Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электрический разряд в газах возникает при протекании электрического тока через газовую среду из-за ионизации газа. В зависимости от нескольких факторов разряд может излучать видимый свет. Свойства электрических разрядов в газах изучаются в связи с проектированием источников освещения и проектирования высоковольтного электрооборудования.

Типы разряда [ править ]

Эффект лавины между двумя электродами. Первоначальное событие ионизации освобождает один электрон, а каждое последующее столкновение освобождает еще один электрон, поэтому при каждом столкновении возникают два электрона: ионизирующий электрон и освобожденный электрон.
Переход от тлеющего разряда к дуговому в аргоне за счет увеличения давления газа .
Вольт-амперная характеристика электрического разряда в неоне при давлении 1 торр с двумя плоскими электродами, расположенными на расстоянии 50 см. [ сомнительно - обсудить ]
A: случайные импульсы космического излучения
B: ток насыщения
C: лавинный разряд Таунсенда
D: самоподдерживающийся разряд Таунсенда
E: нестабильная область: коронный разряд
F: субнормальный тлеющий разряд
G: нормальный тлеющий разряд
H: аномальный тлеющий разряд
I: нестабильная область: переход тлеющей дуги
J: электрическая дуга
K: электрическая дуга
Область AD называется темным разрядом; есть некоторая ионизация, но сила тока ниже 10 микроампер и значительного количества излучения не происходит.
Область FH - это область тлеющего разряда; плазма излучает слабое свечение, которое занимает почти весь объем трубки; большая часть света излучается возбужденными нейтральными атомами.
Область ИК - область дугового разряда; плазма концентрируется в узком канале по центру трубки; производится большое количество радиации.

В лампах с холодным катодом электрический разряд в газе имеет три области с различными вольт-амперными характеристиками : [1]

  • I : Таунсендовский разряд ниже напряжения пробоя . При низких напряжениях единственный ток возникает из-за генерации носителей заряда в газе космическими лучами или другими источниками ионизирующего излучения. По мере увеличения приложенного напряжения свободные электроны, несущие ток, набирают достаточно энергии, чтобы вызвать дальнейшую ионизацию, вызывая лавину электронов . В этом режиме ток увеличивается от фемтоампер до микроампер, т. Е. На девять порядков величины, для очень небольшого дальнейшего увеличения напряжения. Вольт-амперная характеристика начинает спадать около напряжения пробоя, и свечение становится видимым.
  • II : тлеющий разряд , который возникает при достижении напряжения пробоя. Напряжение на электродах внезапно падает, а ток увеличивается до миллиампер. При более низких токах напряжение на трубке практически не зависит от тока; он используется в трубках регулятора напряжения тлеющего разряда . При меньших токах площадь электродов, покрываемых тлеющим разрядом, пропорциональна току. При более высоких токах нормальное свечение превращается в аномальное свечение , напряжение на трубке постепенно увеличивается, и тлеющий разряд покрывает все большую и большую поверхность электродов. Маломощное переключение (тиратроны тлеющего разряда), стабилизация напряжения и осветительные приборы (например, лампы Никси ,декатроны , неоновые лампы ) работают в этом регионе.
  • III : дуговый разряд , возникающий в амперном диапазоне тока; напряжение на трубке падает с увеличением тока. Сильноточные переключающие лампы, например , искровый разрядник , игнитрон , тиратрон и критрон (и его производное от вакуумной трубки , спритрон , использующий вакуумную дугу ), мощные ртутно-дуговые клапаны и мощные источники света, например, ртутные лампы и в этом диапазоне работают металлогалогенные лампы .

Тлеющий разряд облегчается за счет ударов электронов об атомах газа и их ионизации. Для образования тлеющего разряда длина свободного пробега электронов должна быть достаточно большой, но меньше расстояния между электродами; Поэтому тлеющие разряды не всегда возникают как при слишком низком, так и при слишком высоком давлении газа.

Пробоя напряжение для тлеющего разряда нелинейно зависит от продукта давления газа и расстояния между электродами в соответствии с законом Пашенный . Для определенного значения давления × расстояния существует самое низкое напряжение пробоя. Увеличение напряжения удара для более коротких расстояний между электродами связано со слишком большой длиной свободного пробега электронов по сравнению с расстоянием между электродами.

Небольшое количество радиоактивного элемента может быть добавлено в трубку либо как отдельный кусок материала (например, никель-63 в критронах ), либо как добавка к сплаву электродов (например, торий ) для предварительной ионизации газа и увеличения надежность электрического пробоя и зажигания тлеющего или дугового разряда. Также можно использовать газообразный радиоактивный изотоп, например криптон-85 . Также можно использовать электроды зажигания и электроды поддерживающего разряда. [2]

Отношение E / N между электрическим полем E и концентрацией нейтральных частиц N часто используется, потому что средняя энергия электронов (и, следовательно, многие другие свойства разряда) являются функцией E / N. Увеличение электрической напряженности E в некоторый q раз имеет те же последствия, что и уменьшение плотности газа N в q раз.

Его единица СИ - В · см 2 , но часто используется единица Таунсенда (Td).

Применение в аналоговых вычислениях [ править ]

Использование тлеющего разряда для решения определенных задач картографирования было описано в 2002 году. [3] Согласно статье в журнале Nature, описывающей эту работу, [4] исследователи Имперского колледжа Лондона продемонстрировали, как они построили мини-карту, которая дает туристам световой поток. указатели маршрута. Чтобы сделать однодюймовую лондонскую фишку, команда нарисовала план центра города на стеклянной пластине. Установка сверху плоской крышки превратила улицы в полые соединенные трубы. Они заполнили их газообразным гелием и вставили электроды в ключевые туристические центры. Когда напряжение подается между двумя точками, электричество естественным образом проходит по улицам по кратчайшему маршруту от A до B, и газ светится, как крошечная светящаяся полоска. Сам подход обеспечивает новые видимые аналоговые вычисления. подход к решению широкого класса задач поиска лабиринтов, основанный на свойствах зажигания тлеющего разряда в микрожидкостном чипе.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Справочные данные для инженеров: радио, электроника, компьютеры и связь Венди Миддлтон, Мак Э. Ван Валкенбург, стр. 16-42, Newnes, 2002 ISBN  0-7506-7291-9
  2. ^ Справочник по оптоэлектронике, Том 1 Джона Дакина, Роберта Г. В. Брауна, стр. 52, CRC Press, 2006 ISBN 0-7503-0646-7 
  3. ^ Рейес, DR; Ганем, ММ; Уайтсайдс, GM; Манц, А. (2002). «Тлеющий разряд в микрожидкостных микросхемах для видимых аналоговых вычислений». Лаборатория на чипе . 2 (2): 113–6. DOI : 10.1039 / B200589A . PMID 15100843 . 
  4. ^ "Тлеющий разряд в микрожидкостных микросхемах для видимых аналоговых вычислений". Природа . 27 мая 2002 г. doi : 10.1038 / news020520-12 .