Область - катодное падение
Cтраница 4
Так как на границе области катодного падения продольный градиент потенциала в разряде чрезвычайно мал или даже имеет обратное направление вследствие диффузии электронов, то количество положительных ионов, проникающих в область катодного падения из частей разряда, лежащих дальше от катода, ничтожно мало или равно нулю. [46]
Оценка возможных видов ионизации и деионизации в разрядном промежутке приводит к выводу, что в теплоизолированной дуге в основном происходят термическая ионизация за счет высокой температуры среды и ионизация соударением за счет передачи энергии нейтральным или возбужденным атомам ускоренными в области катодного падения электронами. Деионизация столба происходит за счет рекомбинации заряженных частиц и в меньшей мере за счет диффузии их за пределы столба. [47]
Электрическая дуга представляет собой одну из форм электрического разряда в газе ( газового разряда), основными отличительными свойствами которой являются: относительная малая величина катодного падения потенциала; чрезвычайно высокая плотность тока у поверхности катода, достигающая 106 А / см2 и выше; высокая концентрация частиц в области катодного падения. Это общее определение относится ко многим видам дуговых разрядов, имеющих техническое применение. В процессах электродугового размыкания мощных электрических цепей наиболее типичным является самостоятельный дуговой разряд в газе или в парах металла при высоком давлении. [48]
Любая область разряда с большими градиентами поля должна служить источником электронов с повышенной энергией. Это относится равным образом к области катодного падения. [49]
Наконец, область анодного падения возникает потому, что, поскольку анод не испускает ионы, весь ток с поверхности анода должен переноситься электронами. Так же, как и в области катодного падения, в анодной области не соблюдается электронейтральность. Следовательно, в этой области тоже должно быть сильное электрическое поле и большое падение напряжения. [50]
 |
Распределение потенциала между электродами при отсутствии разряда ( 1, в электронном приборе ( 2 и в газоразрядном приборе при тлеющем разряде ( 3. [51] |
Как видно, в газоразрядном приборе распределение потенциала таково, что почти все анодное напряжение приложено к тонкому слою газа около катода. Эта область ( /) называется областью катодного падения потенциала. Около катода создается сильное ускоряющее поле. Анод как бы приближается к катоду. Роль анода выполняет нависшее над катодом ионное облако с положительным зарядом. В результате этого действие отрицательного объемного заряда компенсируется, поэтому потенциального барьера около катода нет. [52]
При дуговом разряде с нестационарным катодным пятном ( когда катодное пятно перемещается по поверхности катода) электроны, необходимые для образования дуги, создаются в основном за счет автоэлектронной эмиссии катода - автоэлектронная дуга. Эмит-тируемые таким образом электроны, ускоряются в области катодного падения потенциала и в свою очередь в процессе ударной ионизации создают ионы, которые направляются к катоду. [53]
Химические реакции происходят главным образом в области катодного падения и положительного столба тлеющего разряда. Максимальная скорость реакции ( на единицу объема) наблюдается в области катодного падения, для которой характерна высокая напряженность электрического поля и, следовательно, большее по сравнению с положительным столбом число электронов высоких энергий. Но область катодного падения составляет лишь небольшую долю реакционного объема, и поэтому общая скорость реакции в разряде определяется скоростью реакций в положительном столбе. [54]
Длина свободного пути электрона в воздухе известна. Однако необходимо считаться с тем, что в очень тонком слое области катодного падения присутствуют пары металла катода. К сожалению, нам неизвестна длина свободного пути электрона в парах меди или железа. [55]
Значительно более перспективным является другой путь решения вопроса о механизме дуги, не требующий знания большого количества трудно доступных величин. Для решения задачи этим путем исключительное значение приобретают данные о протяженности области катодного падения d и размерах площади эмиссионной поверхности дуги Sj, от которой зависит вычисляемая плотность тока / в пределах катодного пятна. Знание величины d позволило бы непосредственно определить напряженность поля Ес у поверхности катода, так как величины катодного падения известны для многих катодов. Как уже, однако, указывалось в разд. А, измеренные на опыте значения d не заслуживают доверия. Для оценки величины напряженности лоля Ес может быть использован менее прямой путь, а именно вычисление поля с помощью выведенных Лэнгмюром и Маккоуном соотношений объемного заряда по данным плотности тока у катода дуги. Достигнутый в последнее время прогресс в измерении величины эмиссионной поверхности позволяет произвести более надежную оценку плотности тока у катода ртутной дуги. По данным Фрума для величины / может быть принято значение до 107 а / см2, что превышает в десятки тысяч раз первоначально употреблявшиеся значения. Значение новых данных о плотности тока наглядно иллюстрируется следующими простыми соображениями. [56]
Возможен, однако, и другой механизм электронной эмиссии на катоде. При больших плотностях тока, а также высокой плотности газа или пара у катода протяженность области катодного падения настолько мала, что напряженность поля1 может достигать величин порядка 106 в / см, достаточных для преодоления сил, удерживающих электроны внутри металла. Возникающая таким образом автоэлектронная эмиссия ведет к образованию дуги с холодным катодом. Особенно легко такие дуги получаются при хорошо испаряющихся катодах, например ртути. [57]
Теории катодного падения потенциала нельзя применить к области анодного падения потенциала, так как элементарные процессы в областях катодного и анодного падения потенциала отличаются, несмотря на то, что в обоих случаях происходит обмен электричества между термической плазмой столба и низкотемпературными электродами. Основным явлением в прикатодной области, как отмечалось выше, является образование носителей электричества, так как в области катодного падения потенциала образуется 99 % электронов и ионов, определяющих ток электрической дуги. В области анодного падения потенциала образуется всего лишь 1 % носителей заряда в виде электронов, движущихся к аноду, и ионов, движущихся к столбу, в то время, как 99 % электронов, попадающих на поверхность анода, поступает из столба дуги. [58]
Непосредственно к катодному пятну прилегает часть разряда, называемая отрицательной или катодной кистью или отрицательным пламенем. Длина катодной кисти в дуге при низком давлении определяется тем расстоянием, на которое залетают быстрые первичные электроны, получившие свои скорости в области катодного падения потенциала. [59]
Утверждение о чисто ионном составе тока в области катодного падения достаточно характерно для теории Слепяна и является логическим завершением идеи регенерации зарядов в ионизационном пространстве. В этом отношении теория Слепяна может быть названа антиподом автоэлектронной теории дуги, приписывающей электронной эмиссии катода роль основного агента в переносе тока в области катодного падения. Отмеченное различие может иметь большое значение при решении вопроса о наиболее вероятном механизме дуги с холодным катодом. Оставляя обсуждение этого вопроса до следующего раздела, достаточно указать здесь, что в связи с отрицанием эмиссии катода теорией Слепяна становится мало понятной роль катода в дуговом разряде, тем более что катод рассматривается в ней как охлаждающая поверхность, ограничивающая нагревание газа. [60]
Страницы: 1 2 3 4 5