electricity Labworks / 2.1-2.8 Электрический ток / Labwork(electricity)2-3

Лабораторная работа 2.3

Самостоятельный разряд в газах

Цель работы – экспериментальное изучение явления самостоятельного разряда в газах.

1.ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ГАЗАХ

Вобычных условиях при отсутствии источников ионизации газ представляет собой хороший диэлектрик, так как концентрация носителей зарядов в нем весьма мала. Увеличить концентрацию носителей зарядов можно ионизируя газ фотонами или заряженными частицами с энергией достаточной для ионизации. Например, ускоренными электронами, испущенными разогретым катодом, облучая газ кварцевой лампой или продуктами распада радиоактивных изотопов. Протекание тока по газу, обусловленное зарядами образованными внешними источниками называется несамостоятельным разрядом.

При достаточно большом напряжении U между двумя электродами в газе может возникнуть самостоятельный разряд, поддержание которого не требует наличия внешних источников ионизации. Минимальная разность потенциалов, при которой происходит переход газового разряда

встадию самостоятельного, называется потенциалом зажигания Uз. Величина его зависит от природы и давления газа, от материала, формы я состояния поверхности электродов, от расстояния между ними. Сильное влияние на величину потенциала зажигания оказывает наличие даже незначительных примесей к основному газу, заполняющему междуэлектродный промежуток.

Снижая разность потенциалов между электродами, можно погасить установившийся самостоятельный разряд, причем потенциал гашения Uг, при котором самостоятельный разряд прекращается, ниже Uз, так что ∆U= UзUг имеет величину порядка десяти вольт. Разница ∆U объясняется тем, что во время горения самостоятельного разряда весьма велико количество свободных носителей заряда и фотонов, образовавшихся при разряде, так что их достаточно для горения самостоятельного разряда и при пониженном напряжении.

При самостоятельном разряде одним из способов ионизации атомов является ионизация электронным ударом. Ионизация электронным ударом становится возможна тогда, когда электрон на длине свободного пробега А приобретает кинетическую энергию Wk, достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома. Виды самостоятельных разрядов в газах - искровой, коронный, дуговой и тлеющий разряды.

Искровой разряд возникает между электродами имеющими большую разность потенциалов. Напряжение между ними достигает до 40 000 В. Искровой разряд кратковременный, его механизм - электронный удар. Один из видов искрового разряда это молния.

В сильно неоднородных электрических полях, образующихся, например, между острием и плоскостью или между проводом линии электропередачи и поверхностью Земли, возникает особая форма самостоятельного разряда в газах, называемая коронным разрядом.

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ

Разряд, возникающий при пониженном давлении, называется тлеющим разрядом. При понижении давления увеличивается длина свободного пробега электрона, и за время между столкновениями он успевает приобрести достаточную для ионизации энергию в электрическом поле с меньшей напряженностью. Разряд осуществляется электронно-ионной лавиной. Тлеющий разряд происходит при низкой температуре катода, отличается сравнительно малой плотностью тока на катоде и большим (порядка сотен вольт) катодным падением Uк потенциала. Тлеющий разряд может возникать при давлениях р газа вплоть до атмосферного, однако подавляющее большинство исследований тлеющего разряда проведено при давлении от сотых долей до нескольких мм. рт. ст. Электроны из катода тлеющего разряда испускаются главным образом под действием ударов положительных ионов и быстрых атомов (и частично — за счёт фотоэффекта и энергии метастабильных атомов). Явление самостоятельного разряда нашло широкое применение в технике: основным режимом работы различных тиратронов с холодным катодом, неоновых ламп, плазменных мониторов и других газоразрядных приборов является самостоятельный разряд.

Для наполнения газоразрядных приборов, преимущественно, используются инертные газа. Использование химически активных газов снижает срок службы электродов и изменяются характеристики разряда.

Контрольные вопросы и задания

1.Что такое ток гашения неоновой лампы, как его измерить?

2.Какие физические процессы обуславливают наличие участка с отрицательным динамическим сопротивлением (Rd=dU/dI) на ВАХ газоразрядной лампы?

3.Приведите оценку времени гашения тлеющего разряда.

2.ЭКСПЕРИМЕНТ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ

При выполнении работы используйте следующие рекомендации

1.Если ток разряда через лампу слишком велик, она быстро изнашивается; для предотвращения быстрого выхода лампы из строя используйте R> 5 кОм .

2.Все полученные осциллограммы следует перерисовывать, указывая масштаб по осям.

3.Стремясь получить наибольшую частоту генерации импульсов при выбранном значении C, учитывайте, что разряд должен иметь возможность потухнуть: Ua/Rг<Imin . (см. п. 4 задания).

4.Используя радиочастотный кабель при измерении временных характеристик импульса, учитывайте, что погонная емкость кабеля составляет 100 пф/м.