2.8. Отчет о работе

Отчет должен содержать следующие материалы:

1. Схему лабораторной установки и краткое описание методики проведения эксперимента.

2. Протокол наблюдений разности напряжений между зондами 1-2 (продольная разность потенциалов, по оси x) и 3-4 (поперечная разность потенциалов, по оси y) в зависимости от величины тока, текущего в обмотках магнита.

3. Полученный в результате обработки измерений график зависимости E_y/E_x от индукции магнитного поля B_z.

4. Результаты расчета времени потери импульса τ по наклону графика E_y/E_x от B_z; результаты расчета соответствующей электронной температуры T_e по уравнению энергии (4).

5. Результаты расчета электронной температуры T_e по измеренному в эксперименте значению давлению внутри газоразрядной лампы в предположении, что разряд горит в режиме Шоттки; результаты расчета соответствующего времени потери импульса τ по уравнению энергии (4).

6. Сопоставление времени потери импульса и электронной температуры, полученных по результатам эксперимента и по теоретической зависимости.

7. Анализ погрешности измерения времени потери импульса и определения электронной температуры.

2.9. Контрольные вопросы

1. Объяснить, какую траекторию, при отсутствии столкновений, имеют заряженные частицы: А) в однородном электрическом; Б) в однородном магнитном; В) в однородных электрическом и магнитном полях, когда они перпендикулярны друг другу.

2. Объяснить возникновение эффекта Холла.

3. Объяснить, что представляет собой параметр Холла и проанализировать влияние давления на его величину.

4. Объяснить причины различия между напряжением зажигания и напряжением горения газового разряда.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ДУГОВОЙ ПЛАЗМЫ

3.1. Методические основы

Плазма электрической дуги имеет температуру ~10⁴ К и выше, поэтому контактные способы определения ее параметров не подходят. Единственно возможными методами являются оптические [2, 5-7]; в данной лабораторной работе реализуется спектроскопическая диагностика плазмы с применением метода относительных интенсивностей.

3.1.1. Излучение плазмы

Благодаря свободно-свободным и свободно-связанным переходам электронов, плазма излучает непрерывный спектр. По интенсивности тормозного (свободно-свободные переходы) и рекомбинационного (свободно-связанные переходы) излучения можно определить многие параметры плазмы, однако более удобны методики, основанные на измерении дискретного спектра излучения – интенсивности отдельных линий, излучаемых атомами и ионами плазмы при связанно-связанных переходах электронов в них.

Энергия, испускаемая единичным объемом плазмы в единицу времени по всем направлениям на длине волны  при переходе электронов внутри атомов (ионов) с уровня m на уровень n, определяется по формуле

, (3.1)

где n_m – концентрация возбужденных атомов (или ионов) на уровне m, см^–3, A_mn – вероятность перехода mn, с^–1.

Для интерпретации измерений необходимо иметь гипотезу относительно зависимости концентрации n_m от температуры. Для равновесной плазмы электрической дуги с хорошей точностью можно считать, что n_m подчиняется распределению Больцмана:

, (3.2)

где иE_m – статистический вес и энергия m-го (верхнего) уровня, – статистическая сумма.

Параметры излучательных переходов атома аргона по данным NIST

приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1.