1.8.4. Термическая ионизация

Термическая ионизация — результат неупругих соударений час­тиц га-за. Необходимая кинетическая энергия приобретается движущейся части-цей за счет ускорения в результате разогрева газа. Причина разогрева газа — отдача возбужденной частицей энергии при ее самопроизвольном пере-ходе в нормальное состояние.

В результате соударения образуются пары заряженных частиц — элект-рон и ион. Одновременно с ионизацией протекает процесс рекомбинации. Таким образом, при каждом значении температур в дуге будут присутст-вовать и электрически заряженные, и нейтральные частицы.

Отношение количества пар электронов и ионов к числу нейтральных молекул называется степенью термической ионизации газа х, которая рас-считывется по формуле Сага.

(1.18)

где — давление газа, мм рт. ст.;

— основание натурального логарифма;

— работа ионизации, эВ;

к — постоянная Больцмана, равная эрг/ °С;

— абсолютная температура.

Кривые, характеризующие зависимость степени термической иониза-ции от температуры, представлены на рис. 5. С повышением потенциала ионизации вещества требуются повышенные температуры.

Рис. 5. Зависимость степени термической ионизации газов

от температуры

В реальных условиях дуговой разряд существует не в однород­ном газе, а в смеси газов и паров с различными потенциалами ионизации. Для харак-теристики ионизационной способности такой сме­си вводится понятие эф-фективного потенциала ионизации . Под эффективным потенциалом ионизации понимают такой потен­циал, при котором газовая смесь ионизи-руется также, как если бы она была однородным газом. Эффективный по-тенциал смеси из К газов можно рассчитать по формуле, предложенной В.В. Фроловым.

(1.19)

где — газовая концентрация компонентов в смеси.

Расчеты показывают, что эффективный потенциал газовой смеси при-ближается к потенциалу легкоионизирующегося компонента. Например, если в смеси имеются пары кальция, то смесь ионизируется почти так же, как чистые пары кальция.

1.8.5. Ионизация частиц в результате их ускорения

электрическим полем

Электроны, ускоренные электрическим полем, к концу свободного пробега могут накопить энергию, достаточную для ионизации. Освобож-денный при ионизации электрон, двигаясь в направлении по­ля, в свою оче-редь, может вызвать ионизацию, в результате чего количество заряженных частиц возрастает лавинообразно. Количест­во электронов, полученных при прохождении начальными электронами пути d, можно определить по фор-муле

(1.20)

где — количество начальных электронов;

— число пар заряженных частиц, образованных начальным элект-роном, прошедшим в направлении поля путь в 1 см;

— путь, пройденный начальными электронами.

В приэлектродных областях сварочной дуги, в которых напряженность поля достигает , происходит ионизация за счет ускорения частиц электрическим полем.