоя промежутка в контуре возникают высокочастотные колебания, период и частоту которых можно определить по формулам:

(24)

(25)

где Т – период колебаний, сек;

 — частота, Гц;

L – индуктивность катушки, Гн;

С – емкость конденсатора, Ф.

Рис. 17. Затухающие высокочастотные колебания при искровом разряде

Колебания в контуре быстро затухают (рис. 17), энергия запасенная на конденсаторе, расходуется на нагревание плазмы. Колебания прекращаются, когда напряжение на электродах становится недостаточным для поддержания самостоятельного разряда.

Все колебания за один пробой составляют цуг. Длительность цуга определяют, зная период одного колебания и число колебаний в цуге и обычно он составляет около 10^-4сек. По мере расхода запасенной энергии и увеличения количества вещества, поступившего в разряд, его температура падает. Средняя температура искры зависит от соотношения энергии, выделившейся в начале и в конце цуга. При небольшой индуктивности катушки основная энергия выделяется в начале разряда при высоком напряжении на электроде и большой плотности тока. Общая продолжительность разряда в этом случае мала, а его температура велика. Даже при низком напряжении (200В) на конденсаторе при малой индуктивности удается получить достаточно жесткий разряд. Такой источник называют низковольтной искрой.

При включении катушки с большой индуктивностью начальный ток разряда сильно ограничен даже при высоком напряжении на конденсаторе, и основная часть его энергии выделяется при низковольтных колебаниях, когда плазма имеет невысокую температуру. Изменяя индуктивность (число витков) катушки, можно в очень широких пределах регулировать температуру конденсированной искры. Емкость конденсатора почти не оказывает влияния на температуру искры, так как при ее увеличении одновременно возрастает запасенная энергия и продолжительность разряда. Зато количество поступающего в разряд вещества и яркость искры быстро растут с увеличением емкости. При обычно применяемых конденсаторах небольшой емкости искра значительно уступает по яркости дуге, что приводит к увеличению продолжительности анализа. Сильное увеличение емкости при уменьшении (или отсутствии) индуктивности переводит искру в мощный импульсный разряд, который имеет очень большую яркость. Наоборот, уменьшение емкости приводит к резкому ослаблению яркости разряда. При переходе к неконденсированному разряду (емкость близка к нулю) яркость искры уменьшается, что делает невозможным применение такого разряда в качестве источника света для спектрального анализа.

Искра применяется для анализа трудновозбудимых элементов. Благодаря большой стабильности искрового разряда его также широко используют для количественного определения всех элементов.

ЛЕКЦИЯ_5

ЛЕКЦИЯ 5

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА

Возникновение и физические процессы в электрической дуге. Размыкание электрической цепи при значительных токах и напряжениях сопровождается электрическим разрядом между расходящимися контактами. Воздушный промежуток между контактами иони­зируется и становится проводящим, в нем горит дуга. Процесс отключения состоит в деионизации воздушного промежутка между контактами, т. е. в прекращении электрического разряда и восстановлении диэлектрических свойств. При особых условиях: малых токах и напряжениях, разрыве цепи переменного тока в момент перехода тока через нуль, может произойти без электрического разряда. Такое отключение называется безыскровым разрывом.

Зависимость падения напряжения на разрядном промежутке от тока электрического разряда в газах приведена на рис. 1.

Участок I кривой – область тлеющего разряда, характеризуется высоким падением напряжения у катода (200÷250В) и малым током (до 0,1А). С ростом тока падение напряжения на разрядном промежутке возрастает до 300÷400 В. Участок II – область перехода тлею­щего разряда в дуговой. Участок III – дуговой разряд. Характе­ризуется малым падением напряжения у электродов (10÷15 В) и большой плотностью тока (до 100 кА/см2). С ростом тока напряжение на дуговом промежутке падает, а затем не меняется.

Рис.1. Вольт-амперная характеристика электрического разряда в газах

Электрическая дуга сопровождается высокой температурой. Поэтому дуга – явление не только электрическое, но и тепловое. В обычных условиях воздух хороший изолятор. Для пробоя 1см воздушного промежутка требуется напряжение 30кВ. Чтобы воздушный промежуток стал проводником, необходимо создать в нем определенную концентрацию заряженных частиц: свободных электронов и положительных ионов. Процесс отделения от нейтральной частицы электронов и обра­зования свободных электронов и положительно заряженных ионов называется ионизацией. Ионизация газа происходит под действием высокой температуры и электрического поля. Для дуговых процессов в электрических аппаратах наибольшее значение имеют процессы у электродов (термоэлектрон­ная и автоэлектронная эмиссии) и процессы в дуговом промежутке (термическая и ударная ионизация).

Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов с накаленной поверхности. При расхождении контактов резко возрастают переходное сопротивление контакта и плотность тока в площадке контактирования. Площадка разогревается, расплавляется и образуется контактный перешеек из расплавленного металла. Перешеек при дальнейшем расхождении контактов разрывается и происходит испарение металла контактов. На отрицательном электроде образуется раскаленная площадка (катодное пятно), которая служит основа­нием дуги и очагом излучения элект­ронов. Термоэлектронная эмиссия является причиной возникновения электрической дуги при размыкании контактов. Плотность тока термоэлектронной эмиссии зависит от тем­пературы и материала электрода.

Автоэлектронной эмиссией называется явление испускания электронов с ка­тода под воздействием сильного электрического поля. При разомкнутых контактах к ним приложено напряжение сети. При замыкании контактов, по мере приближения подвижного контакта к неподвижному растет напряженность электрического поля между контактами. При критическом расстоянии между контактами напряженность поля достигает 1000 кВ/мм. Такой напряженности электрического поля достаточно для вырывания электронов из холодного катода. Ток автоэлектронной эмиссии мал служит только началом дугового разряда.

Таким образом, возникновение дугового разряда на расходящихся контак­тах объясняется наличием термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий. Возникновения электрической дуги при замыкании контактов происходит по причине автоэлектронной эмиссия.

Ударной ионизацией называется возникновение свободных электронов и положительных ионов при столкновении электронов с нейтральной частицей. Свободный электрон разбивает нейтральную частицу. В результате получатся новый свободный электрон и положительный ион. Новый электрон, в свою очередь, ионизирует следующую частицу. Чтобы электрон мог ионизировать частицу газа, он должен двигаться с определенной скоростью. Скорость электрона зависит от разности потенциалов на длине свободного пробега. Поэтому обычно указывается не скорость движения электрона, а минимальную разность потенциалов на длине свободного пути, чтобы электрон приобрел необходимую скорость. Эта разность потенциалов называется потенциал ионизации. Потенциал ионизации газовой смеси определяется самым низким из потенциалов ионизации входящих в газовую смесь компонентов и мало зависит от концентрации компонентов. Потенциал ионизации для газов составляет 13÷16В (азот, кислород, водород), для паров металла примерно в два раза ниже: 7,7В для паров меди.

Термическая ионизация происходит под воздействием высокой температуры. Температура ствола дуги достигает 4000÷7000 К, а иногда 15000 К. При такой температуре резко возрастает количество и скорость движущихся частиц газа. При столкновении атомы и молекулы разрушаются, образуя заряженные частицы. Основной характеристикой термической ионизации является сте­пень ионизации, представляющая собой отношение числа ионизированных атомов к общему числу атомов в дуговом промежутке. Поддержание возникшего дугового разряда достаточным числом свободных зарядов обеспечивается термической ионизацией.

Одновременно с процессами ионизации в дуге происходят обратные процессы деионизации – воссоединения заряженных частиц и образование нейтральных молекул. При возникновении дуги преобла­дают процессы ионизации, в устойчиво горящей дуге процессы ионизации и деионизации одинаково интенсивны, при преобладании процессов деиониза­ции дуга гаснет.

Деионизация происходит главным образом за счет рекомбинации и диф­фузии. Рекомбинацией называется процесс, при котором различно заряженные частицы, при­ходя в соприкосновение, образуют нейтральные частицы. Диффузия заряженных частиц представляет собой процесс выноса заряженных частиц из дугового промежутка в окружающее пространство, что уменьшает проводимость дуги. Диффузия обусловлена как электрическими, так и тепловыми факторами. Плотность зарядов в стволе дуги возрастает от периферии к центру. Ввиду этого создается электрическое поле, заставляющее ионы двигаться от центра к периферии и покидать область дуги. В этом же направлении действует и разность температур ствола дуги и окружающего пространства. В стабилизированной и свободно горящей дуге диффузия играет ничтожную роль. В дуге, обдуваемой сжатым воздухом, а также в быстро движущейся открытой дуге деионизация за счет диффузии может по значению быть близкой к рекомбинации. В дуге, горящей в узкой щели или закрытой камере, деионизация происходит за счет рекомби­нации.

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГЕ

Падение напряжения вдоль стационарной дуги распределяется неравномерно. Картина изменения падения напряжения U_д и продольного градиента напряжения (падение напряжения на единицу длины дуги) Е_д вдоль дуги приведена на рис. 2.

Ход характеристик Uд и Ед в приэлектродных областях резко отличается от хода характеристик на остальной части дуги. У электродов, в прикатодной и прианодной об­ластях, на промежутке порядка 10-3мм имеет место резкое падение напря­жения, называемое прикатод­ным Uк и прианодным Uа. В прикатодной области образуется дефицит электронов из-за высокой их подвижности. В этой области образуется объемный положительный заряд, который обуславливает разность потенциалов Uк, порядка 10÷20В. Напряженность поля в прикатодной области достигает 105В/см и обеспечивает выход электронов с катода за счет автоэлектронной эмиссии. Кроме того, напряжение у катода обеспечивает выделение необходимой энергии для подогрева катода и обеспечения термоэлектронной эмиссии.

Рис. 2. Распределение напряжения на стационарной дуге постоянного тока

В прианодной области образуется отрицательный объемный заряд, обуславливающий разность потенциалов U_а. Направляющиеся к аноду электроны, ускоряются и выбивают из анода вторичные электроны, которые существуют вблизи анода.

Суммарное зна­чение прианодного и прикатодного падений напряжений называют приэлектродным падением напряжения: и составляет 20-30В.

В остальной части дуги, называемой стволом дуги, падение напряжения U_д прямо пропорционально длине дуги:

,

где E_СТ – продольный градиент напряжения в стволе дуги, l_СТ – длина ствола дуги.

Градиент здесь постоянен вдоль ствола. Он зависит от многих факторов и может изменяться в широких пределах, достигая 100÷200 В/см.

Таким образом, падение напряжения на дуговом промежутке:

.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Чтобы погаситьэлектрическую дугу постоянного тока, необходимо создать условия, при которых в дуговом промежутке процессы деионизации превосходили бы процессы ионизации при всех значениях тока.

Для цепи (рис. 3), содержащей сопротивление R, индуктивность L, дуговой промежуток с падением напряжения Uд, источник постоянного тока напряжением U, в переходном режиме () справедливо уравнение Кирхгофа: , (1) где – падение напряжения на ин­дуктивности при изменении тока. При устойчиво горящей дуге (стационарное состояние ) выражение (1) принимает вид: . (2) Для погасания дуги необходимо, чтобы ток в ней все время уменьшался. Это означает, что : . (3) Графическое решение уравнения (3) приведено на рис. 4. Прямая 1 – напряжение источника U, прямая 2 – падение напряжения в сопротивлении (реостатная характеристика), кри­вая 3 – ВАХ дугового промежутка Uд.

Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5

В точках а и б справедливо уравнение (2), значит . Здесь имеет место равновесное состояние. В точке а равновесие неустой­чивое, в точке б устойчивое.

При токах , напряжение , a , и если по какой-либо причине ток станет меньше I_{а ,} то он упадет до нуля – дуга погаснет.

Если же по какой-либо причине ток станет несколько больше I_а, то будет , в цепи как бы окажется «избыточное» напряжение, которое приведет к возрастанию тока до значения I_б. При любом значении I_а < i < I_б ток в дуге будет возрастать до значения I_б.

Между точками а и б величина . Рост тока в цепи сопровождается накоплением электромагнитной энергии.

При токе снова оказывается , а , т. е. для поддержания такого значения тока напряжение U недоста­точно. Ток в цепи будет падать до значения I_б. Дуга в этой точке будет гореть устойчиво.

Для погасания дуги необходимо, чтобы при любом значении тока соблю­далось условие (3), то есть ВАХ дуги должна лежать выше характеристики (рис. 5) на всем своем протяжении и не иметь с этой характеристикой ни одной точки соприкосновения.

ДУГОВОЙ РАЗРЯД • Большая российская энциклопедия

• 
• 
• 

  В книжной версии

  Том 9. Москва, 2007, стр. 394-395

• 

  Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: В. Н. Колесников

ДУГОВО́Й РАЗРЯ́Д, са­мо­стоя­тель­ный ква­зи­ста­цио­нар­ный элек­трич. раз­ряд в га­зе, го­ря­щий прак­ти­че­ски при лю­бых дав­ле­ни­ях га­за, пре­вы­шаю­щих 0,01–1 Па (10^–4–10^–2 мм рт. ст.), при по­сто­ян­ной или ме­няю­щей­ся с низ­кой час­то­той (до 10³ Гц) раз­но­сти по­тен­циа­лов ме­ж­ду элек­тро­да­ми. Для Д. р. ха­рак­тер­ны вы­со­кая плот­ность то­ка на ка­то­де (10²–10⁸ А/см²) и низ­кое ка­тод­ное па­де­ние по­тен­циа­ла, не пре­вы­шаю­щее эф­фек­тив­ный по­тен­ци­ал ио­ни­за­ции сре­ды в раз­ряд­ном про­ме­жут­ке. Впер­вые Д. р. ме­ж­ду дву­мя уголь­ны­ми элек­тро­да­ми в воз­ду­хе на­блю­да­ли в 1802 В. В. Пет­ров и не­за­ви­си­мо от не­го в 1808 Г. Дэ­ви. Све­тя­щий­ся то­ко­вый ка­нал это­го раз­ря­да при го­ри­зон­таль­ном рас­по­ло­же­нии элек­тро­дов под дей­ст­ви­ем кон­век­тив­ных по­то­ков изо­гнут ду­го­об­раз­но, от­сю­да и на­зва­ния – Д. р., элек­трич. ду­га.

Для боль­шин­ст­ва Д. р. при боль­шой плот­но­сти то­ка на ка­то­де воз­ни­ка­ет ма­лое очень яр­кое пят­но, пе­ре­ме­щаю­щее­ся по всей по­верх­но­сти ка­то­да. Темп-ра в пят­не мо­жет дос­ти­гать темп-ры ки­пе­ния (или воз­гон­ки) ма­те­риа­ла ка­то­да. Зна­чит. роль в ме­ха­низ­ме под­дер­жа­ния то­ка Д. р. иг­ра­ет тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия. Над ка­тод­ным пят­ном об­ра­зу­ет­ся слой по­ло­жи­тель­но­го объ­ём­но­го за­ря­да, обес­пе­чи­ваю­ще­го ус­ко­ре­ние эми­ти­руе­мых элек­тро­нов до энер­гий, дос­та­точ­ных для удар­ной ио­ни­за­ции ато­мов и мо­ле­кул га­за. По­сколь­ку этот слой очень тон­кий (мень­ше дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га элек­тро­на), он соз­да­ёт вы­со­кую на­пря­жён­ность по­ля у по­верх­но­сти ка­то­да, осо­бен­но у мик­ро­не­од­но­род­но­стей, по­это­му су­ще­ст­вен­ны­ми ока­зы­ва­ют­ся и ав­то­элек­трон­ная эмис­сия, и тер­мо­ав­то­элек­трон­ная эмис­сия. Вы­со­кая плот­ность то­ка и «пе­ре­ско­ки» пят­на с точ­ки на точ­ку соз­да­ют ус­ло­вия для взрыв­ной элек­трон­ной эмис­сии.

От зо­ны ка­тод­но­го па­де­ния по­тен­циа­ла до ано­да рас­по­ло­жен т. н. по­ло­жи­тель­ный столб. На ано­де обыч­но фор­ми­ру­ет­ся яр­кое анод­ное пят­но, в ко­то­ром темп-ра по­верх­но­сти поч­ти та­кая же, как и в ка­тод­ном. В не­ко­то­рых ви­дах Д. р. при то­ках в де­сят­ки ам­пер на ка­то­де и ано­де воз­ни­ка­ют фа­ке­лы в ви­де плаз­мен­ных струй, вы­ле­таю­щих с боль­шой ско­ро­стью пер­пен­ди­ку­ляр­но по­верх­но­сти элек­тро­дов. При то­ках 100–300 А воз­ни­ка­ют до­ба­воч­ные фа­ке­лы, об­ра­зуя пу­чок плаз­мен­ных струй. На­гре­тый до вы­со­кой темп-ры и ио­ни­зо­ван­ный газ в стол­бе пред­став­ля­ет со­бой плаз­му. Элек­тро­про­вод­ность плаз­мы мо­жет быть очень вы­со­кой, но обыч­но она на неск. по­ряд­ков ни­же элек­тро­про­вод­но­сти ме­тал­лов.

При кон­цен­тра­ции за­ря­жен­ных час­тиц бо­лее 10¹⁸ см^–3 со­стоя­ние плаз­мы ино­гда мож­но счи­тать близ­ким к рав­но­вес­но­му. При мень­ших плот­но­стях, вплоть до 10¹⁵ см^–3, мо­жет воз­ник­нуть со­стоя­ние ло­каль­но­го тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сия (ЛТР), ко­гда в ка­ж­дой точ­ке плаз­мы все ста­ти­стич. рас­пре­де­ле­ния близ­ки к рав­но­вес­ным при од­ном зна­че­нии темп-ры, ко­то­рая раз­лич­на в раз­ных точ­ках. Ис­клю­че­ние в этом слу­чае со­став­ля­ет лишь из­лу­че­ние плаз­мы: оно да­ле­ко от рав­но­вес­но­го и оп­ре­де­ля­ет­ся со­ста­вом плаз­мы и ско­ро­стя­ми ра­ди­ац. про­цес­сов. При ог­ра­ни­чен­ных раз­ме­рах стол­ба Д. р. да­же в плот­ной плаз­ме на оси стол­ба со­стоя­ние ЛТР на­ру­ша­ет­ся за счёт ра­ди­ац. по­терь. Это вы­ра­жа­ет­ся в силь­ном от­кло­не­нии со­ста­ва плаз­мы и на­се­лён­но­стей воз­бу­ж­дён­ных уров­ней от их рав­но­вес­ных зна­че­ний. Ки­не­ти­ка плаз­мы в стол­бе Д. р. при вы­со­ких плот­но­стях оп­ре­де­ля­ет­ся в осн. про­цес­са­ми со­уда­ре­ний, а по ме­ре сни­же­ния плот­но­сти (уда­ле­ния от оси) всё боль­шую роль иг­ра­ют ра­ди­ац. про­цес­сы.

Диа­метр стол­ба Д. р. оп­ре­де­ля­ет­ся ус­ло­вия­ми ба­лан­са воз­ни­каю­щей и те­ряе­мой энер­гии. С рос­том то­ка или дав­ле­ния ме­ня­ют­ся ме­ха­низ­мы по­терь, обу­слов­лен­ные те­п­ло­про­вод­но­стью га­за, ам­би­по­ляр­ной диф­фу­зи­ей, ра­ди­ац. про­цес­са­ми и др. При та­ких сме­нах мо­жет про­ис­хо­дить са­мо­сжа­тие (кон­трак­ция) стол­ба (см. Кон­тра­ги­ро­ван­ный раз­ряд).

В за­ви­си­мо­сти от ус­ло­вий го­ре­ния Д. р. его па­ра­мет­ры ме­ня­ют­ся в ши­ро­ких пре­де­лах. Клас­сич. при­мер Д. р. – раз­ряд по­сто­ян­но­го то­ка, сво­бод­но го­ря­щий в воз­ду­хе ме­ж­ду уголь­ны­ми элек­тро­да­ми. Его ти­пич­ные па­ра­мет­ры: ток от 1 А до со­тен ам­пер, рас­стоя­ние ме­ж­ду элек­тро­да­ми от мил­ли­мет­ров до не­сколь­ких сан­ти­мет­ров, темп-ра плаз­мы ок. 7000 К, темп-ра анод­но­го пят­на ок. 3900 К.

Д. р. при­ме­ня­ет­ся как ла­бо­ра­тор­ный ис­точ­ник све­та и в тех­ни­ке (ду­го­вые уголь­ные лам­пы). Д. р. с уголь­ным ано­дом, про­свер­лён­ным и за­пол­нен­ным ис­сле­дуе­мы­ми ве­ще­ст­ва­ми, ис­поль­зу­ет­ся в спек­траль­ном ана­ли­зе руд, ми­не­ра­лов, со­лей и т. п. Д. р. при­ме­ня­ет­ся в плаз­мо­тро­нах, ду­го­вых пе­чах для вы­плав­ки ме­тал­лов, при элек­тро­свар­ке, в разл. элек­трон­ных и ос­ве­тит. при­бо­рах. Т. н. ва­ку­ум­ная ду­га, ко­то­рая за­жи­га­ет­ся в ва­куу­ме и го­рит в парáх ме­тал­ла, ис­па­рив­ше­го­ся с ка­то­да, ис­поль­зу­ет­ся в ва­ку­ум­ных вы­со­ко­вольт­ных вы­клю­ча­те­лях.

Тлеющий разряд — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Разряд. Тлеющий разряд в неоне

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

В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.

Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.

Простейшим прибором для моделирования газового разряда является запаянная стеклянная трубка, в торцы которой впаяны электроды. Трубка имеет отвод, присоединенный к вакуумному насосу. Электроды подключены к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт. После включения источника напряжения и пуска вакуумного насоса происходят следующие явления:

1. При атмосферном давлении газ внутри трубки остаётся тёмным, так как приложенного напряжения в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток.

2. Когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся дуговой разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе — малинового цвета, в других газах — других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит ток.

3. При дальнейшей откачке газа светящийся шнур размывается и расширяется, и свечение заполняет почти всю трубку. Это тлеющий разряд. При давлении газа в несколько десятых миллиметра ртутного столба (сотни Па) разряд заполняет почти весь объем трубки. Свечение разряда распределено неравномерно. У катода находится темное катодное пространство, у анода — светящийся положительный столб, длина которого прямо зависит от давления.

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

Страты тлеющего разряда

Описанная форма разряда называется тлеющим разрядом. Почти весь свет исходит от его положительного столба. При этом цвет свечения зависит от рода газа. При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе всё время поддерживается сильная ионизация. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются электронная эмиссия с катода под действием высоких температур или сильного электрического поля, последующая ионизация молекул газа электронным ударом свободными электронами, вырванными с катода и летящими по направлению к аноду, а также вторичная электронная эмиссия электронов с катода, вызванная бомбардировкой катода положительно заряженными ионами газа.

В настоящее время трубки с тлеющим разрядом находят практическое применение как источник света — газоразрядные лампы. Для целей освещения часто применяются люминесцентные лампы, в которых разряд происходит в парах ртути, причём вредное для зрения ультрафиолетовое излучение поглощается слоем флюоресцирующего вещества — люминофора, покрывающего изнутри стенки лампы. Люминофор начинает светиться видимым светом, давая в результате свет, близкий по характеристикам к дневному свету (люминесцентные лампы дневного света). Такие лампы дают близкое к «естественному» освещение (но не полный спектр, как у ламп накаливания). Спектр испускаемого люминесцентными лампами света дискретный — красная, зелёная и синяя составляющая в определённой пропорции, плюс незначительные спектральные пики других цветов от примесей люминофора. Энергия освещения распределяется по этим узким полосам спектра, поэтому эти лампы значительно (в 3-4 раза) экономичнее ламп накаливания (у последних до 95 % энергии занимает инфракрасная область спектра, невидимая человеческим глазом).

Люминесцентные лампы в быту приходят на смену лампам накаливания, а на производстве и в служебных помещениях почти полностью их вытеснили. Однако люминесцентные лампы не лишены недостатков. Так, например, на производстве использование люминесцентных ламп сопряжено с вредным стробоскопическим эффектом, заключающемся в том, что мерцание люминесцентной лампы с частотой питающего напряжения может совпасть по частоте вращения обрабатывающего механизма, при этом сам механизм в свете такой лампы для человека будет казаться неподвижным, «выключенным», что может привести к травме. Поэтому применяют дополнительную подсветку операционной зоны простой лампой накаливания, лишённой такого недостатка в силу инерции световой отдачи нити накаливания. На производстве, при наличии трёхфазной электрической сети, эта проблема решается включением ламп в разные фазы (напр. каждая 1-я лампа питается от фазы А, каждая 2-я от фазы B и т.д), что компенсирует мерцание ламп. У ламп, использующих вместо традиционной схемы включения (стартер + дроссель) ВЧ-генератор (такая схема использована в т. н. «экономичных» лампах, предназначенных для замены ламп накаливания), проблема стробоскопического эффекта отсутствует^{[источник не указан 17 дней]}.

Газоразрядные лампы применяются также для декоративных целей. В этих случаях им придают очертания букв, различных фигур и т. д. и наполняют газом с красивым цветом свечения (неоном, дающим оранжево-красное свечение, или аргоном с синевато-зелёным свечением).

Важнейшее применение тлеющий разряд получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света — газовых лазерах.

• Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3.