5.6 Сурет. Электр доғасының вольт-амперлік сипаттамасы

Электр доғасын бағанадан өткізу температураның, газ құрамының және басқа да факторлардың күрделі функциясы болып саналады. Оны анықтау үшін мына формуланы қолданады

мұндағы - больцман тұрақтысы; -электрон массасы; -электрондардың компонент бөлшектерімен S соқтығысу қимасы.

Нақты шарттар кезінде дәлдігі күшті доғаларда бос жанатын доғалардың температурасы құрайды. Мұндай температура кезіндегі өткізгіштік негізінде кулон бөлшектерінің әрекеттесуімен анықталады және шамамен тұрақты өлшем болады. Сайып келгенде, егер бағана доғасының қимасын шектесе, және ток күшін көбейтсе, онда токтың кедергісі және доғаның кернеуі өсе бастайды. 5.6 суретте І және ІІ аумақтар мұндай жағдайға сәйкес келеді. Магнит сығылуының күші, сәулелену және плазмалық электрондардың диффузиясы, бағана доғасының диаметрінің азаюына әкеледі. Бұл ток күшін жоғарылатқан кезде, доғадағы кернеудің көтерілгенін анықтайды.

Доғаның вольт-амперлік сипаттамасы жайлы негізгі тұжырымды, оның энергия балансын қарастырған кезде алуға болады. Доғаның бағанасына әкелінген энергия жылуөткізгіштік, конвекция және сәулелелу арқылы ыдырайды.

Электр доғасының бірлік көлемі үшін энергия балансының теңдеуі келесі түрге ие болады

мұндағы -жылуөткізгіштік коэффициенті; - тығыздық; -тұрақты қысым кезіндегі ортаның жылусыйымдылығы.

Доғаны сәулелендіру кезіндегі энергия шығыны мұндағы -абсолют қара дененің сәулелену константасы.

• температурасынан жоғары болған кезде электр доғасы, абсолют қара дене сияқты дәл энергияны сәулелендіреді.

• Шамамен қысым кезінде доға бағанасы энергиясының көп бөлігі сәулеленумен апарылады.

5.7 сурет. Әр түрлі газдар үшін кернеу

градиентінің ток доғасынан тәуелділігі

5.8 сурет. Әр түрлі жылдамдықта, ауадағы қозғалыс кезіндегі доғаның вольт-амперлік сипаттамасы

5.9 сурет. Қоршаған ортаның әр түрлі қысымы

кезіндегі доғаның вольт –амперлік сипаттамасы

5.10 сурет. Сыртқы магнит өрісі кезінде, кернеу градиентінен ток доғасының тәуелділігі

Жылу өткізгіштік және конвекция арқылы қоршаған газды қыздыруға шығындалатын энергия бір – бірімен байланысады және бірдей орындалады.

Жылу алмстыруды есептеген кезде процесстің екі сұлбасы алынады:

1. газбен үрленетін доға – өткізгіш облысы түгелімен ағызатын газбен алмастырылады; 2) газбен үрленбейтін доға және қатты дене түрінде ағады.

Бұл сұлбалардың екеуі де доғада бірдей уақыт аралығында жасалынатыны түсінікті.

Әр түрлі газдардағы градиент кернеуінің ток доғасынан тәуелділігі 5.7 суретте көрсетілген. Диссоциация энергиясының жоғары мәніне, иондану потенциалына, жылу өткізгіштік коэффициентіне ие болатын сутегі, қарастырылып жатқан сызықтық газдардың потнциалының градиенті жоғары мәнге ие болады.

5.8 суретте ауадағы қозғалыс кезінде әр түрлі жылдамдыққы ие болатын ток доғасының электр өрісі кернеулігінен тәуелділігі көрсетілген.Қозғалмайтын доғаны газ ағынымен үрлеген кезде бұл екі тәуелділік ұқсас түрге ие болады.

5.11 Сурет. Дәлдігі күшті доғада радиус бойынша температураны бөлу

Дәл сол сияқты доғадағы кернеу, оны қызатын ортадағы қысымнан тәуелді болады (5.9 сурет).

Доға бағанасының сыртқы магнит өрісімен әрекеттесуі үлкен практикалық мәнге ие. Өйткені доға өзімен бірге ток өткізгішін ұсынады, яғни оған көлденең магнит өрісін қойса, доғаға әсер ететін Лоренц күші пайда болады:

мұндағы с-жарық жылдамдығы; электрон заряды; Е,Н-электр және магнит өрісіне сәйкес кернеуліктер.

Бұл күштің әсерінен доға бағанасы электрод арасындағы кеңістікке қарқынды түрде алмасады.

Ток доғасының және магнит өрісінің кернеулігі өскен сайын, оның қозғалыс жылдамдығы да өседі, доға бағанасының қоршаған ортамен жылу алмасуы күшейеді. Нәтижесінде, электр доғасы разрядының вольт – амперлік сипаттамсы да өзгереді (5.10сурет).

Доға бағанасы қимасының температурасы біркелкі таралмайды.Ол бағана осінде максимумге ие болады, және оның шеткі аймағына дейін төмендейді. 5.11 суретте көмір электродтары арасында жанатын, дәлдігі күшті электр доғасын температура бойынша бөлу көрсетілген. Доғаның осінде температура дейін жетеді, ал осьтен шамамен 2 см қашық жерде дейін төмендейді.

Доғаның қарқынды сыртқы суытылуы разряд каналында, ток кедергісін және температураны қандай да бір мәнге жоғарылатады.Сонда, бос жанатын дәлдігі күшті доға үшін, бағанадағы токтың кедергісі шамамен құрайды. Су құйынының ағымымен тұрақталған доға (Гердиен доғасы) -қа дейін жететін ток кедергісіне және тәртібіндегі температураға ие болады.

Жоғары температураны алу үшін доға бағанасының өткізу аумағын және ондағы кедергі токтың жоғарылауына шек қою жұмыстарын жүргізу қажет.