Cтраница 3
При небольших силах тока, когда свечение покрывает только часть поверхности катода, катодное падение-а вместе с ним и полное напряжение на трубке - практически не зависит от силы тока. Это свойство тлеющего разряда часто используют для стабилизации напряжения. Описанный режим тлеющего разряда называется нормальным. При дальнейшем возрастании силы тока катодное свечение покрывает всю поверхность катода, и величина катодного падения начинает возрастать с ростом силы тока, протекающего через трубку. Такой режим разряда называется аномальным. [31]
Из этих наблюдений мы должны прежде всего заключить, что как само осуществление того или иного стационарного режима дуги, так и любое изменение этого режима оказываются возможными благодаря координации процессов распада и восстановления ячеек катодного пятна. Все известные методы управления разрядным током основаны на использовании этого координационного механизма. Его сущность состоит в том, что любое нарушение равновесного количества ячеек, отвечающего данному режиму внешней цепи разряда, вызывает цепь последовательных воздействий на разряд и в первую очередь его катодную область, иод влиянием которых равновесие восстанавливается. Одним из первых звеньев в этой цепи является изменение напряжения на электродах дуги, вызывающее временное изменение величины катодного падения. Посредством таких изменений достигается регулировка количества действующих на катоде ячеек. Процесс становления равновесного количества ячеек проходит две стадии. Первая стадия характеризуется изменением интенсивности электрических процессов в пределах каждой ячейки, включая изменение эмиссионного тока, интенсивности ионизации металлического пара и величины ионного тока на катод. В отличие от этого на протяжении второй стадии в результате указанных воздействий на катодное пятно происходит изменение количества ячеек на катоде. Последнее достигается либо путем отмирания лишних или сверхкомплектных при данном режиме ячеек, либо посредством деления ячеек, в зависимости от характера отклонения состояния дуги от равновесного. Легко заметить, что действие рассмотренного координационного механизма основано на следующих свойствах элементарных ячеек дуги: их неустойчивости, необходимости для их существования в форме автономных областей вполне определенного тока, способности ячеек принимать на себя кратковременно токи, резко отличающиеся от нормы, и, наконец, их способности к делению. [32]
Анализ энергетических кривых позволяет сделать заключение о местонахождении первичного образования лишь некоторой части ионного потока, бомбардирующего катод. Несомненно то, что ионы, обладающие энергией, близкой к величине eVr и образующие острый пик [4], относятся к числу первичных, возникших в отрицательном свечении. Тот факт, что относительное положение максимума кривых рис. 1 остается практически одним и тем же для основных форм тлеющего разряда ( нормального, переходного и среднеаномального), позволяет утверждать, что происхождение ионов широкого максимума и место их конечного образования, по-видимому, одно и то же во всех этих случаях. Существенного различия здесь, вероятно, нет. Но тогда положение этого максимума определялось бы разностью потенциалов для такого расстояния от катода, которое необходимо электронам для набора энергии, соответствующей максимуму функции ионизации ( для воздуха - 120 эв), и независимо от величины катодного падения отвечало 1бы одной и той же энергии ионов. [33]
Анализ энергетических кривых позволяет сделать заключение о местонахождении первичнсго образования лишь некоторой части ионного потока, бомбардирующего катод. Несомненно то, что ионы, обладающие энергией, близкой к величине eVr и образующие острый пик [4], относятся к числу первичных, возникших в отрицательном свечении. Тот факт, что относительное положение максимума кривых рис. 1 остается практически одним и тем же для основных форм тлеющего разряда ( нормального, переходного и среднеаномального), позволяет утверждать, что происхождение ионов широкого максимума и место их конечного образования, по-видимому, одно и то же во всех этих случаях. Существенного различия здесь, вероятно, нет. Но тогда положение этого максимума определялось бы разностью потенциалов для такого расстояния от катода, которое необходимо электронам для набора энергии, соответствующей максимуму функции ионизации ( для воздуха - 120 эв), и независимо от величины катодного падения отвечало бы одной и той же энергии ионов. [34]
Основываясь на выведенном им уравнении объемного заряда, образующегося в плазме у отрицательного электрода, Лэнгмюр пришел к заключению, что поле объемного заряда у катода дуги может оказаться достаточным для извлечения электронов из металла посредством понижения потенциального барьера. Принципиально новым в этой работе было то, что в ней учитывалось влияние эмиттируемых катодом электронов на объемный заряд у катода и обусловленное им поле. Следует заметить, что за отсутствием заслуживающих доверия опытных данных о протяженности слоя объемного заряда одним из средств проверки действенности автоэлектронной теории дуги до настоящего времени остается вычисление поля у поверхности катода по данным плотности тока с помощью уравнения объемного заряда. Из теории Лэнгмюра известно, что объемный заряд у отрицательного электрода создается движущимися к нему из плазмы положительными ионами, плотность тока которых определяется концентрацией ионов в плазме. Эмиттируемые катодом электроны в большей или меньшей степени компенсируют положительный объемный заряд, вследствие чего результаты вычисления напряженности поля зависят от того, как велика часть тока, переносимого ионами. Компенсирующее действие электронов может оказаться практически полным, если плотности электронного и ионного токов относятся, как квадратные корни из масс иона и электрона. Отсюда следует, что в случае ртутной дуги доля ио нного тока ( 1 - К) в общем балансе тока у катода должна быть во всяком случае больше Vem - Максимально возможное значение ( 1 - К) может быть оценено на основании соображений об эффективности ионизационного процесса в области отрицательного свечения. Основным процессом ионизации в области отрицательного свечения долгое время считалась ионизация - посредством однократных соударений атомов ртути с ускоряемыми в катодном падении электронами, основанием для чего служило кажущееся совпадение величин катодного падения и ионизационных потенциалов для некоторых материалов катодов. [35]