Физический смысл уравнения саха
Чем меньше потенциал ионизации элемента, тем при меньших температурах достигается степень ионизации .
Эффективный потенциал ионизации
Так как дуговой разряд обычно существует в неоднородном газе, а в смеси газов и паров, находящихся при высокой температуре, то необходимо знать эффектный потенциал ионизации.
Расчет потенциала был проведен Фроловым.
Под
смеси, обладающей степенью ионизации
,
следует понимать потенциал ионизации
некоторого однородного газа, в котором
число заряженных частиц такое же, как
и в газовой смеси.
,
где - число газов, находящихся в смеси;
- концентрация
газа в смеси;
- эффективный потенциал ионизации.
Пример.
Рассчитать
в зависимости от концентрации газовой
смеси из паров К и Fe.
,
,
.
.
Изменение эффективного потенциала ионизации в системе паров К-Fe.
Уже 5% д qобавки К значительно снижает потенциал ионизации в смеси.
Явление переноса
Направленные движения электронов и ионов в плазме может быть вызвано следующими причинами:
электрическим полем, создающим ток;
различной концентрацией частиц между различными участками плазмы.
Кроме того в неравномерно нагретой плазме создается механизм плазменной теплопроводности, благодаря которому через плазму идет поток тепловой энергии.
Перечисленные процессы называются явлением переноса. Они обеспечивают переход плазмы из неравновесного в равновесное состояние.
Скорости и энергии частиц в плазме распределяются по закону Максвелла-Больцмана.
Средняя квадратичная скорость частиц определяется из равенства
,
,
где
- постоянная Больцмана,
- универсальная постоянная,
- атомный вес частицы.
,
при
для газовых молекул (H,
He, C, Ar,
Hg)
м/с.
Для электронов
м/с.
Электропроводность
Плотность тока
в плазме, будет равна сумме электрических
разрядов, пересекающих площадку за 1с.
Если дрейфовая скорость
электронов
,
то
,
где
- электропроводность плазмы;
- характеризует среднее время пробега
электронов по отношению к таким
столкновениям, в результате которых
тормозится общий электронный поток.
- частота столкновений.
Полностью ионизированная плазма ,
.
,
,
.
,
- заряд ионов.
В этом случае не зависит от .
Плазма разреженная.
,
.
Торможение электрического потока происходит из-за столкновений с нейтральными атомами и молекулами.
- мало.
,
.
Амбиполярная диффузия
Направленные потоки электродов и ионов в плазме могут возникать из-за различной концентрации частиц в различных точках, а силой, приводящей в движение частицы, будет разность давлений. В слабо ионизированной плазме давление электродного и ионного газов будет мало по сравнению с нейтральным газом. Поэтому при диффузионном движении заряженных частиц будет происходить не перемещение всей массы вещества, а только перемешивание составляющих.
В высоко ионизированной плазме по условию квазинейтральности скорости электронов и ионов должны быть примерно одинаковы, но поскольку электроны обладают большой подвижностью, они опережают ионы, благодаря этому опережению создают электрическое поле, которое сильно тормозит их и ускоряет тяжелые ионы. В результате происходит выравнивание скоростей и весь процесс идет со скоростью близкой к той, которая в отсутствии электрического поля соответствовала бы диффузионному движению электронов. Процесс совместного движения электронов и ионов через газ получил название амбиполярной диффузии.