Теплопроводность плазмы
Теплопроводность плазмы так же обеспечивается движением частиц. Главную роль в переносе теплоты выполняют электроны.
Если вдоль некоторого
направления имеется перепад температур,
то электроны с большей энергией идут в
одну сторону, а с меньшей в другую. В
результате чего появляется поток
тепловой энергии
в сторону более холодных слоев плазмы.
,
где - коэффициент теплопроводности.
,
,
- длина пробега.
.
В центре столба дуги,
где большого
и
будет
.
А на границе столба
дуги, где
не велико
мало.
,
.
Саморегулирование столба дуги
Сварочная дуга представляет собой саморегулирующую систему.
Уравнение Саха может
рассматриваться как условие
саморегулирования по x,
P, Т. В дуге
автоматически устанавливаются
.
Согласно принципу Штейнбека температура
столба дуги и его теплопроводящий радиус
R при данном токе I
и в данной среде должны быть такими,
чтобы напряженность в столбе была
минимальной.
;
.
Саморегулирование по радиусу тока, что с ростом I увеличивается сечение столба и напряженность падает.
Баланс энергии в столбе дуги
Вся энергия, собираемая разрядом от внешнего источника в столбе дуги переходит к электронам плазмы. Эта энергия тратится на возбуждение, ионизацию молекул газа и повышение кинетической энергии.
,
где
- потери энергии излучении;
- потери конвекции;
- потери теплопроводностью.
Для дуг в парах металлов
при
А
до 90% энергии теряется излучением.
Считая дугу цилиндрическим телом по форме с постоянной плотностью тока по сечению К.К. Хренов принял баланс мощности в следующем виде
,
где
- удельное излучение по закону Больцмана;
- радиус токоведущего канала дуги.
Р.Д.С.;
сварка
под флюсом;
аргоно
- дуговая сварка.
Температура по длине столба дуги принимается постоянной.
Эмиссионные процессы на поверхности твердых тел
Существуют следующие эмиссии электронов твердыми телами:
термоэлектронная;
автоэлектронная (электростатическая);
фотоэлектронная (внешний фотоэффект);
вторичная, возникающая при бомбандировке тела тяжелыми частицами (атомами, ионами) или потоком первичных электронов;
автотермоэлектронная.
Эмиссия элетронов с поверхности электродов
Электроды являются проводниками электрического тела. Жидкие и твердые проводники обладают определенным количеством свободных электронов – электронов проводимости, несвязанных с орбитами каких-либо атомов. Электроны проводимости свободно перемещаются по всему объему металла без дополнительных затрат из вне, но не могут выходить за его пределы. Выходу электрона за пределы металла препятствует электрическое поле, действующее в узкой зоне, которое называют потенциальным барьером. Поэтому для вырыва электронов за пределы металлов необходима дополнительная энергия. Электроны проводимости не покоятся при нуле Кельвина. Наибольшая энергия, которой может обладать электрон при нуле Кельвина называется энергией Ферми или импульсом.
С повышением температуры тепловую энергию воспринимают внешние валентные электроны и переходят на более высокий энергетический уровень, который у металлов обычно свободен. В металле уровень Ферми совпадает с верхним из заполненных электронных уровней при температуре 0К. Величина
;
[эВ],
равная наименьшей энергии, которую можно сообщить электронам, имеющим максимальные скорости при 00К для того, чтобы они могли преодолеть поверхностный барьер называется эффективной работой выхода.
- величина потенциального барьера;
- энергия Ферми.
Количество энергии, необходимое для удаления электрона с поверхности проводника и удаления его из сферы действия силового поля называют работой выхода.
Сопоставление потенциального барьера с кривой
распределения электронов по энергиям
Эмиссией обладает ограниченное количество электронов (заштрихованная площадка).
.
Значение
является периодической функцией атомного
элемента
в 2 раза меньше потенциала ионизации
того же вещества.
отличие
– среда
Ф изменяется в зависимости от свойств, чистоты поверхности, от температуры зависит мало.