Изучение дуговой плазмы
Основным генератором излучения является столб дуги: движущиеся и соударяющиеся в самой плазме частицы создают непрерывное электромагнитное излучение и поток протонов, в результате чего дуга светится. Поток вапа образуется в результате перехода возбужденных атомов в дуге в нормальное, стационарное состояние, и рекомбинации объединения положительного иона с электроном. При этом высвобождается как потенциальная энергия электрона, равная потенциалу ионизации атома, так и кинетическая энергия электрона, отвечающая скорости движения электрона. Так как при этом наблюдается непрерывный набор энергий, то и спектр излучения фотонов, излучаемых в процессе рекомбинации, будет непрерывным, т.е. сплошным. В то же время излучение возбужденных атомов образуют орпар спектр, отвечающий ступеням перехода с орбит возбуждения на нормальные орбиты. В конечном счете дуга создает сплошной спектр, образующий фон, на который налагается характерные линии излучения отдельных атомов. Все это позволяет не только определять состав газа и с высокой точностью измерять температуру плазмы дуги.
Электрический ток в плазме.
Электрический ток в газах, плазме и в жидкости – это направленное движение заряженных частиц или зарядов.
В общем случае (включая и твердое тело) электрический ток – это направленная передача импульса энергии в поле действия электрического или магнитного поля (потенциала).
Протекание электрического тока может быть обусловлено: действием электрического, магнитного поля и вследствие разности в концентрации заряженных частиц в отдельных участках объема (тела).
Скорость и
энергии частиц в плазме распределяются
по закону Максвелла-Больцмана.
Среднеквадратичная скорость этих частиц
;
;
[м/сек],
где А-атомный вес частицы.
Электрический ток в плазме – это не поток заряженных частиц (из-за столкновений), а их медленный снос (дрейф). Основные носители – электроны.
Сила трения
(рассеивания) для электронов при
столкновениях
,
где
- дрей скорость потока электронов;
- средняя величина импульса одного
электрона;
- число столкновения в 1 сек.
Отсюда
где - средняя продолжительность между столкновениями.
Электропроводимость
Плотность
тока j в плазме равна сумме
электрических зарядов, пересекающих
единичную площадку в 1
за 1 сек
где
-
электропроводимость,
- дрейфовая скорость зарядов,
-
среднее время пробега электронов по
отношению к таким столкновениям, при
которых электронный поток тормозится
Для полностью
ионизированной плазмы при
=1,
=0,
=0;
;
имеем
=0,9*
/z
(здесь z-заряд
ионов). В этом случае
не зависит от концентрации электронов,
т.к. с ростом
уменьшается время пробега
;
при одной и той же температуре
тем больше, чем меньше z-заряд
ионов;
растет пропорционально
,
т.е. весьма быстро. Например, при
=15*
К водородная плазма имеет ту же
электропроводимость, что и медь при
комнатной температуре
=6*
Для слабо
ионизированной плазмы торможение
электронов происходит главным образом
из-за столкновений с нейтральными
атомами и молекулами. В этих случаях
мало,
.
Электропроводность в этом случае равна
Электропроводность
слабо ионизированной плазмы пропорциональна
степени ионизации
.
Поэтому
должна
быть мала из-за недостатка в носителях
тока. Она в десятки тысяч раз меньше
электропроводности меди.
В слабоионизированной плазме наблюдается интересное явление –