Cтраница 4
При изменении магнитной индукции, состава газов, их давления, материала катода и других параметров скорость движения катодного пятна может меняться. В дугах высокого давления направление движения может переходить на обычное. [46]
В газовых разрядах поддержание стационарного состояния плазмы связано с наличием внешнего электрического поля, за счет которого электроны и ионы получают энергию, расходуемую в конечном счете на ионизацию газа. В этом случае плазму называют газоразрядной. Газоразрядной плазмой заполнены положительный столб и второе катодное свечение тлеющего разряда ( § 28), положительный столб дуги высокого давления ( § 29), почти все разрядное пространство дуги низкого давления с катодом постороннего нагрева ( § 29) и большие области в высокочастотных разрядах. [47]
В количественном отношении переход к дуге характеризуется значительным увеличением эффективности механизма регенерации зарядов, о чем говорят поразительно высокие значения плотности тока у катода дуги. Наиболее общим образом это увеличение интенсивности процессов регенерации в дуге можно связать с тем, что дуга является такой формой разряда, для которой характерны высокие концентрации частиц в катодной области. Очевидно, прежде всего это относится к нейтральным частицам, так как только при условии достаточно высокой плотности нейтральных частиц у катода дуги могут возникать необходимые для нее чрезвычайно высокие концентрации зарядов. В дуге высокого давления это условие выполняется естественным образом за счет атомов газовой среды, заполняющей все пространство между катодом и анодом. Что касается дуги низкого давления, то своеобразие этого типа разряда состоит в том, что он сам создает автоматически необходимую для него среду за счет местного нагревания и бурного испарения металла катода. Согласно общепринятой терминологии, однако, в дальнейшем термином дуга с холодным катодом будет обозначаться тот тип дугового разряда, при котором и одна из точек твердого или жидкого катода не нагревается до температур, достаточных для заметной термоэлектронной эмиссии К этому типу разряда, безусловно, должны быть отнесены все металлические дуги, катоды которых принадлежат к группе металлов с низкой температурой кипения. [48]
В дальнейшем нас будут интересовать преимущественно данные, относящиеся к дуге шшмэго давления с холодным катодом, для чего имеются следующие основания. С точки зрения физических процессов, происходящих у катода, этот тип дуги представляет собой самостоятельную, хорошо отграниченную область явлений, составляющих до настоящего времени сплошную цепь загадок. В отличие от дуги высокого давления в дуге низкого давления условия опыта приобретают сравнительно простой характер, так как разряд происходит лишь в парах металла катода, без участия посторонней среды. Тем не менее и в этих условиях дуга оказывается достаточно сложным объектом исследования. По своей структуре дуга низкого давления представляет собой соединение двух областей, резко различающихся как по внешнему виду, так и по той роли, которую они выполняют в разряде. Одна из них тесно прижата к катоду и имеет вид ярко светящегося пятна, совершающего в обычных условиях быстрое беспорядочное перемещение по катоду. Такая форма катодной области дуги способствовала тому, что за ней прочно утвердилось название катодного пятна. Другая часть разряда занимает большую часть пространства между катодом и анодом и имеет вид не очень яркого диффузного свечения, распространяющегося обычно на все сечение трубки с разреженным газом или парами металла. [49]
После того как дуга оказалась сжатой, ее последующее развитие зависит от тепловых условий у электродов. Если имеет место интенсивное охлаждение электродов ( например, вследствие быстрого перемещения дуги по их поверхности под действием магнитного поля, так что дуга все время перемещается в зону холодного металла), то напряжение на дуге будет довольно большим и будет сопровождаться резкими отклонениями. Если же, наоборот, дуга может оставаться в одном и том же положении достаточно долго, то температура электродов на сравнительно небольшой площади будет возрастать, в результате чего напряжение на дуге вновь понизится, ибо по причине резкого повышения локальной плотности паров металла в межконтактном промежутке дуга, оставаясь сжатой, превращается фактически в дугу высокого давления с сопровождающими ее процессами термической ионизации. [50]
Первая категория характеризуется равномерным распределением энергии в основной части дуги ( дуговом столбе) между различными микрочастицами, образующими дуговую плазму, а именно1: между электронами, ионами и нейтральными частицами. Другими словами, температура этих частиц равна или по крайней мере отличается не более чем на несколько процентов. В дугах второй категории электродная температура значительно выше, чем температура тяжелых частиц газа. Термические дуги относятся к дугам высокого давления, так как при высоких давлениях - порядка 1 ат и выше - условия для термического равновесия между частицами газа особенно благоприятны. Название термическая дуга означает, что свойства газа, образующего атмосферу дуги ( дуговая плазма), так же как и кинетическое равновесие реакции между различными частицами, определяются температурой. Строго говоря, условия термического равновесия иногда в точности не выполняются, так как дуга всегда имеет потери энергии путем теплопроводности, излучения и диффузии, которые нарушают равномерное распределение энергии между различными частицами газа. Однако если эти потери малы по сравнению с полной энергией, содержащейся в элементе объема дуги, то нарушение равновесия незначительно. Другое условие термического равновесия требует, чтобы добавочная энергия, которую электроны получают от электрического поля, передавалась бы тяжелым частицам. Это условие требует большого числа столкновений между электронами и тяжелыми частицами, для чего необходимы достаточно большая плотность газа ( откуда название дуги высокого давления) и небольшая напряженность электрического поля. [51]
Столкновения между ионами благодаря их малой скорости более продолжительны. Она имеет особое значение для крыльев линий. В поле соударяющихся частиц возникает расщепление Штарка, причем нужно различать линейный ( у Н) и квадратичный эффекты Штарка. При этом, определив по ширине линии плотность электронов, тоже можно найти температуру. Это использовал Шульц в работах [95, 96] в случае ртутного разряда; Лохте-Хольт - гревен и Шулер [97] очень обстоятельно исследовали эти вопросы в своих экспериментах. Результаты получаются достаточно просто в случае линий водорода, на которые благодаря линейному эффекту Штарка оказывают влияние и слабые поля. Боген [98] производил измерения линий Н в стабилизированной водой дуге высокого давления. При этом оказалось, что линии шире, чем предсказывает теория, в особенности если рассматривается не только полуширина, а весь контур. [52]
Первая категория характеризуется равномерным распределением энергии в основной части дуги ( дуговом столбе) между различными микрочастицами, образующими дуговую плазму, а именно1: между электронами, ионами и нейтральными частицами. Другими словами, температура этих частиц равна или по крайней мере отличается не более чем на несколько процентов. В дугах второй категории электродная температура значительно выше, чем температура тяжелых частиц газа. Термические дуги относятся к дугам высокого давления, так как при высоких давлениях - порядка 1 ат и выше - условия для термического равновесия между частицами газа особенно благоприятны. Название термическая дуга означает, что свойства газа, образующего атмосферу дуги ( дуговая плазма), так же как и кинетическое равновесие реакции между различными частицами, определяются температурой. Строго говоря, условия термического равновесия иногда в точности не выполняются, так как дуга всегда имеет потери энергии путем теплопроводности, излучения и диффузии, которые нарушают равномерное распределение энергии между различными частицами газа. Однако если эти потери малы по сравнению с полной энергией, содержащейся в элементе объема дуги, то нарушение равновесия незначительно. Другое условие термического равновесия требует, чтобы добавочная энергия, которую электроны получают от электрического поля, передавалась бы тяжелым частицам. Это условие требует большого числа столкновений между электронами и тяжелыми частицами, для чего необходимы достаточно большая плотность газа ( откуда название дуги высокого давления) и небольшая напряженность электрического поля. [53]