Возбуждение дуги и ее зоны Зоны дугового разряда

1-катодная зона; 2-анодная зона; 3-столб дуги; К - катод; А - анод

Возбуждение дугового разряда возможно 4 способами.

1. При переходе из маломощного тлеющего разряда в мощный дуговой разряд.

2. Замыканием и размыканием токонесущих электродов.

3. С помощью третьего электрода.

4. При переходе из неустойчивого разряда путем подачи импульса высокой частоты или высокого напряжения (осцилятор).

Питаться дуги могу постоянным или переменным током.

Дуги могут прямого или косвенного действия. Дуги могут быть закрытого или открытого типа.

Вольт-амперная характеристика дуги

В первой области при токе до 100А с возрастанием тока возрастает число заряженных частиц за счет роста эмиссии с катода. Сопротивление столба дуги уменьшается и падает напряжение, необходимое для поддержания разряда. Характеристика называется падающей.

Во второй области напряжение дуги становится мало зависящим от тока, так как столб дуги сжимается электрическим полем и уменьшается объем газа, участвующий в переносе заряда. Это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных частиц. Напряжение становится мало зависящим от тока. Характеристика называется жесткая.

В третьей области степень ионизации достигает почти 100%, поэтому высокая ионизированная сжатая плазма подобна проводнику и проявляется закон Ома

.

Характеристика возрастающая при повышенных токах.

Элементарные процессы в плазме дуги. Эффективное сечение взаимодействия

После возбуждения дугового разряда ионизация может происходить двумя путями:

1. взаимным соударением частиц;

2. поглощением квантов световой энергии (фотоионизация).

Если длина свободного пробега частиц , то время пробега .

число столкновений. . Эти величины можно связать с понятием об эффективном сечении столкновения – Q.

Для обычных газов – Q называют газокинетическим сечением. Для того, чтобы произошло столкновение двух частиц центры молекул должны находиться на минимальном расстоянии, равном d. Если принять модель упругих шаров, то радиусом равной сумме радиусов сталкивающихся частиц.

Если сталкиваются одинаковые частицы . Если разные . Если обе частицы движутся .

Газокинетическое сечение для молекул мало и зависит от энергии частиц при высоких температурах. По уравнению Клайперона длина пробега

,

,

где - концентрация частиц в одном м³;

- постоянная Больцмана;

- длина пробега;

Па;

Дж/К.

Эффективное сечение для одного м³ .

; ; ; ; ; .

Эффект рамзауэра

Вероятность соударений оценивается эффектом Рамзауэра и сильно зависит от энергии электродов.

Эффект Рамзауэра и минимальное сечение соответствует энергии электрона приблизительно 1эВ ( ).

Для плазмы столба дуги в инертных газах, где энергия электрона определяется эВ, тогда средняя длина пробега .

В слабых разряженных полях средний пробег иона мало отличается от среднего пробега молекулы, поэтому .

В сильных полях, где скорость тока гораздо больше, чем можно считать молекулы малоподвижными

.

Скорость электрона гораздо больше, чем скорость молекулы. И в слабых полях электрон можно считать точкой.

, это значит, что электрон может пройти к центру молекулы на расстоянии d/2. Поэтому площадь эффективного сечения будет меньше.

.