1.8.2. Фотоионизация

Лучи электромагнитного спектра обладают определенным запасом энергии. Величина квантов энергии зависит от частоты электромагнитных колебаний. Условие фотоионизации

, (1.7)

где h — постоянная Планка, равная 6,625·10^-34, Джс;

v — частота электромагнитных колебаний.

Зная потенциал ионизации элементов, можно определить частоту колеба-ний и длину волн электромагнитного излучения, способ­ного вызвать его фотоионизацию

(1.8) (1.9)

Расчеты показывают, что видимый свет вызвать фотоионизацию не мо-жет; ультрафиолетовые лучи могут ионизировать только пары щелочных металлов; рентгеновские и гамма-лучи могут ионизировать все газы без исключения, но так как этих лучей в дуге нет, фото­ионизация в сварочной дуге существенной роли не играет.

1.8.3. Ионизация соударением частиц

Электрическое поле дугового разряда сообщает энергию элект­ронам и ионам. Наибольшая часть этой энергии воспринимается бо­лее подвижны-ми электронами, которые и передают ее атомам, моле­кулам или ионам за счет соударений. Соударения могут быть упру­гими и неупругими. Оконча-тельный результат зависит от скорости электрона (его энергии и направ-ления движения).

При упругом соударении внутренней работы не происходит, изменя-ется лишь скорость и направление движения частиц. Иониза­ции или воз-буждения при этом нет, так как количество передавае­мой энергии незна-чительно и равно

(1.10)

где m — масса электрона; M — масса молекулы.

Под неупругим соударением понимается такое соударение, при кото-ром часть кинетической энергии движущейся частицы затрачива­ется на со-вершение внутренней работы. При этом может произойти ионизация или возбуждение. Возбужденные частицы при отсутствии дальнейшего подво-

да энергии извне, спонтанно возвращаясь к нормальному состоянию, излу-чают энергию, полученную при возбуждении. Температура плазмы повы-шается и столб дуги ярко светится.

Из теории удара известно, что при неупругом соударении во внутрен-нюю работу может перейти не вся кинетическая энергия, а только ее часть.

(1.11)

где Т_о — начальная кинетическая энергия ударяющей частицы;

m₁— масса ударяемой частицы;

m₂ — масса ударяющей частицы.

Условие ионизации соударением частиц

(1.12)

или (1.13)

Рассмотрим возможные варианты столкновения частиц.

1. Сталкиваются частицы с равными массами (атом + атом), Тогда условие ионизации соударением примет вид

. (1.14)

или (1.15)

2. Сталкиваются частицы с разными массами (атом + электрон). По-скольку масса электрона в 1836 раз меньше массы атома, можно считать, что т.е.

(1.16)

тогда (1.17)

Сравнивая оба случая, можно сделать вывод, что ионизация электро-нами происходит при запасе начальной кинетической энергии в 2 раза меньшем, чем при соударении тяжелых частиц (атом + атом, атом + ион и т. п.). Кроме того, электрон, благодаря малым размерам, проходит значи-тельно больший путь (свободный пробег) между двумя последо­ватель-ными соударениями, чем газовые атомы и молекулы. На пути свободного пробега электрон может ускоряться электрическим полем и накапливать энергию, достаточную для ионизации. Поэтому веро­ятность ионизации га-за электронами больше, чем тяжелыми частицами.