Μια εκκένωση σπινθήρα εμφανίζεται σε περιπτώσεις όπου η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου φτάνει σε μια τιμή διάσπασης για ένα δεδομένο αέριο.Η τιμή εξαρτάται από την πίεση του αερίου. για αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση είναι περίπου . Όσο αυξάνεται η πίεση, αυξάνεται. Σύμφωνα με τον πειραματικό νόμο του Paschen, ο λόγος της έντασης του πεδίου διάσπασης προς την πίεση είναι περίπου σταθερός:

Μια εκκένωση σπινθήρα συνοδεύεται από το σχηματισμό ενός λαμπερού, ελικοειδής, διακλαδισμένου καναλιού μέσω του οποίου διέρχεται ένας βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος μεγάλη δύναμη. Ένα παράδειγμα θα ήταν ο κεραυνός. Το μήκος του μπορεί να είναι έως 10 km, η διάμετρος του καναλιού είναι έως και 40 cm, η ισχύς ρεύματος μπορεί να φτάσει τα 100.000 αμπέρ ή περισσότερο, η διάρκεια παλμού είναι περίπου .

Κάθε κεραυνός αποτελείται από πολλούς (έως 50) παλμούς που ακολουθούν το ίδιο κανάλι. Η συνολική τους διάρκεια (μαζί με τα διαστήματα μεταξύ των παλμών) μπορεί να φτάσει αρκετά δευτερόλεπτα. Η θερμοκρασία του αερίου στο κανάλι σπινθήρα μπορεί να είναι έως και 10.000 K. Η γρήγορη ισχυρή θέρμανση του αερίου οδηγεί σε απότομη αύξηση της πίεσης και την εμφάνιση κρουστικών και ηχητικών κυμάτων. Ως εκ τούτου, μια εκκένωση σπινθήρα συνοδεύεται από ηχητικά φαινόμενα - από έναν αχνό ήχο τριξίματος από έναν σπινθήρα χαμηλής ισχύος μέχρι το βουητό της βροντής που συνοδεύει τον κεραυνό.

Της εμφάνισης ενός σπινθήρα προηγείται ο σχηματισμός ενός εξαιρετικά ιονισμένου καναλιού στο αέριο, που ονομάζεται streamer. Αυτό το κανάλι λαμβάνεται μπλοκάροντας μεμονωμένες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων που συμβαίνουν κατά μήκος της διαδρομής του σπινθήρα. Ο ιδρυτής κάθε χιονοστιβάδας είναι ένα ηλεκτρόνιο που σχηματίζεται από φωτοϊονισμό. Το διάγραμμα ανάπτυξης του streamer φαίνεται στο Σχ. 87.1. Έστω η ένταση του πεδίου τέτοια ώστε ένα ηλεκτρόνιο που εκτοξεύεται από την κάθοδο λόγω κάποιας διεργασίας να αποκτά ενέργεια επαρκή για ιονισμό στη μέση ελεύθερη διαδρομή.

Επομένως, τα ηλεκτρόνια πολλαπλασιάζονται - εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα (τα θετικά ιόντα που σχηματίζονται σε αυτήν την περίπτωση δεν παίζουν σημαντικό ρόλο λόγω της πολύ χαμηλότερης κινητικότητάς τους· καθορίζουν μόνο το φορτίο χώρου, προκαλώντας ανακατανομή δυναμικού). Η ακτινοβολία βραχέων κυμάτων που εκπέμπεται από ένα άτομο από το οποίο ένα από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια έχει σχιστεί κατά τη διάρκεια του ιονισμού (αυτή η ακτινοβολία φαίνεται στο διάγραμμα με κυματιστές γραμμές) προκαλεί φωτοϊοντισμό των μορίων και τα προκύπτοντα ηλεκτρόνια δημιουργούν όλο και περισσότερες χιονοστιβάδες. Μετά την επικάλυψη των χιονοστιβάδων, σχηματίζεται ένα καλά αγώγιμο κανάλι - ένα streamer, μέσω του οποίου μια ισχυρή ροή ηλεκτρονίων ορμάει από την κάθοδο προς την άνοδο - συμβαίνει διάσπαση.

Εάν τα ηλεκτρόδια έχουν σχήμα στο οποίο το πεδίο στον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι περίπου ομοιόμορφο (για παράδειγμα, είναι μπάλες αρκετά μεγάλης διαμέτρου), τότε η διάσπαση συμβαίνει σε μια πολύ συγκεκριμένη τάση, η τιμή της οποίας εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των αρχίδια. Αυτή είναι η βάση του βολτόμετρου σπινθήρα, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της υψηλής τάσης. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων, προσδιορίζεται η μεγαλύτερη απόσταση στην οποία εμφανίζεται ένας σπινθήρας. Στη συνέχεια πολλαπλασιάστε επί για να λάβετε την τιμή της μετρούμενης τάσης.

Εάν ένα από τα ηλεκτρόδια (ή και τα δύο) έχει πολύ μεγάλη καμπυλότητα (για παράδειγμα, ένα λεπτό σύρμα ή μια άκρη χρησιμεύει ως ηλεκτρόδιο), τότε σε όχι πολύ υψηλή τάση εμφανίζεται η λεγόμενη εκφόρτιση κορώνας. Καθώς η τάση αυξάνεται, αυτή η εκφόρτιση μετατρέπεται σε σπινθήρα ή τόξο.

Κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης κορώνας, ο ιονισμός και η διέγερση των μορίων δεν συμβαίνει σε ολόκληρο τον χώρο μεταξύ των ηλεκτροδίων, αλλά μόνο κοντά στο ηλεκτρόδιο με μικρή ακτίνα καμπυλότητας, όπου η ένταση του πεδίου φθάνει σε τιμές ίσες ή μεγαλύτερες. Σε αυτό το τμήμα της εκκένωσης το αέριο λάμπει. Η λάμψη έχει την εμφάνιση ενός στέμματος που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο, από το οποίο προκύπτει το όνομα αυτού του τύπου εκκένωσης. Η εκκένωση κορώνας από το άκρο έχει την εμφάνιση φωτεινής βούρτσας, και επομένως μερικές φορές ονομάζεται εκκένωση βούρτσας. Ανάλογα με το πρόσημο του ηλεκτροδίου κορώνας, μιλούν για θετική ή αρνητική κορώνα. Μεταξύ του στρώματος κορώνας και του ηλεκτροδίου χωρίς κορώνα υπάρχει μια εξωτερική περιοχή κορώνας. Η λειτουργία κατανομής υπάρχει μόνο μέσα στο στρώμα κορώνας. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι η εκκένωση κορώνας είναι μια ατελής κατανομή του διακένου αερίου.

Στην περίπτωση μιας αρνητικής κορώνας, τα φαινόμενα στην κάθοδο είναι παρόμοια με εκείνα στην κάθοδο μιας εκκένωσης λάμψης. Τα θετικά ιόντα που επιταχύνονται από το πεδίο εξουδετερώνουν τα ηλεκτρόνια από την κάθοδο, τα οποία προκαλούν ιονισμό και διέγερση μορίων στο στρώμα του στέμματος. Σε εξωτερική περιοχήΤο πεδίο της κορώνας δεν επαρκεί για να παρέχει στα ηλεκτρόνια την απαραίτητη ενέργεια για τον ιονισμό ή τη διέγερση των μορίων.

Επομένως, τα ηλεκτρόνια που διεισδύουν σε αυτήν την περιοχή παρασύρονται υπό την επίδραση του μηδενός προς την άνοδο. Μερικά ηλεκτρόνια συλλαμβάνονται από μόρια, με αποτέλεσμα το σχηματισμό αρνητικών ιόντων. Έτσι, το ρεύμα στην εξωτερική περιοχή καθορίζεται μόνο από αρνητικούς φορείς - ηλεκτρόνια και αρνητικά ιόντα. Σε αυτήν την περιοχή, η απόρριψη δεν είναι αυτοσυντηρούμενη.

Στη θετική κορώνα, οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων ξεκινούν από το εξωτερικό όριο της κορώνας και ορμούν προς το ηλεκτρόδιο της κορώνας - την άνοδο. Η εμφάνιση ηλεκτρονίων που δημιουργούν χιονοστιβάδες οφείλεται στον φωτοϊονισμό που προκαλείται από την ακτινοβολία από το στρώμα της κορώνας. Οι φορείς ρεύματος στην εξωτερική περιοχή του στέμματος είναι θετικά ιόντα, τα οποία παρασύρονται υπό την επίδραση του πεδίου προς την κάθοδο.

Εάν και τα δύο ηλεκτρόδια έχουν μεγάλη καμπυλότητα (δύο ηλεκτρόδια κορώνας), οι διεργασίες χαρακτηριστικές ενός ηλεκτροδίου κορώνας ενός δεδομένου σημείου συμβαίνουν κοντά σε καθένα από αυτά. Και τα δύο στρώματα κορώνας χωρίζονται από μια εξωτερική περιοχή στην οποία κινούνται αντίθετες ροές θετικών και αρνητικών φορέων ρεύματος. Ένα τέτοιο στέμμα ονομάζεται διπολικό.

Η ανεξάρτητη εκκένωση αερίου που αναφέρεται στην § 82 όταν εξετάζονται οι μετρητές είναι εκκένωση κορώνας.

Το πάχος του στρώματος κορώνας και η ισχύς του ρεύματος εκφόρτισης αυξάνονται με την αύξηση της τάσης. Σε χαμηλή τάση το μέγεθος του στέμματος είναι μικρό και η λάμψη του ανεπαίσθητη. Μια τέτοια μικροσκοπική κορώνα εμφανίζεται κοντά στην άκρη από την οποία ρέει ο ηλεκτρικός άνεμος (βλ. § 24).

Κορώνα που εμφανίζεται υπό την επιρροή ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμόςστις κορυφές των ιστιών πλοίων, των δέντρων κ.λπ., στην αρχαιότητα έλαβαν το όνομα των φώτων του St. Elmo.

Σε εφαρμογές υψηλής τάσης, ιδιαίτερα σε γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης, η εκφόρτιση κορώνας οδηγεί σε επιβλαβή διαρροή ρεύματος. Επομένως, πρέπει να ληφθούν μέτρα για την αποτροπή της. Για το σκοπό αυτό, για παράδειγμα, τα καλώδια των γραμμών υψηλής τάσης λαμβάνονται με αρκετά μεγάλη διάμετρο, όσο μεγαλύτερη τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση γραμμής.

Η εκκένωση Corona έχει βρει χρήσιμη εφαρμογή στην τεχνολογία σε ηλεκτρικούς κατακρημνιστές. Το αέριο που πρόκειται να καθαριστεί κινείται σε έναν σωλήνα κατά μήκος του άξονα του οποίου βρίσκεται ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο κορώνας. Τα αρνητικά ιόντα, που υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες στην εξωτερική περιοχή του στέμματος, κατακάθονται σε σωματίδια ή σταγονίδια που ρυπαίνουν το αέριο και μεταφέρονται μαζί τους στο εξωτερικό ηλεκτρόδιο που δεν είναι κορώνα. Έχοντας φτάσει σε αυτό το ηλεκτρόδιο, τα σωματίδια εξουδετερώνονται και εναποτίθενται σε αυτό. Στη συνέχεια, όταν χτυπηθεί ο σωλήνας, το ίζημα που σχηματίζεται από τα παγιδευμένα σωματίδια πέφτει στη δεξαμενή συλλογής.

Η εμφάνιση σερπαντίνες στον όγκο μεταξύ των ηλεκτροδίων δεν οδηγεί πάντα σε σπινθήρα, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει έναν άλλο τύπο εκκένωσης, μια εκκένωση κορώνας. Το σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα μιας συσκευής με την οποία μπορείτε να αναπαράγετε μια εκκένωση κορώνας. Σε αυτή τη συσκευή, ένα λεπτό σύρμα τοποθετείται κατά μήκος του άξονα ενός κοίλου μεταλλικού κυλίνδρου.

Όταν υπάρχει τάση μεταξύ του σύρματος και του κυλίνδρου, δημιουργείται ένα ανομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο στον μεταξύ τους χώρο με μέγιστη ένταση κοντά στο καλώδιο. Όταν η ένταση του πεδίου κοντά στο καλώδιο πλησιάζει την τιμή διάσπασης της τάσης του αέρα (περίπου U p =30.000 V/m), αναφλέγεται μια εκκένωση κορώνας μεταξύ του σύρματος και του κυλίνδρου και ρέει ρεύμα στο κύκλωμα, δηλ. Μια λάμψη εμφανίζεται γύρω από το σύρμα - μια κορώνα. Η εμφάνιση της κορώνας σε ένα αρνητικό δυναμικό σύρματος (αρνητική κορώνα) είναι κάπως διαφορετική από τη θετική κορώνα.

Σε αρνητικό δυναμικό σύρματος, οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων ξεκινούν από το καλώδιο, εξαπλώνονται στην άνοδο και σε κάποια απόσταση οι σερπαντίνες διακόπτονται λόγω μείωσης της έντασης του πεδίου. Στην περίπτωση μιας θετικής κορώνας, οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων ξεκινούν από το εξωτερικό όριο (επιφάνεια) της κορώνας και κινούνται προς το σύρμα. Σε αντίθεση με μια εκκένωση σπινθήρα, σε μια εκκένωση κορώνας υπάρχει μια ατελής διάσπαση του διακένου αερίου, καθώς σε αυτό οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων δεν διαπερνούν ολόκληρο το στρώμα αερίου E = .

Μέσα στις κορώνες υπάρχουν θετικά και αρνητικά ιόντα. Έξω από το στέμμα θα υπάρχουν ιόντα ενός μόνο πρόσημου: αρνητικό με αρνητικό στέμμα. θετικά ιόντα με θετική κορώνα.

Μια εκκένωση κορώνας μπορεί να συμβεί όχι μόνο στο σύρμα, αλλά και στο άκρο και γενικά σε όλα τα ηλεκτρόδια, κοντά στα οποία σχηματίζεται ένα πολύ ισχυρό ανομοιογενές πεδίο. Η εκκένωση κορώνας συνοδεύεται από έναν ήχο συριγμού και έναν ελαφρύ ήχο τριξίματος. Η εκφόρτιση Corona συμβαίνει σε γραμμές υψηλής τάσης και προκαλεί διαρροή ηλεκτρονικών φορτίων, δηλ. ηλεκτρική ενέργεια.

Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού.

1. Ηλεκτρικός καθαρισμός αερίου (ηλεκτρικοί κατακρημνιστές). Υπάρχει ένα πολύ γνωστό πείραμα - ένα δοχείο γεμάτο καπνό γίνεται αμέσως εντελώς διαφανές εάν εισαχθούν σε αυτό αιχμηρά μεταλλικά ηλεκτρόδια υπό υψηλή τάση.

Αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των αερίων. Τα στερεά και υγρά σωματίδια που περιέχονται στο αέριο στην εκκένωση του στέμματος αλληλεπιδρούν με τα ιόντα και γίνονται φορτισμένα σωματίδια (τα ιόντα «κολλάνε» στα σωματίδια σκόνης) και στη συνέχεια κατευθύνονται στα ηλεκτρόδια και εναποτίθενται. Επιπλέον, τέτοιοι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές καθιστούν δυνατή την εξαγωγή πολλών τόνων πολύτιμων προϊόντων από αέρια κατά την παραγωγή θειικού οξέος και μη σιδηρούχων μετάλλων σε γραμμική παραγωγή.

2.Μετρητές σωματιδίων ηλεκτρονίων.

Η τάση U επιλέγεται έτσι ώστε να είναι ελαφρώς μικρότερη από την «κρίσιμη», δηλ. απαραίτητο για την ανάφλεξη της εκκένωσης κορώνας μέσα στο μετρητή. Όταν ένα ταχέως κινούμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στον απαριθμητή, ιονίζει τα μόρια αερίου μέσα στον όγκο, προκαλώντας μείωση της τάσης ανάφλεξης της κορώνας. Εμφανίζεται μια εκφόρτιση στο μετρητή και ένας ασθενής βραχυπρόθεσμος παλμός ρεύματος εμφανίζεται στο κύκλωμα. Για την καταγραφή του σήματος, χρησιμοποιείται ένα ευαίσθητο ηλεκτρόμετρο Ε· κάθε φορά που ένα σωματίδιο (ακόμα και ένα ηλεκτρόνιο) εισέρχεται στον όγκο του μετρητή, τα φύλλα του ηλεκτρομέτρου πετούν πίσω.

§7. Ταξινόμηση ηλεκτρικών εκκενώσεων.

Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις στα αέρια προχωρούν με διάφορους τρόπους, δηλ. σε μια εκκένωση πραγματοποιούνται ορισμένες θεμελιώδεις (στοιχειώδεις) διεργασίες που είναι ειδικές για ένα δεδομένο είδος εκκένωσης και καθορίζουν το σχήμα της. τα χαρακτηριστικά γνωρίσματά του.

Όπως ήδη γνωρίζουμε, υπάρχει ένας περιορισμένος αριθμός στοιχειωδών διεργασιών που μπορούν να πραγματοποιηθούν στον όγκο μιας εκκένωσης αερίου· ας απαριθμήσουμε ξανά αυτές τις διεργασίες:

1) Προκύπτουν συγκρούσεις σωματιδίων αερίου: ανταλλαγή ενέργειας, ορμή, διέγερση ατόμων, ιονισμός.

2) Η προσθήκη ηλεκτρονίων προκύπτει: εμφανίζεται αρνητικό ιόν, μειώνεται η συγκέντρωση ηλεκτρονίων.

3) Αποτέλεσμα ανασυνδυασμού: γεννιέται η ακτινοβολία (φωτόνιο).

4) Λήψη και εκπομπή ακτινοβολίας στον όγκο εκκένωσης.

5) Διάχυση φορτισμένων σωματιδίων.

6) Επιδράσεις ηλεκτροδίων: θερμιονική εκπομπή. εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, εκπομπή λόγω πρόσκρουσης ηλεκτρονίων, εκπομπή λόγω επίδρασης θετικών ιόντων: εκπομπή λόγω κρούσης ουδέτερων ατόμων. αυτο-ηλεκτρονικές εκπομπές.

Ταυτόχρονα, όλες αυτές οι στοιχειώδεις - θεμελιώδεις διεργασίες στις εκκενώσεις δεν πραγματοποιούνται. Ανάλογα με τις συνθήκες, πραγματοποιούνται μόνο ορισμένες διεργασίες και αυτό το σύνολο στοιχειωδών διεργασιών καθορίζει τις βασικές ιδιότητες της εκκένωσης, δηλ. Αυτός ο τύπος εκκένωσης διαφέρει από έναν άλλο σε ένα σύνολο στοιχειωδών διεργασιών. Αυτό το ίδιο το σύνολο ή ο τύπος εκφόρτισης καθορίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους του συστήματος: το μέγεθος του ρεύματος και την τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων. πίεση αερίου, γεωμετρία του θαλάμου εκκένωσης, υλικό των ηλεκτροδίων και η κατάσταση της επιφάνειάς τους, θερμοκρασία των ηλεκτροδίων κ.λπ.

Ο τύπος εκφόρτισης καθορίζεται κυρίως από την τάση στα ηλεκτρόδια, το μέγεθος του ρεύματος εκφόρτισης και την πίεση στο θάλαμο εκφόρτισης. Στην περίπτωση αυτή, η τάση και το ρεύμα είναι ανεξάρτητες παράμετροι του συστήματος.

Έτσι, η εξάρτηση της τάσης από το ρεύμα γίνεται το πιο σημαντικό αναπόσπαστο χαρακτηριστικό μιας ηλεκτρικής εκφόρτισης U = f(I) που ονομάζεται επίσης χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της εκφόρτισης. Σχηματίζεται ανάλογα με τις εσωτερικές διεργασίες, επομένως, ο τύπος εκκένωσης μπορεί να προσδιοριστεί από αυτό.

Ας εξετάσουμε λοιπόν πώς ένας τύπος εκφόρτισης μετατρέπεται σε άλλο τύπο χρησιμοποιώντας το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης.

Το τμήμα OB είναι μια μη αυτοσυντηρούμενη σκοτεινή εκκένωση, ο σχηματισμός φορέων ρεύματος συμβαίνει μόνο λόγω ενός εξωτερικού ιονιστή, ο ανασυνδυασμός συμβαίνει στο τμήμα ΟΑ και στο AB όλα τα φορτία φτάνουν στα ηλεκτρόδια, ο ανασυνδυασμός φορτίου μπορεί να παραμεληθεί.

Πέρα από το σημείο Β, αρχίζει ο ιονισμός των ουδέτερων σωματιδίων με πρόσκρουση ηλεκτρονίων και εμφανίζονται χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων και ιόντων. Ωστόσο, εάν αφαιρέσετε τον εξωτερικό ιονιστή, η εκκένωση σταματά. Αυτή είναι μια μη ανεξάρτητη εκκένωση του Τάουνσεντ - αυτό είναι τμήμα των Ενόπλων Δυνάμεων.

Τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, που εκτοξεύονται από την κάθοδο από θετικά ιόντα, κβάντα φωτός και διεγερμένα μόρια, παίζουν σημαντικό ρόλο στην περιοχή CD. Δεν χρειάζεται να διατηρηθεί ο ιονισμός λόγω της ενέργειας των εξωτερικών πηγών - η εκκένωση γίνεται ανεξάρτητη, ονομάζεται επίσης ανεξάρτητη εκκένωση Townsend (αυτό είναι το τμήμα SE).

Στο τμήμα EF, η εκκένωση Townsend μετατρέπεται σε κανονική εκκένωση λάμψης, η οποία αντιστοιχεί στο τμήμα FH. Η τάση στο τμήμα NK αυξάνεται με την αύξηση της τάσης. Η εκκένωση που αντιστοιχεί στο τμήμα ΝΚ ονομάζεται ανώμαλη εκκένωση λάμψης.

Επιπλέον, με την αύξηση του ρεύματος, η θερμοκρασία της καθόδου αυξάνεται, ο ρόλος της θερμιονικής εκπομπής αυξάνεται, η εκκένωση συστέλλεται και σχηματίζεται εκκένωση τόξου. Η εκκένωση τόξου διατηρείται με θερμιονική εκπομπή από την κάθοδο.

Στατική εκκένωση πυράκτωσης σε χαμηλή πίεση.

Καθώς το ρεύμα αυξάνεται, μια ανεξάρτητη απόρριψη Townsell (τμήμα CEF) μπορεί να αναπτυχθεί με διαφορετικούς τρόπους και να έχει διάφορες μορφές. Εάν σε πίεση περίπου 1 mm. rt. Τέχνη. η εκκένωση συμβαίνει μεταξύ των ηλεκτροδίων που συνδέονται με την πηγή συνεχές ρεύμα, τότε πραγματοποιείται κανονική εκκένωση.

Το τμήμα FH του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης αντιστοιχεί σε εκκένωση πυράκτωσης. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα μιας εκκένωσης λάμψης είναι η περίεργη κατανομή του δυναμικού κατά μήκος του διακενού μεταξύ ηλεκτροδίων. Η κατανομή του δυναμικού οδηγεί στο γεγονός ότι η εκκένωση λάμψης έχει μια χαρακτηριστική ανομοιόμορφη εμφάνιση και επομένως μια ανομοιόμορφη δομή· η εκκένωση φαίνεται να χωρίζεται σε μέρη. Η εκκένωση λάμψης αποτελείται από μια περιοχή καθόδου και μια θετική στήλη.

Ας δούμε τα διάφορα μέρη της εκκένωσης. Ξεκινώντας από την κάθοδο στην άνοδο.

Περιοχή καθόδου της εκκένωσης.

Τα ηλεκτρόνια που χρειάζονται για τη διατήρηση της εκκένωσης εκπέμπονται κυρίως όταν η κάθοδος βομβαρδίζεται με θετικά ιόντα. Τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια εγκαταλείπουν την κάθοδο με χαμηλές ταχύτητες· ως αποτέλεσμα, (κοντά στην επιφάνεια σχηματίζουν αρνητικό διαστημικό φορτίο) δεν έχουν ακόμη αρκετή ενέργεια για να διεγείρουν μόρια αερίου, έτσι τα μόρια δεν εκπέμπουν και ένας σκοτεινός χώρος γεμίζει με αργό ηλεκτρόνια σχηματίζονται απευθείας στην επιφάνεια της καθόδου. Αυτό το πολύ λεπτό, μη φωτεινό στρώμα αερίου ονομάζεται σκοτεινός χώρος του Άστον. Το ρεύμα σε αυτή την περιοχή παράγεται κυρίως από θετικά ιόντα.

Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από το πεδίο, η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων γίνεται αρκετή για να διεγείρει μόρια αερίου και αυτό προκαλεί την εμφάνιση ενός λεπτού φωτεινού στρώματος αερίου, που ονομάζεται πρώτη λάμψη καθόδου. Σε αυτήν την περιοχή, τα ηλεκτρόνια χάνουν εν μέρει ή πλήρως την ταχύτητα κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων. Επομένως, μετά την πρώτη λάμψη καθόδου, σχηματίζεται ένας επόμενος σκοτεινός χώρος καθόδου. Σε αυτή την περιοχή υπάρχει ασθενής ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων με θετικά ιόντα, επομένως πολύ μικρή εκπομπή εμφανίζεται εδώ. Στον σκοτεινό χώρο της καθόδου, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται έντονα σε ταχύτητες με τις οποίες ιονίζουν έντονα μόρια αερίου και, κατά συνέπεια, πολλαπλασιάζονται.

Στο τέλος του δεύτερου σκοτεινού χώρου καθόδου, ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι ήδη τόσο μεγάλος που το ρεύμα μεταφέρεται σχεδόν πλήρως από ηλεκτρόνια και μειώνουν αισθητά το θετικό φορτίο χώρου, σχηματίζοντας ακόμη και μια περιοχή αρνητικού φορτίου χώρου. Σε αυτή την περιοχή, η περαιτέρω επιτάχυνση των ηλεκτρονίων σταματά και η ενέργεια που συσσωρεύεται στην περιοχή του σκοτεινού χώρου της δεύτερης καθόδου ξοδεύεται κυρίως σε έντονη διέγερση και ιονισμό μορίων. Αυτό συμβαίνει στην περιοχή της δεύτερης λάμψης καθόδου (αρνητική λάμψη καθόδου). Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια των ηλεκτρονίων μειώνεται, σταδιακά μειώνεται και η ένταση της διέγερσης και του ιοντισμού, επομένως μειώνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων (και λόγω ανασυνδυασμού και διάχυσης), τόσο ώστε το αρνητικό φορτίο χώρου να μηδενίζεται. Αντίστοιχα, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αλλάζει και στο σημείο εξαφάνισης του αρνητικού φορτίου το Ε παίρνει μια σταθερή τιμή (περίπου 1 V/cm) και δεν αλλάζει μέχρι την περιοχή φόρτισης της ανόδου. Σε αυτό το σημείο αρχίζει η θετική στήλη της εκκένωσης λάμψης.

Ο χώρος που καταλαμβάνει ο σκοτεινός χώρος του Aston της πρώτης λάμψης καθόδου και του δεύτερου σκοτεινού χώρου ονομάζεται περιοχή πτώσης δυναμικού καθόδου. Όπως φαίνεται από το σχήμα, η πτώση δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων πραγματοποιείται σχεδόν πλήρως σε μια μικρή περιοχή κοντά στην κάθοδο. Το μήκος αυτού του τμήματος ποικίλλει αντιστρόφως ανάλογο με την πίεση του αερίου. Σε P = 1 mmHg. dc είναι περίπου 10 mm και U=100-250 V.

Σε μια κανονική εκκένωση πυράκτωσης, η πυκνότητα ρεύματος παραμένει σταθερή καθώς το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται ή μειώνεται. Αλλά εξαρτάται από την πίεση P και αλλάζει σύμφωνα με το νόμο P 2. Για παράδειγμα, σε P = 1 mm Hg. μέση πυκνότητα ι= 0,1 mA/cm2 = 1·104 A/cm2. Αλλά ιεξαρτάται επίσης από τη φύση του αερίου και το υλικό της καθόδου. Από I=jSέπεται ότι σε χαμηλό ρεύμα μέρος της περιοχής συμμετέχει στην εκφόρτιση.

Υπό αυτές τις συνθήκες, η πτώση δυναμικού καθόδου Uk παραμένει επίσης σταθερή. Για εύρος πίεσης από 1-10 mm Hg. η τιμή του U k δεν εξαρτάται από την πίεση και καθορίζεται μοναδικά από τη φύση του αερίου και το υλικό της καθόδου. Παραδείγματα

Καθώς το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται, έρχεται μια στιγμή που ολόκληρη η περιοχή της καθόδου συμμετέχει στην εκκένωση· από αυτή τη στιγμή, με περαιτέρω αύξηση του ρεύματος, η πτώση του δυναμικού της καθόδου αρχίζει να αυξάνεται. Η ένταση πεδίου Ε αυξάνεται μέχρι να επιτευχθεί ο απαραίτητος ιονισμός για να διατηρηθεί η αύξηση του ρεύματος. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, μια κανονική εκκένωση λάμψης μετατρέπεται σε ανώμαλη εκκένωση λάμψης.

όπου, k είναι μια σταθερά ανάλογα με τον τύπο του αερίου και το υλικό καθόδου.

Θετικός πυλώνας.

Η θετική στήλη αποτελείται από πλάσμα και το πλάσμα είναι ένα ουδέτερο ηλεκτρικά αγώγιμο μέσο. Ως εκ τούτου, η στήλη θετικής λάμψης παίζει το ρόλο ενός συνηθισμένου αγωγού που συνδέει την περιοχή κοντά στην κάθοδο με το σχεδόν ανοδικό τμήμα της εκκένωσης. Σε αντίθεση με άλλα μέρη της εκκένωσης πυράκτωσης, τα οποία έχουν συγκεκριμένες διαστάσεις και δομή ανάλογα με τον τύπο του αερίου, την πίεση και την πυκνότητα ρεύματος εκκένωσης, το μήκος της θετικής στήλης καθορίζεται από τις διαστάσεις του θαλάμου εκκένωσης και τη δομή της στήλης είναι ένα ιονισμένο αέριο ( n e ≈ n i), δηλ. μπορεί να είναι οποιουδήποτε μήκους. Η ένταση του πεδίου είναι περίπου 1 V/cm και τείνει να αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης. Η ένταση αλλάζει επίσης όταν αλλάζει η ακτίνα του θαλάμου (σωλήνας) - η συμπίεση της εκκένωσης αυξάνει το πεδίο: Το E παίρνει πάντα μια τιμή αρκετή για να διατηρήσει στη στήλη τον βαθμό ιονισμού που απαιτείται για τη σταθερή καύση της εκκένωσης. Η ενέργεια στη στήλη είναι επαρκής για ιονισμό. Και η διαδικασία ιονισμού αντισταθμίζει την απώλεια ηλεκτρονίων και ιόντων λόγω ανασυνδυασμού και διάχυσης, ακολουθούμενη από εξουδετέρωση στα ηλεκτρόδια και στα τοιχώματα του θαλάμου, η λάμψη της θετικής στήλης συνδέεται με όλες αυτές τις διαδικασίες. Σε αντίθεση με άλλα μέρη, στη θετική στήλη μιας εκκένωσης λάμψης, η χαοτική κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων υπερισχύει της κατευθυνόμενης.

Περιοχή ανόδου.

Η άνοδος έλκει ηλεκτρόνια από τη θετική στήλη και σχηματίζεται ένα αρνητικό φορτίο χώρου κοντά στη θέση δέσμευσης και η ένταση του πεδίου αυξάνεται, με αποτέλεσμα το ρεύμα εκφόρτισης να μεταφέρεται στην επιφάνεια της ανόδου. Η περιοχή πτώσης ανόδου είναι το παθητικό τμήμα της εκκένωσης. Η άνοδος δεν εκπέμπει φορτία. Μια εκκένωση λάμψης μπορεί να υπάρχει χωρίς περιοχή ανόδου, καθώς και χωρίς θετική στήλη. Η στήλη θετικής εκφόρτισης δεν εξαρτάται από διεργασίες σχεδόν ηλεκτροδίων. Η διαφορά μεταξύ των μερών της καθόδου είναι η κυρίως κατευθυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων και των ιόντων.

Εφαρμογή εκκένωσης λάμψης.

Η εκκένωση πυράκτωσης στα εκφορτιζόμενα αέρια βρίσκει μια ποικιλία εφαρμογών σε ανορθωτές γεμισμένους με αέριο, μετατροπείς, δείκτες, σταθεροποιητές τάσης και λαμπτήρες φθορισμού φωτός αερίου. Για παράδειγμα, σε λαμπτήρες νέον (για λόγους σηματοδότησης), χρησιμοποιείται εκκένωση λάμψης στο νέον, τα ηλεκτρόδια είναι επικαλυμμένα με ένα στρώμα βαρίου και έχουν πτώση δυναμικού καθόδου περίπου 70 V και αναφλέγονται όταν συνδέονται στο δίκτυο φωτισμού.

Στους λαμπτήρες φθορισμού, η εκκένωση λάμψης εμφανίζεται σε ατμούς υδραργύρου. Η ακτινοβολία από τους ατμούς υδραργύρου απορροφάται από ένα στρώμα φωσφόρου που καλύπτει την εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα φωτός αερίου.

Η εκκένωση λάμψης χρησιμοποιείται επίσης για καθοδική εκτόξευση μετάλλων. Κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης λάμψης, η επιφάνεια της καθόδου, λόγω βομβαρδισμού με θετικά αέρια ιόντα, θερμαίνεται πολύ σε μεμονωμένες μικρές περιοχές και επομένως σταδιακά μετατρέπεται σε κατάσταση ατμού. Τοποθετώντας αντικείμενα κοντά στην κάθοδο εκκένωσης, μπορούν να επικαλυφθούν με ένα ομοιόμορφο στρώμα μετάλλου.

Τα τελευταία χρόνια, η εκκένωση λάμψης έχει βρει εφαρμογή στη χημεία του πλάσματος και στην τεχνολογία λέιζερ. Σε αυτά, χρησιμοποιείται εκκένωση λάμψης σε ανώμαλο τρόπο σε αυξημένη πίεση.

1. p = 6,7 kPa ≈ 50 mm. rt. Τέχνη.

v= 15,7 m/s

2. p = 8 kPa ≈ 60 mm. rt. Τέχνη.

v= 21 m/s

Τυπικά χαρακτηριστικά ρεύματος-τάσης μιας εκκένωσης πυράκτωσης σε εγκάρσια ροή αέρα.

1 mm. rt. Τέχνη. = 133 Pa. 1kPa=1000/133 = 8mmHg.

Με μια περαιτέρω αύξηση της τάσης από U 3 και πάνω, η ισχύς του ρεύματος αρχίζει να αυξάνεται απότομα. Εάν αφαιρέσετε τον εξωτερικό ιονιστή, η εκφόρτιση θα συνεχιστεί. Αυτό σημαίνει ότι τα φορτία που είναι απαραίτητα για τη διατήρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του αερίου δημιουργούνται πλέον από την ίδια την εκκένωση. Μια εκκένωση αερίου που υπάρχει χωρίς τη δράση εξωτερικού ιονιστή ονομάζεται ανεξάρτητη εκκένωση. Η τάση Uz στην οποία η εκφόρτιση γίνεται ανεξάρτητη ονομάζεται τάση ανάφλεξης της εκκένωσης αερίου ή τάση διάσπασης. Μια αυτοσυντηρούμενη εκκένωση αερίου διατηρείται λόγω του ιονισμού κρούσης από ηλεκτρόνια που επιταχύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, η ταχύτητα των ηλεκτρονίων αυξάνεται τόσο πολύ που όταν ένα ηλεκτρόνιο συγκρούεται με ένα άτομο, το άτομο χάνει ένα ηλεκτρόνιο. Εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι επαρκής, και τα δύο ηλεκτρόνια αποκτούν αρκετή ενέργεια πριν από την επόμενη σύγκρουση για να ιονίσουν το επόμενο άτομο. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων αυξάνεται πολύ γρήγορα· λένε ότι σχηματίζεται μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων-ιόντων. Αυτό δεν είναι αρκετό· είναι απαραίτητο να αντισταθμίσουμε τα ηλεκτρόνια που χάνονται στην άνοδο. Αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να αναδυθούν από την κάθοδο βομβαρδίζοντας την κάθοδο με θετικά ιόντα και φωτόνια (όταν η κάθοδος φωτίζεται) που κινούνται προς την κάθοδο υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.

Τύποι ανεξάρτητων απορρίψεων:

ΕΝΑ) Έκκριση κορωνοϊού

εμφανίζεται σε ατμοσφαιρική πίεση σε ένα έντονα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο κοντά σε ηλεκτρόδια με μεγάλη καμπυλότητα επιφάνειας

σι) Εκκένωση σπινθήρα

εμφανίζεται σε υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου.

V) Εκκένωση τόξου

Εάν, μετά την ανάφλεξη μιας εκκένωσης σπινθήρα από μια ισχυρή πηγή, η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων μειώνεται σταδιακά, τότε η εκκένωση γίνεται συνεχής - εμφανίζεται εκκένωση τόξου. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα αυξάνεται απότομα, φτάνοντας τα εκατοντάδες αμπέρ και η τάση στο διάκενο εκφόρτισης πέφτει σε αρκετές δεκάδες βολτ. Μια εκφόρτιση τόξου μπορεί να ληφθεί από μια πηγή χαμηλής τάσης, παρακάμπτοντας το στάδιο του σπινθήρα. Για να γίνει αυτό, τα ηλεκτρόδια ενώνονται μέχρι να έρθουν σε επαφή· ζεσταίνονται πολύ. ηλεκτροπληξία, μετά διαχωρίζονται και προκύπτει ηλεκτρικό τόξο (έτσι το ανακάλυψε ο V.V. Petrov). Σε ατμοσφαιρική πίεση, η θερμοκρασία της καθόδου είναι περίπου 3900 Κ. Η εκκένωση τόξου διατηρείται από την υψηλή θερμοκρασία της καθόδου λόγω της έντονης θερμιονικής εκπομπής, καθώς και από τον θερμικό ιονισμό των μορίων λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του αερίου. Η εκκένωση τόξου χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση και την κοπή μετάλλων, την παραγωγή χάλυβων υψηλής ποιότητας σε καμίνους τόξου και τον φωτισμό (προβολείς).

ΣΟΛ) Εκκένωση λάμψηςεμφανίζεται σε χαμηλές πιέσεις. Μια εκκένωση λάμψης είναι η λάμψη των σωλήνων φωτός αερίου σε επιγραφές και διαφημίσεις· πρόκειται για λαμπτήρες φθορισμού. Η φύση της λάμψης εξαρτάται από χημική σύνθεσηαέριο στο σωλήνα και τη σύνθεση της ουσίας που καλύπτει την εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα.

2. Φυσική ραδιενέργεια. Τύποι ραδιενεργών ακτινοβολιών και οι ιδιότητές τους.

Το φαινόμενο της ραδιενέργειας επιβεβαιώνει σύνθετη σύνθεσηάτομο. Η ραδιενέργεια έγκειται στο γεγονός ότι ο πυρήνας ορισμένων χημικά στοιχείααυθόρμητα, χωρίς τη δράση εξωτερικών παραγόντων, δημιουργούν αόρατη ακτινοβολία που έχει ορισμένες ιδιότητες. Η ραδιενέργεια ανακαλύφθηκε το 1896. Ο Ανρί Μπεκερέλ για το ουράνιο. Αόρατες ακτίνες δρούσαν στη φωτογραφική πλάκα, ιονίζονταν το αέριο και είχαν υψηλή διεισδυτική ικανότητα. Η μελέτη της ραδιενέργειας (ο όρος αυτός εμφανίστηκε αργότερα) συνεχίστηκε από πολλούς επιστήμονες. Το 1898 Οι Γάλλοι φυσικοί Μαρί Κιουρί και Πιερ Κιουρί απέκτησαν δύο νέα χημικά στοιχεία από απόβλητα μεταλλεύματος ουρανίου. Πρώτον, το πολώνιο (Po), το οποίο καταλάμβανε το 84ο κελί του περιοδικού πίνακα, και μετά το ράδιο (Ra), το οποίο καταλάμβανε το 88ο κελί. Η ακτινοβολία του ραδίου ήταν πολύ ισχυρή· ο όρος ραδιενέργεια άρχισε να χρησιμοποιείται μετά την ανακάλυψη του ραδίου. Οι Curies διαπίστωσαν επίσης ότι όλα τα στοιχεία, ξεκινώντας από το 83, είναι ραδιενεργά σε διάφορους βαθμούς.

Ο E. Rutherford, μελετώντας τη ραδιενεργή ακτινοβολία, ανακάλυψε την ετερογένειά της. Στο μαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο, η ακτινοβολία χωρίστηκε σε τρία μέρη. Τα συστατικά της ακτινοβολίας ονομάστηκαν: ακτίνες άλφα (α), ακτίνες βήτα (β), ακτίνες γάμμα (γ).

Οι ακτίνες α εκτρέπονται ασθενώς στα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ως θετικά φορτισμένα σωματίδια. Η μάζα αυτών των σωματιδίων είναι τετραπλάσια από τη μάζα ενός ατόμου υδρογόνου. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι οι ακτίνες α είναι οι πυρήνες των ατόμων ηλίου. Οι ακτίνες α έχουν πολύ ισχυρή ιονιστική ικανότητα, αλλά η διεισδυτική τους ικανότητα είναι ασθενής, δηλ. αυτή η ακτινοβολία απορροφάται καλά από την ύλη.

ß -οι ακτίνες εκτρέπονταν σε ένα μαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίο αντίθετο από τις ακτίνες α, αλλά πολύ πιο ισχυρές· αντιπροσωπεύουν ένα ρεύμα γρήγορων ηλεκτρονίων. Δυνατότητα διείσδυσης ß -Οι ακτίνες είναι πολύ μεγαλύτερες από τις α-ακτίνες και η ιονίζουσα είναι πολύ πιο αδύναμη.

γ -οι ακτίνες δεν εκτρέπονταν σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, αποδείχθηκαν πολύ σκληρές ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία(ηλεκτρομαγνητικά κύματα πολύ μικρού μήκους, μεγάλης διεισδυτικής ισχύος). Ανακαλύπτω γ -Οι ακτίνες είναι δυνατές ακόμη και μετά τη διέλευση από μια σιδερένια πλάκα πάχους ενός μέτρου.

Αριθμός εισιτηρίου 7

1. Ηλεκτρικό ρεύμα σε ημιαγωγούς. Εγγενής και ακαθαρσιακή αγωγιμότητα ημιαγωγών.

Υπάρχει μια μεγάλη ομάδα ουσιών που, με τον δικό τους τρόπο, ηλεκτρικές ιδιότητεςκαταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ αγωγών και διηλεκτρικών. Αυτές οι ουσίες ονομάζονται ημιαγωγοί. Αυτά περιλαμβάνουν πυρίτιο, γερμάνιο, φώσφορο, αρσενικό, αντιμόνιο, σελήνιο, οξείδια ορισμένων μετάλλων, σουλφίδια και τελουρίδια.

Οι ημιαγωγοί διαφέρουν από τα μέταλλα ως προς τη συγκέντρωση ελεύθερων φορτίων· στους ημιαγωγούς σε φυσιολογικές συνθήκεςη συγκέντρωση των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι ένα δισεκατομμύριο φορές μικρότερη από ό,τι στα μέταλλα. Επομένως, η ειδική αντίσταση των ημιαγωγών είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή των μετάλλων. Εάν, όταν θερμαίνεται το μέταλλο, η αντίσταση του αγωγού αυξάνεται, τότε όταν θερμαίνεται ο ημιαγωγός, η αντίσταση μειώνεται σημαντικά. Η αγωγιμότητα ορισμένων ημιαγωγών αυξάνεται σημαντικά όταν φωτίζονται. Οι ακαθαρσίες στα μέταλλα μειώνουν σημαντικά την ηλεκτρική τους αγωγιμότητα· οι ακαθαρσίες στους ημιαγωγούς μπορεί να αυξήσουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα σε ορισμένες περιπτώσεις κατά δεκάδες χιλιάδες φορές. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μη μεταλλικών κρυστάλλων εξαρτάται σημαντικά από την πίεση, σε πίεση 3-4 atm. Μπορεί να γίνει ίση με την αγωγιμότητα των μεταλλικών κρυστάλλων.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των ημιαγωγών εξηγείται από την ιδιαιτερότητά τους κρυσταλλική δομή. Ας εξετάσουμε το κρυσταλλικό πλέγμα του γερμανίου. Το γερμάνιο είναι ένας τυπικός ημιαγωγός (z=32). Τα τέσσερα κελύφη ηλεκτρονίων του γερμανίου περιέχουν 32 ηλεκτρόνια - 2, 8, 18, 4. Τα τρία εσωτερικά κελύφη είναι σταθερά, δηλ. χημικές αντιδράσειςδεν συμμετέχουν, τα ηλεκτρόνια τους έχουν ισχυρή σύνδεση με τον πυρήνα τους. Το εξωτερικό περίβλημα των ατόμων γερμανίου έχει 4 ηλεκτρόνια σθένους. Όταν ένα δεδομένο άτομο πλησιάζει τους γείτονές του, τα ηλεκτρόνια σθένους των γειτονικών ατόμων αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Κάθε άτομο γερμανίου βρίσκεται στην ίδια απόσταση από τέσσερα γειτονικά άτομα και σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς με αυτά, δηλαδή δεσμούς στους οποίους κάθε ένα από τα ηλεκτρόνια σθένους ανήκει ταυτόχρονα σε δύο γειτονικά άτομα. Τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να μετακινηθούν από ένα ομοιοπολικό δεσμόσε ένα άλλο, μετακινηθείτε σε όλο τον κρύσταλλο. Μια τέτοια κίνηση είναι χαοτική, επομένως δεν δημιουργεί ρεύμα.

Εγγενής αγωγιμότητα ημιαγωγών.

Η ενέργεια ιοντισμού των ατόμων γερμανίου είναι συγκρίσιμη με την ενέργεια της θερμικής κίνησης που υπάρχει ήδη θερμοκρασία δωματίου. Επομένως, μερικά από τα εξωτερικά ηλεκτρόνια μοιράζονται τα γειτονικά άτομα και μετακινούνται εύκολα από το ένα άτομο στο άλλο, μετατρέποντάς τους σε περιπλανώμενα σωματίδια (Τα ηλεκτρόνια έχουν γίνει ελεύθερα). Ο αριθμός τέτοιων ηλεκτρονίων αυξάνεται σημαντικά όταν θερμαίνονται ή φωτίζονται. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα κινηθούν προς μια κατεύθυνση και θα δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ονομάζεται ρεύμα ηλεκτρονίων. Ταυτόχρονα με την εμφάνιση ενός περιπλανώμενου (ελεύθερου) ηλεκτρονίου, εμφανίζεται μια ελεύθερη θέση σε έναν ομοιοπολικό δεσμό σε ένα άτομο ημιαγωγού, το οποίο συνήθως ονομάζεται τρύπα. Αυτή η οπή μπορεί να καταληφθεί από ένα ηλεκτρόνιο από τον ομοιοπολικό δεσμό ενός γειτονικού ατόμου, το οποίο με τη σειρά του σχηματίζει μια οπή. Έτσι, η περιπλάνηση των ηλεκτρονίων στο κρυσταλλικό πλέγμα συνεπάγεται την περιπλάνηση των οπών.

Η «κίνηση» των οπών από το ένα άτομο στο άλλο είναι παρόμοια με την κίνηση ενός θετικού φορτίου, δηλαδή, οι οπές έχουν θετικό φορτίο. Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, οι οπές θα κινηθούν προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κίνηση των ηλεκτρονίων, δημιουργώντας αγωγιμότητα οπών. Το ρεύμα σε έναν ημιαγωγό αποτελείται από ρεύματα ηλεκτρονίων και οπών.Στους χημικά καθαρούς ημιαγωγούς, το ρεύμα ηλεκτρονίων είναι ίσο με το ρεύμα της οπής και η αγωγιμότητα των καθαρών ημιαγωγών ονομάζεται τα δικά.

Αγωγιμότητα προσμίξεων ημιαγωγών.

Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών δεν εξαρτάται μόνο από τις εξωτερικές συνθήκες, ιδίως από τη θερμοκρασία και την πίεση. Η αγωγιμότητα αυξάνεται παρουσία ειδικά επιλεγμένων ακαθαρσιών. Τότε, μαζί με την εγγενή αγωγιμότητα, προκύπτει και η αγωγιμότητα της ακαθαρσίας. Συνήθως ο κύριος ημιαγωγός είναι το γερμάνιο ή το πυρίτιο.

Εάν μια πεντασθενής ουσία, για παράδειγμα, το αρσενικό, προστεθεί στο τετρασθενές πυρίτιο ως ακαθαρσία, τότε τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους από κάθε άτομο είναι αρκετά για να σχηματίσουν έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ των ατόμων πυριτίου και αρσενικού. Σε αυτή την περίπτωση, το πέμπτο ηλεκτρόνιο σθένους του αρσενικού αποδεικνύεται ελεύθερο, δηλ. ηλεκτρόνιο αγωγιμότητας. Μια ακαθαρσία της οποίας το σθένος είναι μεγαλύτερο από αυτό του κύριου ημιαγωγού ονομάζεται δότης (δωρεά ηλεκτρονίου). Οι ημιαγωγοί με ακαθαρσίες δότη ονομάζονται ημιαγωγοί τύπου n. Στους ημιαγωγούς - τύπου η ηλεκτρονική αγωγιμότητα υπερισχύει της αγωγιμότητας της οπής. Τα ηλεκτρόνια ονομάζονται φορείς πλειοψηφικού φορτίου, οι οπές ονομάζονται φορείς μειοψηφίας φορτίου.

Εάν μια τρισθενής ουσία, για παράδειγμα, το ίνδιο, προστεθεί στο πυρίτιο ως ακαθαρσία, τότε όταν σχηματίζεται ομοιοπολικός δεσμός μεταξύ των ατόμων του πυριτίου και του ινδίου, θα λείπει ένα ηλεκτρόνιο. Επομένως, για κάθε άτομο ινδίου σχηματίζεται μία επιπλέον οπή.Μια ακαθαρσία της οποίας το σθένος είναι μικρότερο από το σθένος του κύριου ημιαγωγού ονομάζεται αποδέκτης(ο οικοδεσπότης). Οι ημιαγωγοί με ακαθαρσία δέκτη ονομάζονται ημιαγωγοί τύπου p. Σε ημιαγωγούς τύπου p, η αγωγιμότητα της οπής υπερισχύει της ηλεκτρονικής αγωγιμότητας. Οι τρύπες είναι οι κύριοι φορείς φόρτισης.

2. Πυρηνικοί μετασχηματισμοί. Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης.

Η ραδιενεργή διάσπαση είναι ένας ραδιενεργός μετασχηματισμός ατομικών πυρήνων, ο οποίος συνοδεύεται από την εμφάνιση ενός πυρήνα ενός άλλου χημικού στοιχείου και την απελευθέρωση ενός από στοιχειώδη σωματίδια. Η ραδιενεργή διάσπαση υπακούει κανόνας μετατόπισης.

Κατά τη διάσπαση α, λαμβάνεται ο πυρήνας ενός χημικού στοιχείου, ο οποίος μετατοπίζεται από δύο κύτταρα στην αρχή του περιοδικού πίνακα, ενώ ο αριθμός μάζας μειώνεται κατά τέσσερις μονάδες.

Εκείνοι. Η α-διάσπαση εμφανίζεται σύμφωνα με το σχήμα

Για παράδειγμα

ß -Η διάσπαση έρχεται σε δύο ποικιλίες: ηλεκτρόνιο και ποζιτρόνιο. Στο ß- Η διάσπαση ηλεκτρονίων παράγει έναν πυρήνα που βρίσκεται ένα κύτταρο στα δεξιά του αρχικού, για παράδειγμα

Κατά τη διάσπαση του ποζιτρονίου (το ποζιτρόνιο είναι το αντισωματίδιο ενός ηλεκτρονίου, διαφέρει από ένα ηλεκτρόνιο μόνο στο πρόσημο του φορτίου), σχηματίζεται ο πυρήνας ενός χημικού στοιχείου, μετατοπίζοντας ένα κελί στην αρχή του περιοδικού πίνακα, για παράδειγμα

Η διάσπαση οδηγεί σε μείωση του αριθμού των ατόμων μιας ραδιενεργής ουσίας και είναι τυχαίας φύσης. Είναι αδύνατο να προβλεφθεί εκ των προτέρων ποιο από τα άτομα θα διασπαστεί και πότε.

Μέχρι τη στιγμή της φθοράς, ούτε στον πυρήνα ούτε μέσα νέφος ηλεκτρονίωντου ατόμου, δεν συμβαίνουν διεργασίες που να προκαθορίζουν τη διάσπαση. Επομένως, μπορούμε να μιλήσουμε μόνο για την πιθανότητα διάσπασης ενός ατόμου σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Ο χρόνος T κατά τον οποίο διασπάται το ήμισυ του αρχικού αριθμού ραδιενεργών ατόμων ονομάζεται χρόνος ημιζωής.

Ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης είναι ένας στατιστικός νόμος, έχει τη μορφή:

N= N 0 ·2 - t/ T, όπου N 0 είναι ο αρχικός αριθμός ραδιενεργών πυρήνων, N είναι ο αριθμός των μη αποσυντιθέμενων πυρήνων μετά το χρόνο t από την αρχή της διάσπασης, T είναι ο χρόνος ημιζωής.

Οι χρόνοι ημιζωής των ραδιενεργών στοιχείων ποικίλλουν πολύ. Για παράδειγμα, για το ουράνιο-238 είναι 4,5·10 9 έτη, για το θόριο-234 είναι 24,1 ημέρες και για το πολώνιο-214 είναι μόνο 1,5·10 -4 δευτερόλεπτα.

Η ανεξαρτησία του χρόνου ημιζωής των ραδιενεργών στοιχείων χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ηλικίας του πετρώματος στον οποίο περιέχονται αυτά τα στοιχεία (συνήθως χρησιμοποιείται ένα ισότοπο ουρανίου. Ηλικία ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣσυνήθως καθορίζεται από την περιεκτικότητα σε άνθρακα.

Αριθμός εισιτηρίου 8

1. Επαφή δύο ημιαγωγών με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας. Οι ιδιότητες και η εφαρμογή του σε ηλεκτρονικές συσκευές.

Εάν φέρετε σε επαφή δύο ημιαγωγούς με διαφορετικούς τύπους αγωγιμότητας, τότε θα αρχίσει η αντιδιάχυση ηλεκτρονίων και οπών. Τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας από έναν ημιαγωγό τύπου n θα μετακινηθούν σε έναν ημιαγωγό τύπου p και οι οπές από έναν ημιαγωγό τύπου p σε έναν ημιαγωγό τύπου n. Επομένως, η διαδικασία στο στρώμα επαφής των ημιαγωγών ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙπου ονομάζεται διασταύρωση p-n ή διασταύρωση ηλεκτρονίου-οπής. Ως αποτέλεσμα της αντι-διάχυσης ηλεκτρονίων και οπών, ο ημιαγωγός τύπου n θα λάβει θετικό φορτίο και ο ημιαγωγός τύπου p θα λάβει αρνητικό φορτίο. Ένα ηλεκτρικό πεδίο (διαφορά δυναμικού επαφής) δημιουργείται στο στρώμα επαφής, εμποδίζοντας την περαιτέρω διάχυση ηλεκτρονίων και οπών.

Ιδιότητες μετάβασης ηλεκτρονίου-οπής.

Εάν συνδέσετε έναν ημιαγωγό τύπου n στον αρνητικό πόλο μιας πηγής ρεύματος και έναν ημιαγωγό τύπου p στον θετικό πόλο, τότε το ηλεκτρικό πεδίο της πηγής θα αντισταθμίσει το πεδίο του στρώματος επαφής και τη διάχυση ηλεκτρονίων και οπές μέσω του στρώματος επαφής θα εμφανίζονται συνεχώς. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ονομάζεται συνεχές ρεύμα εμφανίζεται μέσω της επαφής. р-n διασταύρωση.

Εάν ένας ημιαγωγός τύπου n συνδέεται στον θετικό πόλο μιας πηγής ρεύματος και ένας ημιαγωγός τύπου p συνδέεται στον αρνητικό πόλο μιας πηγής ρεύματος, τότε το πεδίο της πηγής θα συμπίπτει με το πεδίο του στρώματος επαφής. Η αντίσταση του στρώματος επαφής θα είναι πολύ υψηλή και πρακτικά δεν θα διαρρέει ρεύμα (ασθενές αντίστροφο τρέχον р-nη μετάβαση δημιουργείται από μειοψηφικούς φορείς φόρτισης).

Ετσι, στρώμα επαφής δύο ημιαγωγών διάφοροι τύποιέχει μονόδρομη αγωγιμότητα.

Μια συσκευή ημιαγωγών που βασίζεται σε ένα pn ονομάζεται δίοδος ημιαγωγών. Μια δίοδος χρησιμοποιείται για την ανόρθωση εναλλασσόμενου ρεύματος.

Μια συσκευή ημιαγωγών που βασίζεται σε δύο pn ονομάζεται τρίοδος ή τρανζίστορ ημιαγωγών. Τα τρανζίστορ χωρίζονται σε p-n-p και n-p-n. Η μεσαία, στενότερη περιοχή του τρανζίστορ ονομάζεται βάση και χωρίζει τον κρύσταλλο σε δύο περιοχές ίσης αγωγιμότητας που ονομάζονται πομπός και συλλέκτης. Τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται για την παραγωγή και την ενίσχυση ηλεκτρικών ταλαντώσεων υψηλής συχνότητας.

2. Δομή ατομικό πυρήνα. Ενέργεια δέσμευσης ατομικών πυρήνων.

Το 1919, ο Rutherford, πραγματοποιώντας την πρώτη τεχνητή πυρηνική αντίδραση, έλαβε ένα στοιχειώδες σωματίδιο σε ελεύθερη κατάσταση, το φορτίο του οποίου ήταν ίσο με το μέτρο του φορτίου ηλεκτρονίου και η μάζα του αποδείχθηκε περίπου ίση με 1 amu. (μονάδα ατομικής μάζας). Το σωματίδιο ονομάστηκε πρωτόνιο (αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν ο πυρήνας ενός ισοτόπου υδρογόνου). Συμφώνησαν να ορίσουν πρωτόνιο Πή

Για κάποιο διάστημα πιστευόταν ότι οι πυρήνες αποτελούνταν μόνο από πρωτόνια, αλλά αυτή η ιδέα του πυρήνα έρχεται σε αντίθεση με ορισμένα πειραματικά δεδομένα. Το 1932 Ο Τσάντγουικ έλαβε ένα στοιχειώδες σωματίδιο σε ελεύθερη κατάσταση που δεν είχε φορτίο· η μάζα του σωματιδίου αποδείχθηκε περίπου ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου. Αυτό το σωματίδιο ονομάστηκε νετρόνιο. Μετά την ανακάλυψη του νετρονίου D.D. Ο Ivanenko και ο Γερμανός φυσικός Heisenberg πρότειναν ένα μοντέλο πρωτονίου-νετρονίου του πυρήνα: ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Το γενικό όνομα για τα πυρηνικά σωματίδια είναι νουκλεόνια. Ο αριθμός των πρωτονίων Z συμπίπτει με σειριακός αριθμόςστοιχείο στον περιοδικό πίνακα, δηλ. ο αριθμός των πρωτονίων καθορίζει το φορτίο του πυρήνα. Το άθροισμα των πρωτονίων Z και των νετρονίων N είναι ίσο με τον αριθμό μάζας A (η μάζα ενός χημικού στοιχείου, στρογγυλοποιημένη στην πλησιέστερη ακέραια τιμή) Z+N=A Το μοντέλο πρωτονίων-νετρονίων του πυρήνα εξήγησε την ύπαρξη ισοτόπων. Τα ισότοπα είναι ουσίες που έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες (που καταλαμβάνουν την ίδια θέση στον περιοδικό πίνακα), αλλά έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες(κυρίως διαφορετική ραδιενέργεια). Όλα τα χημικά στοιχεία έχουν ισότοπα, ορισμένα χημικά στοιχεία τα έχουν φυσικά και άλλα έχουν τεχνητά, δηλ. που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία των πυρηνικών αντιδράσεων. Οι πυρήνες των ισοτόπων του ίδιου χημικού στοιχείου έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και διαφορετικό αριθμό νετρονίων.

Για παράδειγμα: ισότοπα υδρογόνου - Z=1, N=0 - ελαφρύ υδρογόνο

Ζ=1, Ν=1 - δευτέριο

Ζ=1, Ν=2 - τρίτιο

ισότοπα ουρανίου - Z=92, N =143

Οι ουσίες με τους ίδιους αριθμούς μάζας ονομάζονται ισοβαρείς, για παράδειγμα

Πυρηνικές δυνάμεις– δυνάμεις που διασφαλίζουν την ύπαρξη σταθερών πυρήνων, παράδειγμα ισχυρών αλληλεπιδράσεων. Οι πυρηνικές δυνάμεις είναι δυνάμεις ειδικής φύσης. Χαρακτηριστικά των πυρηνικών δυνάμεων: 1) πυρηνικές δυνάμειςείναι μόνο δυνάμεις έλξης. 2) Οι πυρηνικές δυνάμεις είναι δυνάμεις μικρής εμβέλειας. 3) οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν ιδιότητες ανεξαρτησίας φορτίου. 4) οι πυρηνικές δυνάμεις δεν είναι κεντρικές. 5) οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν ιδιότητες κορεσμού, δηλ. δεν μπορεί να υπάρχει κανένας αριθμός νουκλεονίων στον πυρήνα

Μαζικό ελάττωμα Πυρηνική δεσμευτική ενέργεια.Η ενέργεια δέσμευσης είναι η ενέργεια που απαιτείται για να χωριστεί ένας πυρήνας σε νουκλεόνια χωρίς να μεταδοθεί κινητική ενέργεια σε αυτά. Υπολογίστηκε με βάση τον τύπο για τη σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας (τύπος του Αϊνστάιν) E=mc 2.

Е св =Δmс 2, Δm – ελάττωμα μάζας, Δm=Zm p +Nm n -M i; Zm p είναι η μάζα των πρωτονίων που εισέρχονται στον πυρήνα, Nm n είναι η μάζα των νετρονίων που εισέρχονται στον πυρήνα, M i είναι η μάζα ολόκληρου του πυρήνα, c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.

Συγκεκριμένη ενέργειαδεσμός E beat – ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο.

E beat = E St / A. Η υψηλότερη ενέργεια δέσμευσης είναι για χημικά στοιχεία με μαζικό αριθμό από 40 έως 120. Στο A>120, η ειδική ενέργεια δέσμευσης μειώνεται μονοτονικά. Στο Α< 20 удельная энергия связи имеет характерные максимумы и минимумы. Удельная энергия связи определена для всех химических элементов.

Αριθμός εισιτηρίου 9

1. 1. Μαγνητικό πεδίο. Πηγές μαγνητικό πεδίο. Επαγωγή μαγνητικού πεδίου. Μαγνητικές γραμμές δύναμης.

  • αρχή λειτουργίας λέιζερ ηλίου-νέον Αρχή λειτουργίας λέιζερ ηλίου-νέον. Η λαμπερή δέσμη στο κέντρο είναι μια ηλεκτρική εκκένωση.

    • Εκκένωση λάμψης

    Μια εκκένωση λάμψης ονομάζεται συνήθως μια αυτοσυντηρούμενη εκκένωση στην οποία η κάθοδος εκπέμπει ηλεκτρόνια λόγω βομβαρδισμού από θετικά ιόντα και φωτόνια που παράγονται στο αέριο.

    Σε αντίθεση με την εκφόρτιση Townsend, όπου οι πυκνότητες του ηλεκτρικού ρεύματος είναι μικρές και η επίδραση του διαστημικού φορτίου είναι ασήμαντη, σε μια εκκένωση λάμψης οι πυκνότητες ρεύματος είναι πολύ μεγαλύτερες και τα διαστημικά φορτία που προκύπτουν λόγω της μεγάλης διαφοράς στις μάζες των ηλεκτρονίων και των θετικών Τα ιόντα καθιστούν το ηλεκτρικό πεδίο στο αέριο ανομοιογενές. Μια εκκένωση πυράκτωσης χαρακτηρίζεται από υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου και αντίστοιχη μεγάλη πτώση δυναμικού κοντά στην κάθοδο (κάθοδος).

    Μείωση πίεσης σε 0,1÷0,01 mm Hg. Τέχνη. οδηγεί στην εμφάνιση του διάφορα μέρηόγκος αερίου σε χαρακτηριστικές περιοχές, αν και δεν είναι πάντα σαφώς καθορισμένος. Τα κυριότερα και τα πιο αισθητά από αυτά κατά σειρά από την πλευρά της καθόδου (Εικ. 7.8) είναι:

    1) το στρώμα καθόδου είναι ένα λεπτό φωτεινό φιλμ όπου τα άτομα και τα μόρια διεγείρονται από κρούσεις ηλεκτρονίων, αλλά δεν υπάρχει ακόμη ιονισμός. Επιστρέφοντας στην κανονική κατάσταση, τα διεγερμένα άτομα εκπέμπουν κβάντα φωτός, γεγονός που εξηγεί τη λάμψη.

    2) σκοτεινός χώρος καθόδου (σκοτεινός χώρος Crookes ή σκοτεινός χώρος Gittorff). Στην πραγματικότητα, δεν είναι εντελώς σκοτεινό, αλλά εμφανίζεται έτσι μόνο στο φόντο των παρακείμενων ελαφρύτερων περιοχών της εκκένωσης. Σε αυτό το μέρος του διαστήματος αρχίζει ο ιονισμός των ατόμων και των μορίων και η ανάπτυξη των χιονοστιβάδων ηλεκτρονίων. Λόγω της πιθανότητας ιονισμού, η πιθανότητα διέγερσης ατόμων και μορίων μειώνεται, γεγονός που σχετίζεται με εξασθένηση της λάμψης του αερίου. Η περιοχή του σκοτεινού χώρου καθόδου είναι πιο σημαντική για τη διατήρηση της εκκένωσης, καθώς τα θετικά ιόντα που δημιουργούνται εδώ παρέχουν την απαραίτητη εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο.

    3) negative smoldering glow (smoldering glow), μέσα στην οποία περνά ο σκοτεινός χώρος της καθόδου. Αυτή η λάμψη περιορίζεται έντονα μόνο στην πλευρά της καθόδου. Η λάμψη εμφανίζεται λόγω του ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων με θετικά ιόντα, καθώς και λόγω κβαντικών μεταπτώσεων διεγερμένων ατόμων σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας.

    4) όταν κινείται προς την άνοδο, η φωτεινότητα της λάμψης που σιγοκαίει εξασθενεί και σταδιακά περνά στον λεγόμενο σκοτεινό χώρο του Faraday, στον οποίο δεν φτάνουν πλέον τα γρήγορα ηλεκτρόνια των χιονοστιβάδων ηλεκτρονίων (βλ. Εικ. 7.8).

    5) ο πυρήνας της εκκένωσης είναι μια στήλη ιονισμένου φωτεινού αερίου σε περισσότερο ή λιγότερο στενούς σωλήνες. Μερικές φορές ονομάζεται θετική λάμψη ή στήλη θετικής εκκένωσης. Συνήθως εκτείνεται μέχρι την επιφάνεια της ανόδου. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ένας σκοτεινός χώρος ανόδου είναι ορατός μεταξύ της θετικής στήλης και της ανόδου και μια λάμψη ανόδου, ή ένα φωτεινό φιλμ ανόδου, είναι ορατή στην ίδια την επιφάνεια. Η θετική στήλη μερικές φορές χωρίζεται σε ξεχωριστές εναλλασσόμενες φωτεινές και σκούρες λωρίδες (στρώματα). Σε αυτή την περίπτωση, η εκκένωση ονομάζεται σύνθετη. Η παρουσία θετικής στήλης δεν είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της εκκένωσης, αν και έχει μεγάλης σημασίαςσε αιτήσεις απαλλαγής.

    Η λάμψη στη θετική στήλη συμβαίνει κυρίως λόγω του ανασυνδυασμού ηλεκτρονίων με θετικά ιόντα. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ελεύθερων διαδρομών (στη λεγόμενη περιοχή ανοδικής πτώσης), τα ηλεκτρόνια μπορούν να συσσωρεύσουν αρκετή κινητική ενέργεια για να προκαλέσουν διέγερση των ατόμων, ενώ τα θετικά ιόντα απομακρύνονται από την άνοδο. Αυτό οδηγεί σε λάμψη ανόδου.

    Οι πρώτες τέσσερις περιοχές που αναφέρονται ονομάζονται καθοδικά μέρη της εκκένωσης. Όλες οι απαραίτητες διαδικασίες για τη διατήρηση της εκκένωσης συμβαίνουν σε αυτά.

    Σε υψηλές εξωτερικές αντιστάσεις, όταν η ισχύς του ρεύματος στον σωλήνα εκκένωσης είναι μικρή, η επιφάνεια της καθόδου, που καλύπτεται με φωταύγεια και συμμετέχει στην εκκένωση, είναι ανάλογη με την ένταση ρεύματος στο σωλήνα (νόμος Gel). Καθώς το ρεύμα αλλάζει, η πυκνότητά του παραμένει περίπου σταθερή. Μαζί με αυτό, η πτώση δυναμικού καθόδου παραμένει σταθερή. Σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται κανονική καθοδική πτώση. Στις περισσότερες περιπτώσεις, βρίσκεται στην περιοχή από 100 - 300 V. Η θερμοκρασία της καθόδου δεν επηρεάζει την τιμή της κανονικής πτώσης καθόδου έως ότου αυξηθεί η θερμιονική εκπομπή από την επιφάνεια της καθόδου. Σε μια καλή προσέγγιση, η κανονική πτώση καθόδου είναι ανάλογη με τη συνάρτηση εργασίας του ηλεκτρονίου που εξέρχεται από την κάθοδο. Αυτό χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό σωλήνων με πολύ χαμηλό δυναμικό ανάφλεξης. Τέτοιος, για παράδειγμα, είναι ένας λαμπτήρας νέον, στον οποίο τα ηλεκτρόδια είναι δύο φύλλα σιδήρου επικαλυμμένα με ένα στρώμα βαρίου για μείωση της λειτουργίας εργασίας. Η πτώση της καθόδου σε αυτή την περίπτωση είναι μόνο 70 V και η εκκένωση λάμψης αναφλέγεται στον λαμπτήρα νέον όταν είναι συνδεδεμένος σε ένα κανονικό δίκτυο φωτισμού.

    Όταν, με την αύξηση του ρεύματος, ολόκληρη η επιφάνεια της καθόδου καλύπτεται με φωταύγεια, η πτώση της καθόδου αρχίζει να αυξάνεται. Σε αυτή την περίπτωση, ονομάζεται ανώμαλη πτώση καθόδου και η εκκένωση ονομάζεται ανώμαλη εκκένωση λάμψης.

    Τα ηλεκτρόνια που εκτοξεύονται από την επιφάνεια της καθόδου από θετικά ιόντα επιταχύνονται στην περιοχή της πτώσης του δυναμικού της καθόδου. Καθώς η πίεση του αερίου μειώνεται, η μέση ελεύθερη διαδρομή των ηλεκτρονίων αυξάνεται, και μαζί της ο σκοτεινός χώρος της καθόδου. Σε πίεση 0,01÷0,001 mm Hg. Τέχνη. (ανάλογα με το μέγεθος του σωλήνα), ο σκοτεινός χώρος της καθόδου γεμίζει σχεδόν ολόκληρο τον σωλήνα και η δέσμη ηλεκτρονίων κινείται σε αυτόν σχεδόν χωρίς συγκρούσεις. Τέτοιες δέσμες ηλεκτρονίων ονομάζονται καθοδικές ακτίνες. Ανακαλύφθηκαν από τους Crookes πριν ακόμη καθιερωθούν φυσική φύση(πριν την ανακάλυψη του ίδιου του ηλεκτρονίου). Εάν τοποθετηθεί ένα μεταλλικό πλέγμα στη διαδρομή των καθοδικών ακτίνων, τότε η σκιά του παρατηρείται πίσω του στην αντίθετη πλευρά του σωλήνα. Όταν ένας μαγνήτης πλησιάζει, η δέσμη των ακτίνων και η σκιά που δημιουργεί μετατοπίζονται στο πλάι. Τα ηλεκτρόνια των καθοδικών ακτίνων που απελευθερώνονται από την κάθοδο επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο κοντά στην επιφάνειά της και στη συνέχεια κινούνται κάθετα σε αυτήν με αδράνεια. Όταν τα ηλεκτρόνια χτυπούν στα τοιχώματα του σωλήνα, τους προσδίδουν αρνητικό φορτίο. Ωστόσο, η κάθοδος εξουδετερώνεται από θετικά ιόντα που ρέουν από το αέριο στα τοιχώματα του σωλήνα και αρνητικά ιόντα του αερίου πέφτουν στην άνοδο. Εάν δοθεί στην επιφάνεια της καθόδου ένα κοίλο σφαιρικό σχήμα, τότε οι καθοδικές ακτίνες θα εστιαστούν στο κέντρο αυτής της σφαίρας. Όταν η πίεση στον σωλήνα είναι τόσο χαμηλή ώστε η περιοχή του σκοτεινού χώρου καθόδου καταπίνει την άνοδο, η εκκένωση λάμψης στο σωλήνα σταματά. Μαζί με αυτό σταματά και η εκπομπή των καθοδικών ακτίνων και η λάμψη των τοιχωμάτων του σωλήνα.

    Οι καθοδικές ακτίνες χρησιμοποιούνται στους λεγόμενους σωλήνες ακτίνων Χ ιόντων για την παραγωγή ακτίνων Χ. Οι σωλήνες ακτίνων Χ ιόντων έχουν το μειονέκτημα ότι, ως αποτέλεσμα διαφόρων διεργασιών, η ποσότητα αερίου στο σωλήνα μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Όταν η πίεση του αερίου στο σωλήνα γίνει μικρότερη από 0,001 ¸ 0,0001 mmHg. Art., η εκκένωση λάμψης δεν προκύπτει σε αυτά και ο σωλήνας σταματά να λειτουργεί. Επί του παρόντος, οι σωλήνες ακτίνων Χ ηλεκτρονίων, οι οποίοι είναι πιο σταθεροί στη λειτουργία από τους σωλήνες ιόντων, χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά. Δεν χρησιμοποιούν εκκένωση λάμψης.

    Εάν ανοίξουν μικρές οπές στην κάθοδο, τότε τα θετικά ιόντα που βομβαρδίζουν την κάθοδο, περνώντας μέσα από τις οπές, θα πέσουν στον χώρο της καθόδου και θα διαδοθούν εκεί με τη μορφή ευθειών ακτίνων. Αυτές οι ακτίνες ονομάζονταν θετικές ή ακτίνες καναλιού επειδή αναδύονταν από τις οπές της καθόδου σαν να ήταν κανάλια. Οι ακτίνες του καναλιού είναι αισθητές στο σωλήνα με τη μορφή ελαφρώς φωτεινών ακτίνων.

    Αυτές, όπως οι καθοδικές ακτίνες, προκαλούν τη λάμψη του γυαλιού του σωλήνα. Λόγω της παρουσίας διεργασιών ανταλλαγής φορτίου, η δέσμη των δεσμών καναλιών περιέχει όχι μόνο θετικά, αλλά και αρνητικά ιόντα, καθώς και γρήγορα, εν μέρει διεγερμένα ουδέτερα σωματίδια. Σε ένα μαγνητικό πεδίο, μια τέτοια δέσμη χωρίζεται σε τρεις δέσμες: τα θετικά ιόντα εκτρέπονται προς μία κατεύθυνση, τα αρνητικά προς την αντίθετη κατεύθυνση και τα ουδέτερα μόρια και τα άτομα δεν παρουσιάζουν καμία εκτροπή. Όταν οι δέσμες περάσουν ξανά από το μαγνητικό πεδίο, κάθε μία από αυτές χωρίζεται και πάλι σε τρεις δέσμες. Από αυτό προκύπτει ότι οι διαδικασίες ανταλλαγής φορτίου δεν συμβαίνουν μόνο μπροστά από την κάθοδο, αλλά συνεχίζονται και στον χώρο πίσω από την κάθοδο.

    Εκκένωση σπινθήρα

    Η εκκένωση σπινθήρα χαρακτηρίζεται από διακοπτόμενη μορφή ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται πηγές συνεχούς ρεύματος. Εμφανίζεται συνήθως σε αέρια σε πιέσεις της τάξης της ατμοσφαιρικής πίεσης. Σε φυσικό φυσικές συνθήκεςη εκκένωση σπινθήρα παρατηρείται με τη μορφή κεραυνού. Με εμφάνισηείναι ένα μάτσο φωτεινών ζιγκ-ζαγκ διακλαδιζόμενων λεπτών λωρίδων που διαπερνούν αμέσως το κενό εκκένωσης, σβήνουν γρήγορα και αντικαθιστούν σταδιακά η μία την άλλη (Εικ. 7.9). Αυτές οι λωρίδες ονομάζονται κανάλια σπινθήρα. Ξεκινούν τόσο από το θετικό ηλεκτρόδιο όσο και από το αρνητικό ηλεκτρόδιο, και σε οποιοδήποτε ενδιάμεσο σημείο. Τα κανάλια που αναπτύσσονται από το θετικό ηλεκτρόδιο έχουν ένα σαφές περίγραμμα σαν νήμα, ενώ εκείνα που αναπτύσσονται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο έχουν διάχυτα άκρα και λεπτότερη διακλάδωση.

    Δεδομένου ότι μια εκκένωση σπινθήρα εμφανίζεται σε υψηλές πιέσεις αερίου, το δυναμικό ανάφλεξης είναι πολύ υψηλό. Ωστόσο, αφού το διάκενο εκφόρτισης «τρυπηθεί» από το κανάλι σπινθήρα, η αντίσταση αυτού του διακένου γίνεται πολύ μικρή· ένας βραχυπρόθεσμος παλμός υψηλού ρεύματος διέρχεται από το κανάλι, κατά τον οποίο μόνο μια μικρή τάση πέφτει στο διάκενο εκφόρτισης. Εάν η ισχύς της πηγής δεν είναι πολύ υψηλή, τότε μετά από έναν τέτοιο παλμό ρεύματος η εκφόρτιση σταματά. Η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων αρχίζει να αυξάνεται στην προηγούμενη τιμή της και η διάσπαση του αερίου επαναλαμβάνεται με το σχηματισμό ενός νέου καναλιού σπινθήρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα C μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος ανόδου της τάσης t. Επομένως, η σύνδεση ενός πυκνωτή παράλληλα με το διάκενο εκφόρτισης αυξάνει το χρόνο μεταξύ δύο διαδοχικών σπινθήρων και οι ίδιοι οι σπινθήρες γίνονται πιο ισχυροί. Ένα μεγάλο ηλεκτρικό φορτίο διέρχεται από το κανάλι σπινθήρα και επομένως το πλάτος και η διάρκεια του παλμού ρεύματος αυξάνεται. Με μεγάλες χωρητικότητες, το κανάλι σπινθήρα λάμπει έντονα και έχει την εμφάνιση φαρδιών λωρίδων. Το ίδιο συμβαίνει όταν αυξάνεται η ισχύς της πηγής ρεύματος. Μετά μιλούν για συμπυκνωμένη εκκένωση σπινθήρα ή συμπυκνωμένο σπινθήρα. Η μέγιστη ισχύς ρεύματος σε έναν παλμό κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης σπινθήρα ποικίλλει ευρέως ανάλογα με τις παραμέτρους του κυκλώματος εκφόρτισης και τις συνθήκες στο διάκενο εκφόρτισης, φτάνοντας αρκετές εκατοντάδες κιλοαμπέρ. Με περαιτέρω αύξηση της ισχύος της πηγής, η εκκένωση σπινθήρα μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου.

    Ως αποτέλεσμα της διέλευσης ενός παλμού ρεύματος μέσω του καναλιού σπινθήρα, ένας σπινθήρας απελευθερώνεται στο κανάλι ένας μεγάλος αριθμός απόενέργειας (περίπου 0,1 - 1 J ανά εκατοστό μήκους καναλιού). Η απελευθέρωση ενέργειας συνδέεται με μια απότομη αύξηση της πίεσης στο περιβάλλον αέριο, το σχηματισμό ενός κυλινδρικού κρουστικού κύματος και μια θερμοκρασία στο μπροστινό μέρος του οποίου είναι ~10 4 K. Μια ταχεία διαστολή του καναλιού σπινθήρα συμβαίνει με ταχύτητα με τη σειρά της θερμικής ταχύτητας των ατόμων αερίου. Καθώς το ωστικό κύμα προχωρά, η θερμοκρασία στο μπροστινό μέρος του αρχίζει να πέφτει και το ίδιο το μπροστινό μέρος απομακρύνεται από το όριο του καναλιού. Η εμφάνιση κρουστικών κυμάτων εξηγεί τα ηχητικά εφέ που συνοδεύουν μια εκκένωση σπινθήρα: ένας χαρακτηριστικός ήχος τριξίματος σε ασθενείς εκκενώσεις και ισχυροί βροντές στην περίπτωση κεραυνών.

    Όταν υπάρχει το κανάλι, ειδικά σε υψηλές πιέσεις, παρατηρείται η πιο φωτεινή λάμψη της εκκένωσης σπινθήρα. Η φωτεινότητα της λάμψης είναι ανομοιόμορφη στη διατομή του καναλιού και έχει ένα μέγιστο στο κέντρο του.

    Ο μηχανισμός μιας εκκένωσης σπινθήρα, από τη σκοπιά μιας σύγχρονης, γενικά αποδεκτής θεωρίας, της λεγόμενης θεωρίας streamer της διάσπασης του σπινθήρα, που επιβεβαιώνεται πειραματικά, είναι ότι εάν μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων προέρχεται κοντά στην κάθοδο, τότε ιονισμός και διέγερση των μορίων και των ατόμων αερίου εμφανίζεται κατά μήκος της διαδρομής του. Είναι σημαντικό ότι τα κβάντα φωτός που εκπέμπονται από διεγερμένα άτομα και μόρια, που διαδίδονται στην άνοδο με την ταχύτητα του φωτός, παράγουν τα ίδια τον ιονισμό του αερίου και δημιουργούν νέες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων. Με αυτόν τον τρόπο, αχνά φωτεινές συσσωρεύσεις ιονισμένου αερίου, που ονομάζονται streamers, εμφανίζονται σε όλο τον όγκο του αερίου. Στη διαδικασία της ανάπτυξής τους, μεμονωμένες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων πλησιάζουν η μία την άλλη και, συγχωνευόμενες μεταξύ τους, σχηματίζουν μια καλά αγώγιμη γέφυρα σερπαντίνες. Την επόμενη στιγμή, μια ισχυρή ροή ηλεκτρονίων ορμάει κατά μήκος αυτής της γέφυρας, σχηματίζοντας ένα κανάλι εκκένωσης σπινθήρα. Δεδομένου ότι η αγώγιμη γέφυρα σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης ροών που προκύπτουν σχεδόν ταυτόχρονα, ο χρόνος σχηματισμού της είναι πολύ μικρότερος από τον χρόνο που απαιτείται για μια μεμονωμένη χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων να διανύσει την απόσταση από την κάθοδο στην άνοδο. Η ανάπτυξη ενός αρνητικού streamer φαίνεται στο Σχ. 7.10. Μαζί με αρνητικούς streamers, π.χ. σερπαντίνες που διαδίδονται από την κάθοδο στην άνοδο, υπάρχουν επίσης θετικές σερπαντίνες που διαδίδονται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

    Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή η θεωρία εξηγεί τα κύρια χαρακτηριστικά μιας εκκένωσης σπινθήρα, αν και ποσοτικά δεν μπορεί να θεωρηθεί πλήρης.

    Έκκριση κορωνοϊού

    Η εκκένωση κορώνας συμβαίνει σε σχετικά υψηλές πιέσεις αερίου (της τάξης της ατμοσφαιρικής) σε ένα εξαιρετικά ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο μπορεί να ληφθεί μεταξύ δύο ηλεκτροδίων, η επιφάνεια του ενός εκ των οποίων έχει μεγάλη καμπυλότητα (λεπτό σύρμα, άκρη). Το σχήμα για τη λήψη εκκένωσης κορώνας φαίνεται στο Σχήμα. 7.11. Πρέπει να σημειωθεί ότι η παρουσία ενός δεύτερου ηλεκτροδίου δεν είναι απαραίτητη· τα γύρω γειωμένα ηλεκτρόδια μπορούν να παίξουν τον ρόλο του. Όταν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κοντά σε ένα ηλεκτρόδιο με μεγάλη καμπυλότητα φτάσει σε μια τιμή της τάξης των 3×10 4 V/m, εμφανίζεται μια λάμψη γύρω από αυτό το ηλεκτρόδιο με τη μορφή κελύφους ή κορώνας, όπου είναι το όνομα της εκκένωσης προέρχεται από. Εάν η κορώνα εμφανίζεται γύρω από το αρνητικό ηλεκτρόδιο, τότε ονομάζεται αρνητικό. Στην αντίθετη περίπτωση, η κορώνα ονομάζεται θετική. Η όψη του θετικού στέμματος φαίνεται στο Σχ. 7.12 στα αριστερά, άποψη του αρνητικού στέμματος στα δεξιά. Ο μηχανισμός εμφάνισης εκκένωσης σε αυτές τις δύο περιπτώσεις είναι διαφορετικός.

    Στην περίπτωση της αρνητικής κορώνας, τα θετικά ιόντα που παράγονται από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων επιταχύνονται σε ένα εξαιρετικά ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο κοντά στην κάθοδο. Όταν χτυπούν την κάθοδο, βγάζουν ηλεκτρόνια από αυτήν (δευτερεύουσα εκπομπή ηλεκτρονίων). Τα χτυπημένα ηλεκτρόνια, έχοντας αλληλεπιδράσει με την κάθοδο, δημιουργούν νέες χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων κατά μήκος της διαδρομής τους. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο μειώνεται με την απόσταση από το ηλεκτρόδιο, σε κάποια απόσταση οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων διασπώνται, τα ηλεκτρόνια πέφτουν στη «σκοτεινή» περιοχή και εκεί προσκολλώνται σε ουδέτερα μόρια αερίου. Τα αρνητικά ιόντα που προκύπτουν είναι οι κύριοι φορείς ρεύματος στη «σκοτεινή» περιοχή. Το χωρικό αρνητικό φορτίο αυτών των ιόντων κοντά στην άνοδο περιορίζει το συνολικό ρεύμα εκφόρτισης. Στην περίπτωση των καθαρών ηλεκτροθετικών αερίων, τα αρνητικά ιόντα δεν σχηματίζονται και οι φορείς φορτίου στη «σκοτεινή» περιοχή είναι τα ίδια τα ηλεκτρόνια. Στη «σκοτεινή» περιοχή η έκκριση δεν είναι αυτοσυντηρούμενη.

    Σε ένα θετικό στέμμα, όταν η κάθοδος είναι ένα ηλεκτρόδιο με μεγάλη ακτίνα καμπυλότητας, το ηλεκτρικό πεδίο στην κάθοδο είναι ασθενές. Ως εκ τούτου, οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων δεν μπορούν να δημιουργηθούν από ηλεκτρόνια που βγαίνουν έξω από την κάθοδο λόγω δευτερογενούς εκπομπής. Οι χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων δημιουργούνται από ηλεκτρόνια που δημιουργούνται κοντά στην άνοδο κατά τον ιονισμό όγκου του αερίου από φωτόνια που εκπέμπονται από το στρώμα κορώνας. Προέρχονται από το εξωτερικό όριο της στιβάδας της κορώνας και διαδίδονται στο θετικό ηλεκτρόδιο (το οποίο έχει μεγαλύτερη καμπυλότητα). Τα θετικά ιόντα, που κινούνται μέσω της «σκοτεινής» περιοχής προς την κάθοδο, σχηματίζουν ένα διαστημικό φορτίο, το οποίο περιορίζει και πάλι την ισχύ του ρεύματος εκφόρτισης.

    Καθώς η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων αυξάνεται, η «σκοτεινή» περιοχή της εκφόρτισης κορώνας εξαφανίζεται και εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα με πλήρη διάσπαση του διακένου εκφόρτισης.

    Η κορώνα μερικές φορές εμφανίζεται φυσικά υπό την επίδραση του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού στις κορυφές των δέντρων, στα κατάρτια πλοίων κ.λπ.

    Η εμφάνιση εκκένωσης κορώνας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στην τεχνολογία υψηλής τάσης. Σχηματιζόμενος γύρω από τα καλώδια των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης, η κορώνα ιονίζει τον περιβάλλοντα αέρα, με αποτέλεσμα επιβλαβή ρεύματα διαρροής. Για να μειωθούν αυτά τα ρεύματα διαρροής, τα καλώδια των γραμμών υψηλής τάσης, καθώς και τα καλώδια τροφοδοσίας σε εγκαταστάσεις υψηλής τάσης, πρέπει να είναι αρκετά παχιά. Οι εκκενώσεις κορωνοϊού, επειδή είναι διακοπτόμενες, είναι πηγές σημαντικών ραδιοπαρεμβολών.

    Η εκκένωση Corona χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικούς κατακρημνιστές που έχουν σχεδιαστεί για τον καθαρισμό βιομηχανικών αερίων από ακαθαρσίες στερεών και υγρών σωματιδίων (καπνός στην παραγωγή θειικού οξέος, σε χυτήρια εργοστασίων κ.λπ.).

    Εκκένωση τόξου

    Εάν, μετά τη λήψη μιας εκκένωσης σπινθήρα από μια ισχυρή πηγή, η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων (ή η αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος) μειώνεται σταδιακά, τότε η εκκένωση από διακοπτόμενη γίνεται συνεχής. Εμφανίζεται μια νέα μορφή εκκένωσης αερίου, που ονομάζεται εκκένωση τόξου. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα αυξάνεται απότομα, φτάνοντας σε δεκάδες και εκατοντάδες αμπέρ, και η τάση στο διάκενο εκφόρτισης πέφτει σε αρκετές δεκάδες βολτ.

    Μια εκφόρτιση τόξου μπορεί να ληφθεί από πηγές χαμηλής τάσης, παρακάμπτοντας το στάδιο του σπινθήρα. Για να γίνει αυτό, τα ηλεκτρόδια συγκεντρώνονται μέχρι να έρθουν σε επαφή, με αποτέλεσμα να θερμαίνονται πολύ (πυρακτώνονται) από ηλεκτρικό ρεύμα, μετά από το οποίο αποσπώνται, με αποτέλεσμα ένα φωτεινό ηλεκτρικό τόξο. Ήταν με αυτόν τον τρόπο που το ηλεκτρικό τόξο αποκτήθηκε για πρώτη φορά το 1802 από τον Ρώσο φυσικό V.V. Πετρόφ.

    Επί του παρόντος, ένα ηλεκτρικό τόξο που καίγεται σε ατμοσφαιρική πίεση παράγεται συχνότερα μεταξύ ειδικών ηλεκτροδίων άνθρακα από πεπιεσμένο γραφίτη με συνδετικά (Εικ. 7.13).

    Σύμφωνα με τον V.F. Mitkevich, η εκκένωση τόξου διατηρείται κυρίως λόγω της θερμιονικής εκπομπής από την επιφάνεια της καθόδου. Αυτή η άποψη μπορεί να επιβεβαιωθεί από το πειραματικά τεκμηριωμένο γεγονός ότι σε πολλές περιπτώσεις επιτυγχάνεται σταθερό τόξο μόνο εάν η θερμοκρασία της καθόδου είναι αρκετά υψηλή. Καθώς η κάθοδος ψύχεται, το τόξο καίγεται ασταθώς, περιοδικά σβήνει και ανάβει ξανά. Η ψύξη της ανόδου δεν διαταράσσει τη λειτουργία σταθερής καύσης τόξου.

    Καθώς το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται, η αντίσταση τόξου R μειώνεται πολύ λόγω της αύξησης της θερμιονικής εκπομπής από την κάθοδο και του ιονισμού αερίου στο διάκενο εκκένωσης. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση μειώνεται περισσότερο από ότι αυξάνεται το ρεύμα. Ως αποτέλεσμα, με την αύξηση του ρεύματος, η τάση στο διάκενο εκφόρτισης δεν αυξάνεται, αλλά μειώνεται. Λένε ότι το τόξο έχει χαρακτηριστικό πτώσης ρεύματος-τάσης, δηλ. ένα τέτοιο χαρακτηριστικό όταν η τάση στο διάκενο εκφόρτισης μειώνεται με την αύξηση του ρεύματος. Επομένως, για να διατηρηθεί ένα σταθερό τόξο κατά τις τυχαίες αλλαγές του ρεύματος, για παράδειγμα λόγω ψύξης της καθόδου, πρέπει να αυξηθεί η τάση στα ηλεκτρόδια τόξου. Για το σκοπό αυτό, μια αντίσταση έρματος περιλαμβάνεται σε σειρά στο κύκλωμα τόξου. Εάν το ρεύμα μειωθεί κατά λάθος, η τάση στην αντίσταση του έρματος μειώνεται. Επομένως, με μια σταθερή ολική τάση εισόδου, η τάση στο διάκενο εκκένωσης αερίου θα πρέπει να αυξάνεται, γεγονός που εξασφαλίζει σταθερή καύση τόξου.

    Μαζί με τις εκκενώσεις τόξου που προκαλούνται από θερμιονική εκπομπή, υπάρχουν και εκκενώσεις άλλου τύπου. Ένα παράδειγμα είναι οι εκκενώσεις τόξου σε λαμπτήρες υδραργύρου. Ένας λαμπτήρας υδραργύρου είναι ένας προεκκενωμένος κύλινδρος χαλαζία ή γυαλί που εκπέμπει υπεριώδεις ακτίνες, γεμάτος με ατμό υδραργύρου (Εικ. 7.14). Η εκκένωση τόξου αναφλέγεται από έναν ηλεκτρικό σπινθήρα ανάμεσα σε δύο στήλες υδραργύρου, οι οποίες χρησιμεύουν ως ηλεκτρόδια του λαμπτήρα. Το τόξο υδραργύρου είναι μια ισχυρή πηγή υπεριωδών ακτίνων. Ως εκ τούτου, τέτοιοι λαμπτήρες χρησιμοποιούνται στην ιατρική και την επιστημονική έρευνα.

    Η έρευνα έχει δείξει ότι η πηγή της ισχυρής εκπομπής ηλεκτρονίων σε μια λάμπα υδραργύρου είναι ένα μικρό, λαμπερό σημείο που εμφανίζεται στην κάθοδο και διατρέχει συνεχώς την επιφάνειά της (το λεγόμενο σημείο καθόδου). Η πυκνότητα ρεύματος στο σημείο της καθόδου είναι τεράστια και μπορεί να φτάσει τα 10 6 ¸ 10 7 A/cm 2 . Ένα σημείο καθόδου μπορεί να εμφανιστεί όχι μόνο στην επιφάνεια ενός ηλεκτροδίου υδραργύρου, αλλά και σε οποιοδήποτε άλλο μεταλλικό ηλεκτρόδιο.

    Τα τόξα υδραργύρου και παρόμοια τόξα με μεταλλικά ηλεκτρόδια ονομάζονται τόξα ψυχρής καθόδου. Το γεγονός είναι ότι παλαιότερα πίστευαν ότι η κάθοδος ήταν πραγματικά κρύα σε ολόκληρη την επιφάνειά της. Επομένως, η θερμιονική εκπομπή από την κάθοδο δεν συμβαίνει ή δεν παίζει ουσιαστικά κανένα ρόλο. Ο Langmuir πρότεινε ότι στην περίπτωση μιας ψυχρής καθόδου, η εκκένωση τόξου υποστηρίζεται από την εκπομπή πεδίου από την κάθοδο. Πράγματι, η πτώση δυναμικού καθόδου (~10 V) συμβαίνει σε μια περίοδο της τάξης της ελεύθερης διαδρομής ηλεκτρονίων. Επομένως, ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο εμφανίζεται κοντά στην κάθοδο, επαρκές για να προκαλέσει αισθητή εκπομπή πεδίου. Αναμφίβολα, η εκπομπή πεδίου σε τόξα με «ψυχρή» κάθοδο παίζει σημαντικό ρόλο. Αργότερα, εμφανίστηκαν ενδείξεις για τη δυνατότητα θέρμανσης τέτοιων καθόδων σε μεμονωμένα σημεία σε θερμοκρασίες στις οποίες εμφανίζεται μεγάλη θερμιονική εκπομπή, η οποία, μαζί με την εκπομπή πεδίου, υποστηρίζει την εκκένωση τόξου. Αν και αυτό το θέμα δεν έχει ακόμη μελετηθεί επαρκώς.


    7.4. Η έννοια του πλάσματος. Συχνότητα πλάσματος.
    Μήκος Debye. Ηλεκτρική αγωγιμότητα πλάσματος

    Το πλάσμα είναι ένα ιονισμένο οιονεί ουδέτερο αέριο που καταλαμβάνει τόσο μεγάλο όγκο που δεν παρατηρείται αξιοσημείωτη παραβίαση της οιονεί ουδετερότητας σε αυτό λόγω θερμικών διακυμάνσεων. Η σχεδόν ουδετερότητα του πλάσματος σημαίνει ότι τα ποσά των θετικών και αρνητικών φορτίων σε αυτό είναι σχεδόν τα ίδια. Κάθε φυσικά απειροελάχιστο στοιχείο όγκου είναι ουδέτερο (ο όγκος είναι μικρός μακροσκοπικός, αλλά εξακολουθεί να περιέχει μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων και ιόντων). Τα φορτία των θετικών και αρνητικών ιόντων είναι ίδια και ίσα με το φορτίο του ηλεκτρονίου.

    Μια αρκετά ισχυρή επίδραση στο πλάσμα μπορεί να οδηγήσει στον διαχωρισμό των φορτίων σε ορισμένες από τις περιοχές του. Ένα τέτοιο αποτέλεσμα μπορεί να ασκηθεί στο πλάσμα, για παράδειγμα, από ένα γρήγορα φορτισμένο σωματίδιο από τα ηλεκτρόνια ή τα ιόντα του ίδιου του πλάσματος (σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία - θερμικές διακυμάνσεις) ή να προέρχεται από το εξωτερικό.

    Ο διαχωρισμός θετικών και αρνητικών φορτίων στο πλάσμα είναι παρόμοιος με τη διαδικασία της διηλεκτρικής πόλωσης. Ωστόσο, στα διηλεκτρικά, τα φορτισμένα σωματίδια δεν μπορούν να κινηθούν σε μεγάλες αποστάσεις (~10 -10 m), και στο πλάσμα είναι δυνατή οποιαδήποτε κίνηση σωματιδίων.

    Εάν, λόγω θερμικών διακυμάνσεων, τα αρνητικά φορτία μετατοπιστούν κατά μια απόσταση x, τότε μακροσκοπικά φορτία αντίθετων σημείων με επιφανειακή πυκνότητα θα εμφανιστούν στα όρια του πλάσματος

    όπου n η συγκέντρωση των σωματιδίων του ίδιου πρόσημου φορτίου.

    Λαμβάνοντας υπ 'όψιν ότι , τότε στην υπό εξέταση περίπτωση

    , (7.31)

    όπου P είναι η ηλεκτρική διπολική ροπή ανά μονάδα όγκου πλάσματος.

    Εάν το πλάσμα είναι άπειρο και δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρικά φορτία, που είναι πηγές του διανύσματος D, έχουμε

    . (7.32)

    Από τον τύπο (7.32) για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται στο πλάσμα, λαμβάνουμε

    Για την πυκνότητα ενέργειας του ηλεκτρικού πεδίου

    . (7.34)

    Η δύναμη που ασκείται σε κάθε ηλεκτρόνιο είναι

    . (7.35)

    Από την έκφραση (7.35) είναι σαφές ότι η δύναμη είναι ανάλογη της μετατόπισης και κατευθύνεται προς την αντίθετη από τη μετατόπιση διεύθυνση, δηλ. είναι παρόμοια με μια οιονεί ελαστική δύναμη. Κατά συνέπεια, η δύναμη που ασκεί τα ηλεκτρόνια στο πλάσμα προκαλεί αρμονικές δονήσειςμε συχνότητα

    όπου m είναι η μάζα ηλεκτρονίων.

    Αυτή η συχνότητα ονομάζεται συχνότητα πλάσματος.

    Οι ταλαντώσεις ηλεκτρονίων που συμβαίνουν σε ένα συγκεκριμένο σημείο στο πλάσμα θα δημιουργήσουν ένα κύμα της ίδιας συχνότητας που διαδίδεται στο πλάσμα.

    Εφόσον η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου αντλείται από την κινητική ενέργεια της θερμικής κίνησης των σωματιδίων αερίου, η τιμή του w 0 δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 3nkT. Κατά μέσο όρο, το μερίδιο των αρνητικών σωματιδίων ανά μονάδα όγκου αντιπροσωπεύει την κινητική ενέργεια (και την ίδια ενέργεια για το μερίδιο των θετικών). Επομένως, εάν παραλείψουμε τον αριθμητικό συντελεστή 3, τότε η σχέση πρέπει να ικανοποιηθεί

    (nxe) 2<(nkT)×2e 0 ,

    . (7.37)

    Η ποσότητα D ονομάζεται μήκος Debye ή ακτίνα Debye. Έτσι, για να διατηρήσει ένα πλάσμα την οιονεί ουδετερότητα, οι γραμμικές του διαστάσεις πρέπει να υπερβαίνουν κατά πολύ την ακτίνα Debye.

    Ανάλογα με το βαθμό ιοντισμού έναδιάκριση: ασθενώς ιονισμένο πλάσμα (στο ένατάξη κλασμάτων ενός τοις εκατό), μέτρια ιονισμένο πλάσμα ( ένααρκετά τοις εκατό) και πλήρως ιονισμένο πλάσμα. Σε επίγειες φυσικές συνθήκες, το πλάσμα βρίσκεται αρκετά σπάνια (για παράδειγμα, σε ένα κανάλι κεραυνού). Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας, τα οποία είναι περισσότερο εκτεθειμένα σε ιονίζοντες παράγοντες (υπεριώδεις και κοσμικές ακτίνες), υπάρχει συνεχώς ασθενώς ιονισμένο πλάσμα (ιονόσφαιρα). Η ιονόσφαιρα αντανακλά τα ραδιοκύματα και καθιστά δυνατή την ραδιοεπικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις (με τη σειρά της απόστασης μεταξύ διαμετρικά αντίθετων σημείων της υδρογείου). Στο διάστημα, το πλάσμα είναι η πιο κοινή κατάσταση της ύλης. Ο Ήλιος και τα καυτά αστέρια, που έχουν υψηλές θερμοκρασίες, αποτελούνται από πλήρως ιονισμένο πλάσμα. Επομένως, πολλά προβλήματα στην αστροφυσική σχετίζονται με τη μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του πλάσματος. Με βάση την αστροφυσική, προέκυψε η μαγνητική υδροδυναμική, στην οποία το πλάσμα που κινείται σε μαγνητικά πεδία θεωρείται ως ένα συνεχές υγρό μέσο με υψηλή αγωγιμότητα. Το πλάσμα σχηματίζεται σε διάφορες μορφές εκκένωσης αερίου, για παράδειγμα στη θετική στήλη μιας εκκένωσης λάμψης, καθώς και στο κύριο κανάλι μιας εκκένωσης σπινθήρα. Η φυσική του πλάσματος είναι ένας σχετικά νέος, ταχέως αναπτυσσόμενος κλάδος της φυσικής, στον οποίο αφιερώνονται ειδικά μαθήματα.

    Ας υπολογίσουμε την ειδική αγωγιμότητα σολένα πλήρως ιονισμένο πλάσμα που αποτελείται από ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα, καθένα από τα οποία έχει φορτίο Ze. Η κίνηση των ιόντων, λόγω των μεγάλων μαζών τους, μπορεί να αγνοηθεί και μπορεί να υποτεθεί ότι ολόκληρο το ρεύμα δημιουργείται από την κίνηση των ελαφρών ηλεκτρονίων. Μέγεθος σολκαθορίζεται από τη σύγκρουση ηλεκτρονίων με ιόντα. Οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων μεταξύ τους δεν επηρεάζουν την τιμή του ρεύματος, αφού κατά τη διάρκεια τέτοιων συγκρούσεων η συνολική ορμή των ηλεκτρονίων δεν αλλάζει. Μπορείτε να πάρετε το μυαλό σας από αυτές τις συγκρούσεις. Οι ελκτικές δυνάμεις Coulomb ενεργούν μεταξύ των ιόντων και των ηλεκτρονίων του πλάσματος - αυτές είναι δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας. Είναι σχετικά σπάνιο ένα ηλεκτρόνιο να πλησιάσει ένα ιόν σε τόσο μικρές αποστάσεις που η κατεύθυνση της κίνησής του αλλάζει απότομα και έχει τον χαρακτήρα άλματος. Πολύ πιο σημαντικές είναι οι αλληλεπιδράσεις ενός ηλεκτρονίου με έναν πολύ μεγάλο αριθμό ιόντων ταυτόχρονα, στις οποίες η κατεύθυνση της τροχιάς του ηλεκτρονίου αλλάζει ομαλά και συνεχώς. Η απόκλιση ενός ηλεκτρονίου σε μεγάλες γωνίες από την αρχική διεύθυνση κίνησης συμβαίνει ως αποτέλεσμα της συσσώρευσης μικρών αποκλίσεων κατά την αλληλεπίδρασή του με «μακρινά» ιόντα. Επομένως, μπορούμε να μιλήσουμε για συγκρούσεις, μήκος και ελεύθερο χρόνο διαδρομής μόνο υπό όρους. Χρονικό διάστημα t, κατά την οποία η κατεύθυνση της κίνησης των ηλεκτρονίων αλλάζει κατά γωνία της τάξεως των 90 o, θεωρείται γενικά ο χρόνος ελεύθερης διαδρομής.

    Για να υπολογίσουμε την τιμή του i, υποθέτουμε ότι το ηλεκτρόνιο κινείται στο πεδίο ενός θετικού ιόντος με φορτίο Ze. Εάν v είναι η ταχύτητα του ηλεκτρονίου στο άπειρο και r p είναι η παράμετρος κρούσης, τότε όταν διέρχεται από το ιόν, η τροχιά του ηλεκτρονίου αποκλίνει κατά μια γωνία Q, που καθορίζεται από τον τύπο

    , (7.38)

    όπου m είναι η μάζα ηλεκτρονίων.

    Η παράμετρος κρούσης r p, για την οποία Q = 90 o, προσδιορίζεται από την έκφραση

    Αντιστοιχεί στην «αποτελεσματική διατομή»:

    . (7.40)

    Λαμβάνοντας υπόψη τις απομακρυσμένες αλληλεπιδράσεις οδηγεί στο ίδιο αποτέλεσμα, αλλά αυξάνεται κατά L φορές:

    . (7.41)

    Ο συντελεστής L ονομάζεται λογάριθμος Coulomb. Είναι σχεδόν ανεξάρτητο από τη θερμοκρασία και την πυκνότητα του πλάσματος. Για ένα πλάσμα που αποτελείται από πλήρως ιονισμένο δευτέριο, σε kT ~ 10 keV και συγκέντρωση ηλεκτρονίων n ~ 10 12 ¸ 10 15 cm -3, L » 15. Εφόσον κάθε θετικό ιόν περιέχει Z στοιχειώδη φορτία, η συγκέντρωση τέτοιων ιόντων θα είναι , και το μέσο μήκος και ο χρόνος της «ελεύθερης διαδρομής» Η μεγάλη διαφορά στις μάζες των ηλεκτρονίων και των ιόντων του πλάσματος καθιστά δυνατή στο πλάσμα την ύπαρξη τέτοιων καταστάσεων οιονεί ισορροπίας που, σε μια ορισμένη προσέγγιση, μπορούν να χαρακτηριστούν από δύο θερμοκρασίες. Πράγματι, ας υποθέσουμε ότι η αρχική κατανομή των ταχυτήτων των ηλεκτρονίων και των ιόντων του πλάσματος είναι ισότροπη, αλλά όχι Μαξγουελιανή. Όταν ένα ηλεκτρόνιο συγκρούεται με ένα άλλο ηλεκτρόνιο, ανταλλάσσουν ενέργεια, το μέγεθος της οποίας αντιστοιχεί στην τάξη της αρχικής ενέργειας των ίδιων των ηλεκτρονίων. Ως εκ τούτου, ο χρόνος για την καθιέρωση της κατανομής ενέργειας ηλεκτρονίων (δηλαδή, η κατανομή Maxwellian) λόγω των συγκρούσεων μεταξύ τους μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο (7.41), εάν σε αυτόν η μάζα του ηλεκτρονίου m αντικατασταθεί από τη μειωμένη μάζα . Αυτή η ώρα ονομάζεται ηλεκτρονική ώρα χαλάρωσης , ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα της μάζας των ηλεκτρονίων .

    Με τον ίδιο τρόπο προσδιορίζεται ο χρόνος χαλάρωσης ιόντων κατά τον οποίο καταφέρνει να διαπιστωθεί η κατανομή ενέργειας μεταξύ των ιόντων λόγω συγκρούσεων μεταξύ τους: .

    Όταν τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με ιόντα, το γρήγορο σωματίδιο μεταφέρει μόνο ένα μικρό κλάσμα της ενέργειάς του στο αργό, το οποίο κατά μέσο όρο αντιστοιχεί σε ένα κλάσμα της τάξης της αρχικής ενέργειας του γρήγορου σωματιδίου. Θα χρειαστεί χρόνος χαλάρωσης για να ευθυγραμμιστούν οι ενέργειες περισσότερο από . Ετσι,

    . (7.45)

    Από το (7.45) έχει ως εξής:

    .

    Εάν το πλάσμα αφεθεί μόνο του, τότε πρώτα θα καθιερωθεί μια Μαξγουελιανή κατανομή των ταχυτήτων ηλεκτρονίων και στη συνέχεια ιόντα. Προκύπτει μια κατάσταση οιονεί ισορροπίας στην οποία τα ηλεκτρόνια θα έχουν θερμοκρασία T e και τα ιόντα θα έχουν θερμοκρασία T i . Σε αυτή την περίπτωση T e 1 T i . Σε αυτή την περίπτωση, το πλάσμα ονομάζεται μη ισοθερμικό ή δύο θερμοκρασιών. Στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα της ανταλλαγής ενεργειών μεταξύ ηλεκτρονίων και ιόντων, θα δημιουργηθεί μια Μαξγουελιανή κατανομή για ολόκληρο το πλάσμα, που θα χαρακτηρίζεται από την κοινή θερμοκρασία των ηλεκτρονίων και των ιόντων (ισόθερμο πλάσμα).

    Όταν το πλάσμα βρίσκεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, αρχίζει να υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό και απελευθερώνεται θερμότητα Joule. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια από το πεδίο λαμβάνεται σχεδόν αποκλειστικά από ηλεκτρόνια, ως τα πιο κινητικά σωματίδια. Τα ιόντα θερμαίνονται κυρίως λόγω της ενέργειας που λαμβάνουν από τα «καυτά» ηλεκτρόνια κατά τις αλληλεπιδράσεις Coulomb μαζί τους. Δεδομένου ότι η τελευταία διαδικασία συμβαίνει σχετικά αργά, η θερμοκρασία των ηλεκτρονίων στο πλάσμα αποδεικνύεται υψηλότερη από τη θερμοκρασία των ιόντων. Η διαφορά μεταξύ τους μπορεί να είναι αρκετά σημαντική. Έτσι, στη θετική στήλη μιας εκκένωσης λάμψης σε πιέσεις της τάξης του 0,1 mm Hg. η θερμοκρασία του ηλεκτρονίου μπορεί να φτάσει τους 50.000 o C και υψηλότερη, ενώ η θερμοκρασία των ιόντων δεν ξεπερνά τις αρκετές εκατοντάδες βαθμούς.

    Το κύριο πρακτικό ενδιαφέρον της φυσικής του πλάσματος σχετίζεται με την επίλυση του προβλήματος της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Για να ξεκινήσουν επαρκώς έντονες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σε μια ουσία, πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασία πολλών keV ή δεκάδων keV και σε τέτοιες θερμοκρασίες οποιαδήποτε ουσία βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος. Οι πιο υποσχόμενες «εργαστικές ουσίες» για έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα είναι τα ισότοπα υδρογόνου: το δευτέριο και το τρίτιο. Είναι ευκολότερο να ληφθεί μια αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης όχι σε καθαρό δευτέριο, αλλά στο μείγμα του με τρίτιο. Η συνολική ποσότητα δευτερίου στους ωκεανούς είναι ~ 4 × 10 13 τόνοι, που ισοδυναμεί με ενέργεια ~ 10 20 kW ετησίως (η συνολική ισχύς που καταναλώνεται σε ολόκληρη την υδρόγειο είναι ~ 10 10 kW). Το τρίτιο, ως στοιχείο υψηλής ραδιενέργειας, δεν εμφανίζεται φυσικά, αλλά παράγεται τεχνητά. Σε μελλοντικούς θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες, η κατανάλωση τριτίου θα πρέπει να αναπληρώνεται άφθονα με την αναπαραγωγή του (αναγέννηση) ως αποτέλεσμα της ακτινοβολίας του Li 6 με νετρόνια που παράγονται στους ίδιους τους θερμοπυρηνικούς αντιδραστήρες.

    Δεδομένου ότι οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις πρέπει να συμβαίνουν σχετικά ομαλά και αργά, καθίσταται απαραίτητο να διατηρείται το ζεστό πλάσμα για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα σε περιορισμένο όγκο του θαλάμου εργασίας και να το απομονώνεται από τα τοιχώματα αυτού του θαλάμου. Για αυτό, προτείνεται η χρήση μαγνητικής θερμομόνωσης, δηλ. Τοποθετήστε το πλάσμα σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, το οποίο εμποδίζει τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια να κινηθούν στην εγκάρσια κατεύθυνση και να πάνε στα τοιχώματα του θαλάμου.

    Μια απαραίτητη προϋπόθεση που πρέπει να ικανοποιεί οποιοσδήποτε θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας είναι η ενέργεια που απελευθερώνεται στις πυρηνικές αντιδράσεις να αντισταθμίζει περισσότερο από την ενέργεια που καταναλώνεται από εξωτερικές πηγές. Οι κύριες πηγές απώλειας ενέργειας είναι η ακτινοβολία bremsstrahlung των ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων Coulomb του τελευταίου, καθώς και η ακτινοβολία magnetobremsstrahlung (κυκλοτρόνιο ή βητατρόν) που προκύπτει από την επιταχυνόμενη κίνηση των ηλεκτρονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο. Για αυτοσυντηρούμενες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, είναι απαραίτητο να θερμανθεί το πλάσμα σε μια ορισμένη «κρίσιμη» θερμοκρασία (~50 keV). Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να πληρούται το λεγόμενο κριτήριο Lawson (nt>10 16 s/cm 3), όπου n είναι η συγκέντρωση ιόντων πλάσματος (του ίδιου σημείου) και t είναι ο μέσος χρόνος κατακράτησης στο πλάσμα.

    Η κύρια δυσκολία να σταθεί εμπόδιο στη δημιουργία ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης σχετίζεται με τη λήψη ενός αθόρυβου ή σταθερού πλάσματος. Το γεγονός είναι ότι λόγω της μεγάλης εμβέλειας φύσης των δυνάμεων Coulomb, στο πλάσμα συμβαίνουν διάφορες συλλογικές διεργασίες, για παράδειγμα, αυθόρμητα προκύπτοντες θόρυβοι και ταλαντώσεις που κάνουν το πλάσμα ασταθές. Οι κύριες προσπάθειες για την επίλυση του προβλήματος της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης στοχεύουν στην καταστολή αυτών των αστάθειας.

    Έκκριση κορωνοϊού - αυτό είναι ένα φαινόμενο που σχετίζεται με τον ιονισμό του αέρα σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής έντασης (λάμψη αερίων σε ανομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο υψηλής έντασης).

    Συχνά σχηματίζονται περιοχές υψηλής τάσης λόγω ανομοιογένειας του ηλεκτρικού πεδίου, η οποία συμβαίνει:

    1) Όταν επιλέγετε λανθασμένες παραμέτρους κατά τη διαδικασία σχεδιασμού.

    2) Ως αποτέλεσμα της μόλυνσης που προκύπτει κατά τη διάρκεια της εργασίας.

    3) Ως αποτέλεσμα μηχανικής βλάβης και φθοράς του εξοπλισμού.

    Παρόμοια πεδία σχηματίζονται σε ηλεκτρόδια με πολύ μεγάλη καμπυλότητα επιφάνειας (σημεία, λεπτά σύρματα). Όταν η ένταση του πεδίου φτάσει στην οριακή τιμή για τον αέρα (περίπου 30 kV/cm), εμφανίζεται μια λάμψη γύρω από το ηλεκτρόδιο, που μοιάζει με κέλυφος ή στέμμα (εξ ου και το όνομα). Η εκκένωση Corona χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό αερίων από σκόνη και άλλους ρύπους (ηλεκτρικό ίζημα), για τη διάγνωση της κατάστασης των κατασκευών (σας επιτρέπει να ανιχνεύσετε ρωγμές σε προϊόντα). Η εμφάνιση εκκένωσης κορώνας στις γραμμές ηλεκτροδότησης είναι ανεπιθύμητη, καθώς προκαλεί σημαντικές απώλειες μεταδιδόμενης ενέργειας. Προκειμένου να μειωθεί η σχετική καμπυλότητα των ηλεκτροδίων, χρησιμοποιούνται γραμμές πολλαπλών συρμάτων (3, 5 ή περισσότερα σύρματα διατεταγμένα με συγκεκριμένο τρόπο).

    Τύποι στεφάνων και αναγνώρισή τους

    Αρνητική «φλόγα» κορώνα. Αυτός ο τύπος κορώνας εμφανίζεται συνήθως σε έναν αρνητικά φορτισμένο αγωγό, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια του αρνητικού μισού κύματος της τάσης του δικτύου. Αυτός ο τύπος κορώνας μοιάζει με φλόγα της οποίας το σχήμα, η κατεύθυνση και το μέγεθος αλλάζουν συνεχώς. Αυτή η κορώνα είναι πολύ ευαίσθητη στις αλλαγές των παραμέτρων περιβάλλον. Η εμφάνισή του οδηγεί επίσης στην εμφάνιση ενός ηχητικού σήματος σε περίπου διπλάσια βιομηχανική συχνότητα (για παράδειγμα, 100 Hz) ή πολλαπλάσιο αυτής.

    Ξεσπάσματα

    Οι βλάβες συμβαίνουν συνήθως μεταξύ δύο μονωμένων αλλά κοντά η μία στην άλλη μεταλλικές πλάκες. Το ρεύμα διαρροής κατά μήκος του στηρίγματος προκαλεί ορισμένα επίπεδα τάσης μεταξύ των πλακών και επομένως μια εκφόρτιση μεταξύ τους. Αυτές οι εκφορτίσεις είναι συνήθως δύσκολο να εντοπιστούν, καθώς δεν υπάρχει άμεση σύνδεση με τη γραμμή υψηλής τάσης. Στην κάμερα CoroCAM αυτά τα κενά σπινθήρα θα εμφανίζονται ως μικρά, επίμονα και πολύ φωτεινά αντικείμενα. Ο ήχος που παράγεται από αυτές τις εκκενώσεις είναι υψηλότερος από αυτόν των αρνητικών κορώνων και φαίνεται άσχετος με τη συχνότητα ισχύος. Τα κενά σπινθήρων προκαλούν συνήθως μεγάλες παρεμβολές ραδιοφώνου και τηλεόρασης (για παράδειγμα, υψηλή RI - ραδιοπαρεμβολές).

    Θετική λάμψη εκκένωση κορώνας

    Μια εκφόρτιση κορώνας θετικής λάμψης σχηματίζεται σε έναν θετικά φορτισμένο αγωγό (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύματος της τάσης δικτύου). Συνήθως συναντάται σε σημεία με αιχμηρές γωνίες. Αυτός ο τύπος κορώνας είναι μικρός σε μέγεθος και εμφανίζεται ως λάμψη γύρω από μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Αυτή είναι μια σχετικά αδύναμη πηγή εκκένωσης κορώνας και παράγει πολύ λίγο ηχητικό σήμα.

    Πόσο σοβαρή είναι η κορώνα/εκφόρτιση όσον αφορά την πρόκληση Τάσης Παρεμβολής Ραδιοφώνου (RIV);

    Γενικές παρατηρήσεις:

    Όλα τα κενά σπινθήρα προκαλούν σοβαρές ραδιοπαρεμβολές.

    Εάν η κορώνα είναι εντελώς ορατή με γυμνό μάτι (τη νύχτα), θα προκαλέσει σοβαρές ραδιοπαρεμβολές. (Χρησιμοποιήστε την CoroCAM για να εντοπίσετε γρήγορα όλες τις πηγές κορωνοϊού και, στη συνέχεια, προσπαθήστε να τις δείτε με γυμνό μάτι.)

    Η κορώνα θετικής λάμψης δεν προκαλεί σημαντικές ραδιοπαρεμβολές.

    Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού

    Καθαρισμός ηλεκτρικού αερίου (ηλεκτρικοί κατακρημνιστές).

    Ένα δοχείο γεμάτο καπνό γίνεται ξαφνικά εντελώς διαφανές όταν εισάγονται μέσα σε αυτό αιχμηρά μεταλλικά ηλεκτρόδια που συνδέονται με μια ηλεκτρική μηχανή και όλα τα στερεά και υγρά σωματίδια εναποτίθενται στα ηλεκτρόδια. Η εξήγηση για το πείραμα είναι η εξής: μόλις το στέμμα αναφλεγεί στο σύρμα, ο αέρας μέσα στο σωλήνα γίνεται πολύ ιονισμένος. Τα ιόντα αερίου κολλάνε στα σωματίδια σκόνης και τα φορτίζουν. Δεδομένου ότι υπάρχει ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον σωλήνα, τα φορτισμένα σωματίδια σκόνης μετακινούνται υπό την επίδραση του πεδίου στα ηλεκτρόδια, όπου καθιζάνουν.

    Μετρητές σωματιδίων.

    Ένας μετρητής σωματιδίων Geiger-Müller αποτελείται από έναν μικρό μεταλλικό κύλινδρο εξοπλισμένο με ένα παράθυρο καλυμμένο με φύλλο και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα τεντωμένο κατά μήκος του άξονα του κυλίνδρου και μονωμένο από αυτόν. Ο μετρητής συνδέεται με ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή ρεύματος της οποίας η τάση είναι αρκετές χιλιάδες βολτ. Η τάση επιλέγεται ως απαραίτητη για την εμφάνιση εκφόρτισης κορώνας μέσα στο μετρητή.

    Όταν ένα ταχέως κινούμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στον απαριθμητή, το τελευταίο ιονίζει τα μόρια του αερίου μέσα στον μετρητή, προκαλώντας ελαφρά μείωση της τάσης που απαιτείται για την ανάφλεξη του στέμματος. Εμφανίζεται εκκένωση στο μετρητή και ένα ασθενές βραχυπρόθεσμο ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα. Για την ανίχνευση του, εισάγεται στο κύκλωμα μια πολύ υψηλή αντίσταση (αρκετά μεγαόμ) και συνδέεται παράλληλα με αυτό ένα ευαίσθητο ηλεκτρόμετρο. Κάθε φορά που ένα γρήγορο ηλεκτρόνιο χτυπά τον απαριθμητή, το φύλλο ηλεκτρομέτρου θα σκύβει προς τα έξω.

    Τέτοιοι μετρητές καθιστούν δυνατή την καταγραφή όχι μόνο γρήγορων ηλεκτρονίων, αλλά και, γενικά, τυχόν φορτισμένων, ταχέως κινούμενων σωματιδίων ικανών να παράγουν ιονισμό μέσω συγκρούσεων. Οι σύγχρονοι μετρητές ανιχνεύουν εύκολα την είσοδο έστω και ενός σωματιδίου σε αυτά και επομένως καθιστούν δυνατή την επαλήθευση με πλήρη αξιοπιστία και πολύ σαφή σαφήνεια ότι στοιχειώδη φορτισμένα σωματίδια υπάρχουν πραγματικά στη φύση.

    Αλεξικέραυνο

    Υπολογίζεται ότι περίπου 1.800 καταιγίδες συμβαίνουν ταυτόχρονα στην ατμόσφαιρα ολόκληρης της υδρογείου, προκαλώντας κατά μέσο όρο περίπου 100 κεραυνούς ανά δευτερόλεπτο. Και παρόλο που η πιθανότητα κάποιου ατόμου να χτυπηθεί από κεραυνό είναι αμελητέα, ο κεραυνός ωστόσο προκαλεί πολύ κακό. Αρκεί να επισημάνουμε ότι αυτή τη στιγμή περίπου τα μισά ατυχήματα σε μεγάλες γραμμές ηλεκτροδότησης προκαλούνται από κεραυνό. Επομένως, η αντικεραυνική προστασία είναι ένα σημαντικό έργο.

    Ο Λομονόσοφ και ο Φράνκλιν όχι μόνο εξήγησαν ηλεκτρική φύσηκεραυνός, αλλά υπέδειξε επίσης πώς να φτιάξετε ένα αλεξικέραυνο που προστατεύει από κεραυνούς. Ένα αλεξικέραυνο είναι ένα μακρύ σύρμα, το πάνω άκρο του οποίου είναι ακονισμένο και ενισχυμένο πάνω από το ίδιο το σύρμα. υψηλό σημείοπροστατευόμενο κτίριο. Το κάτω άκρο του σύρματος συνδέεται με ένα μεταλλικό φύλλο και το φύλλο είναι θαμμένο στη Γη στο επίπεδο του νερού του εδάφους. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, εμφανίζονται μεγάλα φορτία που προκαλούνται στη Γη και ένα μεγάλο ηλεκτρικό πεδίο εμφανίζεται στην επιφάνεια της Γης. Η τάση του είναι πολύ υψηλή κοντά σε αιχμηρούς αγωγούς, και ως εκ τούτου μια εκκένωση κορώνας αναφλέγεται στο άκρο του αλεξικέραυνου. Ως αποτέλεσμα, τα επαγόμενα φορτία δεν μπορούν να συσσωρευτούν στο κτίριο και δεν εμφανίζεται κεραυνός. Σε εκείνες τις περιπτώσεις που συμβαίνουν κεραυνοί (και τέτοιες περιπτώσεις είναι πολύ σπάνιες), χτυπά το αλεξικέραυνο και τα φορτία πηγαίνουν στη Γη χωρίς να προκαλέσουν ζημιά στο κτίριο.

    Σε ορισμένες περιπτώσεις, η εκκένωση κορώνας από ένα αλεξικέραυνο είναι τόσο ισχυρή που μια καθαρά ορατή λάμψη εμφανίζεται στην άκρη. Αυτή η λάμψη μερικές φορές εμφανίζεται κοντά σε άλλα αιχμηρά αντικείμενα, για παράδειγμα, στα άκρα των ιστιών πλοίων, αιχμηρές κορυφές δέντρων κ.λπ. Αυτό το φαινόμενο έγινε αντιληπτό πριν από αρκετούς αιώνες και προκάλεσε δεισιδαιμονική φρίκη στους ναυτικούς που δεν κατάλαβαν την πραγματική του ουσία.

    Υπό την επίδραση εκκρίματος κορωνοϊού

    Οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές είναι οι πιο αποτελεσματικές συσκευές καθαρισμού αερίου, επειδή... Το λειτουργικό κόστος για τη συντήρησή τους, σε σύγκριση με άλλους συλλέκτες σκόνης και τέφρας, είναι πολύ χαμηλότερο. Ταυτόχρονα, οι ηλεκτρικοί κατακρημνιστές πληρούν πλήρως τις απαιτήσεις μιας απόλυτης συσκευής συλλογής σκόνης.

    Η εγκατάσταση ηλεκτρικού καθαρισμού αερίου περιλαμβάνει έναν ηλεκτρικό κατακρημνιστή και μια μονάδα ισχύος. Το αέριο που πρόκειται να καθαριστεί εισέρχεται σε έναν ηλεκτρικό κατακρημνιστή, τα ηλεκτρόδια του οποίου τροφοδοτούνται με υψηλή τάση· εμφανίζεται μια εκκένωση κορώνας μεταξύ των ηλεκτροδίων, ως αποτέλεσμα της οποίας ο χώρος μεταξύ των ηλεκτροδίων γεμίζει με αρνητικά φορτισμένα ιόντα αερίου, τα οποία, υπό την επίδραση ένα ηλεκτρικό πεδίο, μετακινήστε από τα ηλεκτρόδια κορώνας στα ηλεκτρόδια καθίζησης.

    Τα ηλεκτρόδια καθίζησης χωρίζονται σε πλάκες, σωληνοειδείς, κουτιού, ράβδου, τσέπης, αυλακωτά, σε σχήμα C, σε σχήμα τουλίπας κ.λπ.

    Με βάση τη μέθοδο απομάκρυνσης της σκόνης, οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές χωρίζονται σε υγρούς και ξηρούς. Σε ξηρούς ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστές, η ανακίνηση των ηλεκτροδίων πραγματοποιείται με μεθόδους κραδασμών, κραδασμών, κραδασμών, κ.λπ. Σε υγρούς ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστήρες πραγματοποιείται περιοδική ή συνεχής πλύση των ηλεκτροδίων. Με βάση την κατεύθυνση κίνησης του καθαρισμένου αερίου, οι ηλεκτρικοί κατακρημνιστές χωρίζονται σε κάθετους και οριζόντιους. Επιπλέον, οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές μπορούν να είναι μονοζωνικοί, στους οποίους η φόρτιση και η καθίζηση των σωματιδίων πραγματοποιείται σε μία ζώνη, και διζωνικοί - στους οποίους η φόρτιση και η καθίζηση πραγματοποιούνται σε διαφορετικές ζώνες: τον ιονιστή και τον κατακρημνιστή.

    Σωληνοειδής ηλεκτροστατικός κατακρημνιστής Sturtevant


    Σύμφωνα με την αρχή της δημιουργίας μιας εκκένωσης κορώνας, διατίθενται ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές με σταθερά σημεία εκκένωσης κορώνας και μη σταθερά σημεία εκκένωσης κορώνας.

    Με βάση τον τύπο των συστημάτων ηλεκτροδίων κορώνας, οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες ομάδες: με ηλεκτρόδια κορώνας πλαισίου και με ηλεκτρόδια κορώνας ελεύθερα αιωρούμενα. Η ανακίνηση των ηλεκτροδίων συλλογής και κορώνας πραγματοποιείται με κρούση, κρουστική δόνηση, σύστημα κρουστικών παλμών, μηχανισμούς δόνησης, περιοδικό και συνεχές πλύσιμο.

    Η φυσική της εκκένωσης κορώνας συζητείται λεπτομερώς στο βιβλίο του N.A. Kaptsov «Corona discharge and its application in electric precipitators», που δημοσιεύτηκε το 1947. Το φαινόμενο της ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέρια εξηγείται από διάφορες θεωρίες εκφόρτισης. Τα θεμέλια της πρώτης θεωρίας - της θεωρίας των χιονοστιβάδων - τέθηκαν από τον Townsend το 1900. 30 χρόνια αργότερα, αναπτύχθηκε περαιτέρω στα έργα του Rogowski και, όπως γράφει ο N.A. Kaptsov, «μέχρι τώρα χρησίμευε ως βάση για την εξήγηση τα φαινόμενα έκκρισης κορωνοϊού». Η δεύτερη θεωρία - η θεωρία του πλάσματος εκκένωσης αερίου - έχει αναπτυχθεί από το 1924 από τον Langrum και τη σχολή του, αλλά, σύμφωνα με τον N.A. Kaptsov, δεν σχετίζεται άμεσα με την εξήγηση της φυσικής της εκκένωσης κορώνας. Η τρίτη θεωρία, η θεωρία του ισοθερμικού πλάσματος, αναπτύχθηκε στα προπολεμικά χρόνια από τον Έλενμπας και άλλους Ολλανδούς φυσικούς.