8.2.4. Напряжение зажигания самостоятельного разряда

Условие (24): μ=1 или описывает условие возникновения самостоятельного разряда в момент его зажигания. Напряжение на электродах, соответствующее этому состоянию, называется потенциалом (напряжением) зажигания V₃ .

Найдем эту величину. Для этого подставим в (24) величину :

,

где учтено, что ,

и получим:

Откуда находим :

. (26)

Эта формула носит название закона Пашена.

Вспомним, что , . Из (26) видно, что зависит не от p и d по отдельности, а от их произведения. Зависимость от произведения pd называется зависимостью или кривой Пашена. Все кривые Пашена (кривые, построенные при различных значениях величин B, A и γ) имеют вид:

Кривые Пашена проявляют экстремальный характер – проходят через минимум. Появление минимума на зависимости (pd) объясняется следую-щим образом.

Если давление мало и , то большинство электронов беспрепятственно (без соударений) достигает анода и число ионизирующих столкновений мало. В этом случае в зажигании разряда должна усиливаться роль γ-процессов, чего можно достичь повышением напряжения . То есть, при уменьшении p напряжение растет (левая часть зависимости (pd)).

Если же давление велико и , то число электронов ( ), получающих достаточную энергию , также невелико. Чтобы повысить это число, надо увеличивать напряженность электрического поля Ɛ, то есть увеличивать напряжение (правая часть зависимости (pd)). Очевидно, что где-то в промежутке между большими и малыми значениями pd должен быть минимум зависимости .

8.3. Формы самостоятельного разряда

После пробоя разрядного промежутка и возникновения самостоятельного разряда, его форма может быть различной в зависимости от 1) конфигурации электродов, 2) давления газа, 3) внешних электрических цепей. Самостоятельный разряд по форме может быть тлеющим, искровым, дуговым и коронным.

8.3.1. Тлеющий разряд

Тлеющий разряд возникает при малых давлениях (от сотых долей мм рт. ст. до десятков мм рт. ст.).

В пространстве катод-анод (К­–­А) тлеющего разряда существует шесть областей.

1 – Астоново темное пространство – электроны выбиты из катода, но еще не набрали скорости для возбуждения и ионизации;

2 – Катодный слой (светящаяся пленка) – идет возбуждение атомов, но ионизации еще нет;

3 – Темное катодное пространство (чуть светится) – начинается ионизация и нарастание лавины;

4 – Тлеющее свечение – свечение из-за рекомбинации электронов с ионами в лавине;

5 – Фарадеево темное пространство – в него не попадают быстрые электроны лавин. Электроны и ионы сюда попадают за счет диффузии, поэтому здесь нет ни возбуждающих, ни, тем более, ионизирующих столкновений;

6 – Положительное свечение или положительный столб – газ светится. Есть небольшое электрическое поле Ɛ, поэтому скорость электронов повышается и здесь происходят: и возбуждение, и ионизация и рекомбинация.

Распределение потенциала между катодом и анодом в тлеющем разряде:

Вольт-амперная характеристика тлеющего разряда:

Точка А – точка возникновения самостоятельного, то есть, тлеющего разряда.

При небольших токах не вся площадь катода покрыта свечением, а только ее часть S принимает участие в разряде. Эта площадь пропорциональна току I, поэтому плотность тока i остается неизменной (i = const), а катодное падение напряжения не зависит от тока I: =const(I). Действительно: Согласно закону Ома . При увеличении напряжения источника питания V ток I (=iS) – увеличивается в S раз, а сопротивление (=ρl/S) – приблизительно во столько же раз (в S раз) уменьшается, так что напряжение остается практически неизменным.

Когда вся площадь катода будет рабочей, тогда увеличение тока приводит к увеличению – происходит переход в режим аномального катодного падения –область III.

Замечание: В тлеющем разряде катод испускает электроны вследствие бомбардировки ионами – γ-процесса. Поэтому величина катодного падения зависит от работы выхода.